人類獲得天體知識的道路，就其精彩程度而言，絲毫不遜色于這些天體本身所具有的自然奇觀。
——約翰尼斯·開普勒
本文選自《飛碟探索》雜志！
約翰尼斯·開普勒開創(chuàng)的時代公元1 5 7 1年1 2月2 7日，約翰尼斯·開普勒出生在神圣羅馬帝國符騰堡州的威爾德斯達特鎮(zhèn)，擁有德國國籍。他自幼體弱多病，家境窮困。但是，他以他那顯而易見的聰明才智為自己贏得了獎學(xué)金，得以入讀蒂賓根大學(xué)神學(xué)院，學(xué)習(xí)路德教派相關(guān)的神學(xué)知識。在這里，他接觸到了哥白尼的學(xué)說，并對此感到歡欣鼓舞。公元1 5 9 6年，當(dāng)他還在奧地利東南部的格拉茨市當(dāng)數(shù)學(xué)教師時，就撰寫了第一部著作——《宇宙的奧秘》。在這部公開出版的書中，開普勒直言不諱地捍衛(wèi)了哥白尼學(xué)說。
開普勒的家族屬于路德教派，他本人也堅決擁護奧斯堡信條。但是，他對路德教派在“圣餐中圣體是否真實存在”這一問題上所持的立場并不認同，并且拒絕簽署《協(xié)和信條》。除此之外，他還拒絕皈依天主教，使他被路德教派和天主教雙雙排除在外，因此他在“三十年戰(zhàn)爭”（1 6 1 8年—1 6 4 8年）期間沒有得到任何庇護。（“三十年戰(zhàn)爭”，又稱“宗教戰(zhàn)爭”，是由神圣羅馬帝國的內(nèi)戰(zhàn)演變而成的全歐洲參與的一次大規(guī)模國際戰(zhàn)爭。這場戰(zhàn)爭是歐洲各國爭奪利益、樹立霸權(quán)以及宗教糾紛激化的產(chǎn)物，以波希米亞人民反抗奧地利帝國哈布斯堡王朝統(tǒng)治為肇始，最后以哈布斯堡王朝戰(zhàn)敗并簽訂《威斯特伐利亞和約》而告結(jié)束。戰(zhàn)爭基本上是以德意志的新教諸侯和丹麥、瑞典、法國為一方，并得到荷蘭、英國、俄國的支持;神圣羅馬帝國皇帝、德意志天主教諸侯和西班牙為另一方，并得到教皇和波蘭的支持。中世紀(jì)后期，神圣羅馬帝國日趨沒落，內(nèi)部諸侯林立、紛爭不斷，宗教改革運動之后又出現(xiàn)了天主教和新教的尖銳對立，加之周邊國家紛紛崛起，因此爆發(fā)了這場戰(zhàn)爭。）
由于他是路德教徒，卻反對宗教改革，開普勒被迫辭去了他在格拉茨市的教學(xué)崗位，搬到布拉格市（現(xiàn)捷克共和國首都），與聞名遐邇的丹麥天文學(xué)家第谷·布拉赫共事。第谷指派開普勒去分析他對火星的觀測數(shù)據(jù)。當(dāng)時，天文學(xué)家對火星位置的預(yù)測存在巨大的偏差，給觀測帶來諸多問題。第谷的觀測數(shù)據(jù)是望遠鏡發(fā)明之前能夠取得的最佳觀測數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)的精確度也足夠好，足以讓開普勒向人們演示火星軌道是如何完美地符合橢圓形這一事實。
公元1 6 0 1年第谷逝世后，開普勒繼承了第谷的職位，任神圣羅馬帝國皇帝魯?shù)婪蚨赖牡蹏鴶?shù)學(xué)家。公元1 6 0 2年，開普勒在嘗試計算地球在其軌道上的位置時，發(fā)現(xiàn)地球在運行中掃過的面積，是由太陽和地球的軌道決定的。公元1 6 0 9年，開普勒出版了《新天文學(xué)》，在書中他描述了自己的發(fā)現(xiàn)?，F(xiàn)在，這些發(fā)現(xiàn)被稱為開普勒有關(guān)行星運動的第一和第二定律。（開普勒第一定律：橢圓定律，也叫軌道定律，即行星沿橢圓軌道運動，太陽則位于橢圓軌道兩個焦點中的一個焦點上。開普勒第二定律：面積定律，即在相同時間內(nèi)，太陽和運動著的行星的連線所掃過的面積都是相等的。）這正是這部著作的重要之處，一個最基本的自然法則?！斑@是人類歷史上第一部記述一位科學(xué)家是如何通過大量不完整的數(shù)據(jù)提煉出一個具有超越性的精確理論的鴻篇巨制?！監(jiān). 金格里奇在《約翰尼斯·開普勒的新天文學(xué)》的前言中這樣說道?，F(xiàn)在，我們將這一做法稱為“科學(xué)方法”。（科學(xué)方法是指通過中立地收集數(shù)據(jù)而形成一種假設(shè)理論，再付之實證檢驗的研究方法。）
公元1 6 1 2年，路德教徒被迫離開布拉格，開普勒也因此搬到了奧地利北部的林茨市。而在此前不久，他的第一任妻子和兩個兒子剛剛?cè)ナ?。公? 6 1 3年1 0月3 0日，他選擇了2 4歲的貧家女蘇珊娜·羅伊特林格。開普勒曾寫道：“她用愛、謙遜的忠誠、節(jié)儉持家、勤勞及給繼子們的愛俘獲了我?！惫? 6 1 9年，開普勒出版了《世界的和諧》，提出了他的“第三定律”。（開普勒行星運動第三定律：調(diào)和定律，即所有行星公轉(zhuǎn)周期的平方與它們同太陽之間平均距離的立方相等。）正是開普勒的行星運動第三定律，引導(dǎo)牛頓得出了引力的定義，而不僅僅是一個蘋果那么簡單。開普勒可以說是天體力學(xué)當(dāng)之無愧的奠基人。
盡管被迫多次易稿，但在公元1 6 2 1年，開普勒還是設(shè)法出版了《哥白尼天文學(xué)概要》。該書是他最具影響力的著作，系統(tǒng)地討論了所有關(guān)于日心說的問題。而后，開普勒繼續(xù)投入《魯?shù)婪蛐潜怼返闹谱髦小Ｓ捎谠谥谱餍潜淼墓ぷ髦邪ㄊ褂脤?shù)進行計算，開普勒對對數(shù)做了進一步的拓展，為人們提供了一個對數(shù)表，可以利用該表對行星在過去的任一時間以及未來某一天所處的位置進行計算。開普勒運用該表計算出了水星和金星的兩次凌日，但他在有生之年未能目睹這一盛事。
公元1630年，約翰尼斯·開普勒逝世于雷根斯堡市（德國東南部城市）。由于“三十年戰(zhàn)爭”的影響，他的墳?zāi)乖谄湎略岷?年內(nèi)就遭到了破壞。雖然開普勒體弱多病，但其思想和精神無比強大，他一生的研究都嚴(yán)謹(jǐn)忠實于數(shù)據(jù)。
開普勒在人類歷史上第一次正確解釋了行星的運動，是天體力學(xué)的奠基者。這也是人類歷史上發(fā)現(xiàn)的第一條現(xiàn)代意義上的自然定律，符合現(xiàn)代意義上人們對自然定律的定義：普遍適用、可以驗證，并且精確。
在其著作《天文學(xué)的光學(xué)部分》中，他在人類歷史上第一次正確解釋了小孔成像的原理;第一次正確解釋了光線在人的眼睛中經(jīng)過折射形成視覺的過程;第一次將為近視和遠視患者所配眼鏡的度數(shù)公式化;第一次正確解釋了為什么用兩只眼睛看事物可以產(chǎn)生“立體知覺”（又稱“深度知覺”），從而為自己贏得了現(xiàn)代光學(xué)奠基人的稱號。
在其著作《折射光學(xué)》（“折射光學(xué)”這一術(shù)語由開普勒創(chuàng)造，并且沿用至今）中，他在人類歷史上第一次闡述了實像、虛像、正像、倒像以及放大率問題;第一次正確解釋了望遠鏡是如何工作的;首次發(fā)現(xiàn)并闡述了全內(nèi)反射的現(xiàn)象和特性。
在其著作《新天文學(xué)》中，開普勒在人類歷史上第一次提出了太陽圍繞其自身的軸自轉(zhuǎn)。
除此之外，他的著作《求酒桶體積之新法》還為積分學(xué)打下了基礎(chǔ);第一次闡述了潮汐的形成是由月亮引起的（伽利略曾對此橫加指責(zé)）。
開普勒還嘗試?yán)糜捎诘厍蜍壍酪鸬暮阈且暡顏頊y量恒星與地球之間的距離，這一方法的原理和“立體知覺”的原理是一樣的。今天，這一研究的分支被稱為天體測量學(xué)。
獨立于納皮爾于公元1 6 1 4年出版的對數(shù)表之外，開普勒在人類歷史上第一次從純數(shù)學(xué)的角度演化出了對數(shù)。
在他出版的小冊子《關(guān)于木星的四顆衛(wèi)星的觀測記事》中，開普勒在人類歷史上第一次提出了“衛(wèi)星”一詞。
開普勒：關(guān)于任務(wù)
“開普勒”任務(wù)是美國航空航天局第1 0號發(fā)現(xiàn)任務(wù)，是專門用來觀測在銀河系中恒星系統(tǒng)宜居帶或宜居帶附近發(fā)現(xiàn)的幾十個地球大小的行星，并分析在銀河系數(shù)十億個恒星系統(tǒng)中有多少這樣的行星?！伴_普勒”任務(wù)得到了美國航空航天局設(shè)在華盛頓的科學(xué)任務(wù)理事會的資助。艾姆斯研究中心負責(zé)執(zhí)行“開普勒”使命、開發(fā)接地系統(tǒng)以及分析科學(xué)數(shù)據(jù)。美國航空航天局設(shè)在加利福尼亞州帕薩迪納的噴氣推進實驗室負責(zé)“開普勒”的任務(wù)研發(fā)。位于科羅拉多州博爾德市的保爾航空航天科技公司開發(fā)了“開普勒”飛行系統(tǒng)，并協(xié)助科羅拉多大學(xué)大氣空間物理實驗室執(zhí)行任務(wù)。巴爾的摩檔案館內(nèi)的空間望遠鏡科學(xué)院負責(zé)保存和發(fā)布科學(xué)數(shù)據(jù)。
“開普勒”任務(wù)的目標(biāo)是探討恒星系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和多樣性。這要通過觀測大量恒星樣本來實現(xiàn)：
①確定位于恒星系統(tǒng)宜居帶及宜居帶附近的較大行星的豐度;
②確定這些行星的軌道大小和形狀;
③估算在多恒星系統(tǒng)中有多少這樣的行星;
④確定短周期巨星的反射率、大小、質(zhì)量、密度和軌道大小;
⑤利用其他技術(shù)識別已發(fā)現(xiàn)的行星系統(tǒng)和它們的其他成員;
⑥確定其主恒星的屬性。
“開普勒” 任務(wù)也有助于美國航空航天局的起源主題任務(wù)——太空干涉測量法和類地行星探測器，可通過識別主恒星的屬性進行未知行星搜索，定義搜尋需要的空間體積，通過識別已知系統(tǒng)來搜尋類地行星。
“開普勒”任務(wù)的主要設(shè)計思路是通過凌星法來探測系外行星。正如我們看到的，當(dāng)行星在其主恒星前面橫穿而過時，會使觀測到的主恒星的光度變暗，這一過程被稱為凌。如果這種光度變暗是由行星引起的，它一定會呈現(xiàn)出周期性，因此就提供了一個可高度重復(fù)的信號和很好的檢測方法。
利用美國航空航天局開發(fā)的太空光度計，開普勒空間望遠鏡可以檢測到這種變化。一旦檢測到恒星周期性的光度變暗，便能根據(jù)周期的長短估算出行星的軌道大小，從凌的深度（恒星的亮度下降多少）和恒星的大小得出行星的大小，同時運用開普勒行星運動三定律估算行星的質(zhì)量。行星的表面溫度可以通過恒星的軌道大小和溫度計算出來，而行星的溫度是判斷其是否適宜居住的關(guān)鍵。
行星軌道能否橫穿恒星前方，其概率與沿著視線方向的軌道的直徑及恒星的直徑有關(guān)，即軌道正好對齊的概率等于軌道的直徑除以恒星的直徑。對地球大小的行星來說，在1天文單位的距離上橫穿過太陽大小的恒星的概率約為0.5%。對在距離恒星4光天的軌道上發(fā)現(xiàn)的巨行星來說，這一概率可以達到1 0%。為了檢
測到更多的類地行星，人們不能只觀測幾個或者幾百個凌星現(xiàn)象，需要觀測成千上萬個行星才可能發(fā)現(xiàn)幾個。在設(shè)計上，開普勒空間望遠鏡可以同時觀測超過1 0萬顆恒星，并且每3 0分鐘測量一次它們的亮度變化。因此，如果地球是罕見的，零或者近似于零的結(jié)果仍然是有意義的。如果地球大小的行星很常見，開普勒空間望遠鏡應(yīng)該可以探測到好幾百顆。
考慮到我們的目標(biāo)是在類似太陽的恒星的宜居帶找到類地行星， 凌星的周期大約為1年。由于光度減弱得非常少，因此開普勒空間望遠鏡必須至少連續(xù)3次觀察到行星凌星造成的光度變暗才能確定該行星。大行星凌星造成的信號比較容易被檢測出來，因此開普勒空間望遠鏡最先發(fā)現(xiàn)的應(yīng)該是類似木星或者更大的行星。對較小的行星和距離更遠的行星來說，需要花更多的時間。為了確定觀測結(jié)果，通常需要3年或更長的時間。因此，開普勒空間望遠鏡必須穩(wěn)定工作至少4年。如果開普勒空間望遠鏡穩(wěn)定工作的時間超過4.5年，它就可能：
①通過觀測更多的凌星現(xiàn)象提高信噪比，檢測到更小的行星;
②在軌道上尋找公轉(zhuǎn)周期更長的行星;
③圍繞恒星尋找更難找的行星。
開普勒空間望遠鏡的直徑為0.9 5米，也可以被稱為光度計或測光表。這種大直徑的設(shè)計減少了光子計數(shù)統(tǒng)計的干擾，便于測量到類地行星凌星亮度的細小變化?！伴_普勒”的軌道也不在環(huán)繞地球的軌道上，而是在太陽軌道上尾隨著地球。因此，它不會被地球遮蔽，光度計也不會受到來自地球的漫射光線的影響，可以持續(xù)觀測。此外，這樣的軌道也避免了引力攝動和地球軌道的固有扭矩，可以提供更加穩(wěn)定的觀測平臺。
在進行了4年富有成效的行星搜尋工作之后，如果不出其他意外的話，開普勒空間望遠鏡即將變革天體物理學(xué)的一些新領(lǐng)域。
2 0 1 3年5月1 4日，開普勒空間望遠鏡又有一個反作用輪失靈。4個反作用輪中雖然還有2個在工作，但這無法穩(wěn)定它的姿態(tài)。失去了精確指向的能力，就意味著“開普勒”將無法繼續(xù)進行其搜尋太陽系外行星的主科學(xué)任務(wù)。
距離地球6 0 0 0萬千米，再加上不由自主的翻滾，任何一個缺乏決心的團隊都會放棄這架空間望遠鏡。但是，“開普勒”團隊沒有放棄，他們想出了一個方法——用太陽光幫助維持“開普勒”的指向。就像在指尖上平衡一支鉛筆，科學(xué)家精心調(diào)整了“開普勒”的姿態(tài)，使得照射到它的太陽光能夠?qū)λ┘右粋€不變的外力。于是，太陽光壓充當(dāng)了“開普勒”失靈的第二個反作用輪，穩(wěn)定住了這架空間望遠鏡，讓它能夠在幾個月的時間里對準(zhǔn)天空的某一片特定區(qū)域。為
了防止陽光照射進望遠鏡，“開普勒”每8 3天必須調(diào)整一次指向。
在沉寂了1年多之后，“開普勒”重回天文學(xué)研究的第一線。
凌星致暗
“開普勒”讓在其他恒星周圍發(fā)現(xiàn)地球大小的行星變成了現(xiàn)實。如果在遙遠的恒星系統(tǒng)中有什么東西——例如一顆行星——恰好從恒星前方經(jīng)過，它的遮擋會使星光的強度降低。沒有人懷疑這一點，只是過去無法探測到這一光變。
為了從技術(shù)上做到這一點，科學(xué)家花了幾十年的時間，其結(jié)果是一架空前強大的空間望遠鏡，通過它可以觀測一大片天區(qū)，同時測量數(shù)千顆恒星亮度的微小變化。由此，天文學(xué)一躍進入了太陽系外行星大量涌現(xiàn)的時代。
“開普勒”于2 0 0 9年3月6日發(fā)射，經(jīng)過幾輪測試之后，于當(dāng)年5月1 2日開始收集數(shù)據(jù)。研究團隊認為，他們可以確保這架耗資6億美元的望遠鏡正常工作4年。然而，就在4年剛過2天的時候，它的第二個反作用輪失靈了。
在這4年里，“開普勒”發(fā)現(xiàn)了約1 0 0 0顆已被證實的太陽系外行星、超過4 0 0 0個行星候選體，以及2 0 0 0多對食雙星。就在幾十年前，談?wù)撈渌阈?/font>
周圍存在類地行星還只是科幻小說的范疇。即便在主序星周圍發(fā)現(xiàn)了行星，大多數(shù)也是熱類木星——極其靠近其主恒星的氣態(tài)巨行星。雖然沒有發(fā)現(xiàn)地球真正的孿生兄弟，但“開普勒”將其向前推進了一大步。
“開普勒”最初的觀測區(qū)域位于天琴座和天鵝座，它收集的有關(guān)變星和脈動恒星的觀測數(shù)據(jù)是一座豐饒的寶藏。這片天區(qū)包含1 5萬顆普通的恒星，它們極有可能都擁有可以被探測到的行星。之所以選擇這片遠離黃道面——地球繞太陽公轉(zhuǎn)的平面——的天區(qū)，是為了讓“開普勒”能始終避免太陽光的干擾。
于是，“開普勒” 可以一刻不停地監(jiān)視這一天區(qū)中的恒星，這是進行行星普查最可靠的辦法。不幸的是，當(dāng)反作用輪失靈之后，這一點就變得遙不可及了。
作用與反作用
尋找地球大小的行星需要在測光和指向上做到穩(wěn)定與精度兼顧。為了維持三個自轉(zhuǎn)軸的穩(wěn)定，“開普勒” 需要三個能正常運轉(zhuǎn)的反作用輪。它們安裝在“開普勒”的外部，在低摩擦軸承上高速轉(zhuǎn)動。當(dāng)它們在某個方向上旋轉(zhuǎn)時，“開普勒”就會在另一個方向上緩慢自轉(zhuǎn)。反作用輪的優(yōu)點之一是它們由“開普勒”的太陽能電池板供電，這讓天文學(xué)家可以在不耗費寶貴且有限的燃料的情況下調(diào)整它的指向。反作用輪為“開普勒”提供的穩(wěn)定性，與轉(zhuǎn)動的自行車車輪能讓你保持平衡的原理是一樣的。想要充分認識反作用輪的重要性，你不妨在保證安全的前提下試著在輪子不轉(zhuǎn)時保持自行車的平衡。
當(dāng)任務(wù)剛剛步入第3個年頭時， 第2號反作用輪率先失靈，這雖然令人沮喪，但并不致命。工程師仍有3個可用的反作用輪，不過已經(jīng)沒有備份。與位于地球附近的哈勃空間望遠鏡不同，“開普勒”位于一條周期為3 7 2. 5天的環(huán)太陽軌道上，因距離地球太遠而無法派宇航員前去維修。所有人只能祈禱，希望另一個反作用輪千萬別出問題。
然而，要發(fā)生的事情總會發(fā)生。在故障發(fā)生前幾個月，第4號反作用輪便一直不太“正?！薄！伴_普勒”會每周兩次把它的健康狀況發(fā)回飛行控制中心，“開普勒”團隊發(fā)現(xiàn)，第4號反作用輪時不時地顯現(xiàn)出不穩(wěn)定的摩擦信號。
2 0 1 3年5月1 4日，“開普勒”突然進入了安全模式（一種保護狀態(tài)），其太陽能電池板對準(zhǔn)太陽，等待從地球發(fā)出的指令。所有人都立即懷疑是不是第4號反作用輪出了問題——這個反作用輪已停止轉(zhuǎn)動，電機卻拼命想讓它轉(zhuǎn)起來。這是一場致命的災(zāi)難。
天文學(xué)家不得不感嘆“開普勒”的死亡。盡管美國航空航天局表示其任務(wù)可能并不會就此結(jié)束，但科學(xué)家都明白它再也無法像最初設(shè)計的那樣運轉(zhuǎn)了?？雌饋?，該任務(wù)搜尋地球大小的行星的主要科學(xué)目標(biāo)不得不就此告一段落。
不過，美國航空航天局在設(shè)計“開普勒”時已經(jīng)考慮到了這一天。它的推進器已經(jīng)開啟，以維持自身的穩(wěn)定性?！伴_普勒”由此進入一個穩(wěn)定自轉(zhuǎn)的狀態(tài)，讓它可以與地球保持通信。
如果是你自家用的望遠鏡出現(xiàn)了這種情況，并不是一個無法解決的問題，你只需要跟著目鏡轉(zhuǎn)動自己的頭部即可。然而，隨著“開普勒”的轉(zhuǎn)動，它會在探測器上把星像拉成弧形，而不是點狀。對測量亮度的微小變化來說，維持點狀的星像是至關(guān)重要的。
雙輪平衡
美國航空航天局在數(shù)周的時間里試圖通過發(fā)送指令修復(fù)兩個失靈的反作用輪。雖然它們最終開始了轉(zhuǎn)動，但因受到的摩擦過大，使得整個探測器都在振動，無法獲得有用的科學(xué)數(shù)據(jù)。最終，美國航空航天局在2 0 1 3年8月宣布修復(fù)方案失敗，該任務(wù)的數(shù)據(jù)采集工作正式結(jié)束。但是，這并不意味著完全放棄“開普勒”。
工程師發(fā)現(xiàn)， 如果指向恰當(dāng)，可以利用太陽光的力量作為“開普勒”的第三個反作用輪。和太陽吹出的高速帶電粒子風(fēng)完全不同，施加在船身上的陽光輻射的壓強非常微小——相當(dāng)于在桌面上落一只蒼蠅的壓強。雖然微小，但原則上這一持續(xù)的作用力可以讓搖晃的“開普勒”重新保持平衡。
要利用陽光就必須讓“開普勒”“躺”在黃道面上，所能觀測的天體也受限于此。最節(jié)能的方式是讓“開普勒”與陽光入射的方向保持垂直，在創(chuàng)造性地利用推進器來輔助的情況下，天文學(xué)家可以安排出一系列長達8 3天的觀測區(qū)間。雖然不如最初的“開普勒”，但足以用來探測短周期系外行星凌星以及其他許多天體物理事件。
在此，你不得不為工程師拍手叫好。他們找出了調(diào)整這架望遠鏡指向的最佳方案，然后和天文學(xué)家一起對在這一方案下是否仍可以進行科學(xué)觀測做出了評估?，F(xiàn)在，工程師和天文學(xué)家每周都會召開會議，不斷地修改對“開普勒”的科學(xué)期望值。在陽光的輔助下，“開普勒”幾乎能夠做到與之前相同的測光精度，但指向的是黃道面上的不同位置。
和之前僅盯著一片天區(qū)不同，現(xiàn)在“開普勒”也可被用來觀測年輕而活躍的恒星、星系、恒星形成區(qū)以及其他天體。擁有獲得如此高質(zhì)量數(shù)據(jù)的能力自然引起了天文學(xué)界的興趣，短短幾個月內(nèi)，天文學(xué)家針對只有2個反作用輪的“開普勒”提交了4 2項科學(xué)提案。
一切問題就都解決了？差不多，但是還缺少資金。隨著“開普勒” 任務(wù)的結(jié)束，其運營預(yù)算也在2 0 1 4年1 0月1日歸零。為了證明它仍然值得注資，“開普勒”團隊在2 0 1 4年春向美國航空航天局的運轉(zhuǎn)任務(wù)資深評估委員會提交了一份提案。命運掌握在他們手中。即便“開普勒”有口皆碑，但再次獲得資金絕非理所當(dāng)然，它要和其他8個已經(jīng)完成了主要任務(wù)的項目一同競爭。
在停止自主觀測之前，“開普勒”每年有1 8 0 0萬美元的預(yù)算。最終，美國航空航天局批準(zhǔn)其擴展任務(wù)的成本為每年1 0 0 0萬美元，比管理團隊要求的少了約1 0%。與此同時，對其第一階段所采集數(shù)據(jù)的分析工作仍在進行，每年耗資約8 0 0萬美元。
在確保了資金之后，“開普勒”團隊解決了一大后顧之憂。2 0 1 4年9月，美國航空航天局對其所剩燃料進行了重新評估，發(fā)現(xiàn)足以用到2 0 1 7年，甚至更長。
由此，“開普勒”徹底浴火重生。它的新使命被稱為K2任務(wù)。
人見人愛
如果一切順利，K2將有望填補天體物理學(xué)中多個重大的空白。2 0 1 4年春，工程師進行了一次初步的工程試運行，在2 0 1 4年年底前完成了兩組科學(xué)觀測。K 2團隊高興地報告稱，雖然其目標(biāo)天區(qū)發(fā)生了很大變化，但“開普勒”探測光強微小變化的能力并沒有大幅削弱。想象一下夜晚的上海金茂大廈，每間房間都亮著燈，有個人走到窗口前，把窗簾放下了幾厘米。“開普勒”可以測量出由此導(dǎo)致的亮度變化。
雖然所觀測天區(qū)的許多地方此前都被勘測過，但仍有許多目標(biāo)值得一看。每一個易于觀測的新天區(qū)都包含約1 0 0 0 0個天體。天文學(xué)家很少有機會利用這么精密的儀器來獲取數(shù)據(jù)。但現(xiàn)在，每過半年左右的時間，天文學(xué)家就有機會提出自己的觀測項目了。
天文學(xué)家將利用K2任務(wù)對星團中的系外行星進行一次普查。這些星團的年齡從僅2 0 0萬歲到和銀河系的年齡相當(dāng)，由此可以補充我們對恒星系統(tǒng)演化的認識。對試圖精確測量雙星系統(tǒng)的質(zhì)量、直徑和其他特性的天文學(xué)家來說，在K2的每次觀測中都會看到十幾對新的食雙星。
K2也有助于對超新星的研究。通過監(jiān)視1 0 5平方度的天區(qū)（相當(dāng)于北斗斗勺2倍大小的區(qū)域），在每次超過2個月的不間斷的時間里，K2幾乎肯定會捕捉到幾個遙遠星系中的超新星爆發(fā)。“開普勒” 每觀測1 0 0 0個星系，就有希望發(fā)現(xiàn)一顆超新星。K2將觀測超新星爆發(fā)前的星系、爆發(fā)中的超新星以及逐漸變暗的超新星。這完全是獨一無二的，目前還沒有其他任何儀器能提供這些重要的信息。
令人特別感興趣的是Ia 型超新星，它們具有相同的最大亮度，使其可被作為標(biāo)準(zhǔn)燭光用來測量宇宙中的距離，告訴我們宇宙有多大。目前，天文學(xué)界對Ia 型超新星的成因仍有很大爭議，K2的觀測有望排除一些理論模型。
如果K 2任務(wù)能堅持到第9次觀測，它的視場將指向銀河系中心附近，這讓研究黑洞和X 射線雙星的天文學(xué)家欣喜不已。在第9次觀測中，“開普勒”將對準(zhǔn)巴德窗口。這是一片無塵的天區(qū)，為觀測銀河系的核球提供了一個較為開闊的視野。天文學(xué)家希望，可以通過此次觀測來尋找銀心方向上的恒星周圍行星的微引力透鏡效應(yīng)。在這些微引力透鏡效應(yīng)中，行星的引力場會放大背景光源的亮度。K2的精度可以讓天文學(xué)家更好地普查銀河系中低溫的小質(zhì)量行星以及流浪行星。
當(dāng)然，這一切都不意味著在對K 2 任務(wù)進行工程測試時拍攝的圖像，圈出的是兩個疏散星團M35（上）和NGC2 1 58（下）。天文學(xué)家樂意看到“開普勒”的反作用輪出現(xiàn)故障。繼續(xù)監(jiān)視原來的天區(qū)有助于我們找到更多類似太陽系行星的行星——它們的大小與地球相似，軌道周期也更長。無法實現(xiàn)這一愿望令許多天文學(xué)家深感遺憾。
但天文學(xué)家習(xí)慣了物盡其用。惡劣的天氣、天文事件發(fā)生在不利于觀測的時間、身處不利的地理位置等，他們一直承受著不可抗因素的影響。盡管有這個優(yōu)良的傳統(tǒng)，但當(dāng)“開普勒”獲得新生時，許多天文學(xué)家仍對此贊嘆不已。
在發(fā)現(xiàn)了數(shù)以千計的行星候選體之后，“開普勒”已徹底改變了人類的宇宙視野?，F(xiàn)在，作為一架把目光轉(zhuǎn)向黃道的空間望遠鏡，如果一切順利，它將有望在許多科學(xué)領(lǐng)域中帶來新的驚喜。
2015 年1 月6 日，“開普勒”團隊宣布新觀測到8 顆系外行星，這使得其目前確定的系外行星數(shù)量達到1000 顆。令人興奮的是，在這8 顆行星中，有3 顆位于恒星周圍的宜居帶上，并且其中的開普勒-438b 和開普勒-442b 是類地行星，也是迄今發(fā)現(xiàn)的最像地球的行星之一?！伴_普勒”任務(wù)的科學(xué)家湯姆斯？ 巴里說：“在類似太陽的恒星周圍的宜居帶上發(fā)現(xiàn)一顆行星，是探索真正的類地行星進程中一個重要的里程碑?！?/font>
開普勒-62 星系和太陽系
開普勒-6 2星系位于天琴座， 有5顆行星， 距離地球約1 2 0 0光年。開普勒-6 2星系的主恒星是一顆名為K2矮星的恒星，其體積是太陽的2/3，但亮度只有太陽的1/5。這顆恒星已有7 0億年的歷史，比太陽還要老一些。
與太陽系非常相似，開普勒-6 2星系有兩顆位于宜居帶的行星，即開普勒-6 2f 和開普勒- 6 2e。開普勒- 6 2f 的公轉(zhuǎn)周期為2 6 7天，體積是地球的1. 4倍， 是當(dāng)時已知的位于宜居帶的最小的系外行星。開普勒-6 2e 的公轉(zhuǎn)周期為1 2 2天，體積約為地球的1.6倍。
開普勒-6 2f 的體積已知，但其質(zhì)量和成分我們還無從知曉。不過，對比之前發(fā)現(xiàn)的同樣大小、表面凹凸不平的系外行星，科學(xué)家估測開普勒-6 2f的質(zhì)量可能是地球的1.4 1倍或2.8 0倍。
開普勒-62星系還有另外三顆行星，分別為開普勒-62b、開普勒-6 2c 和開普勒-6 2d，都位于這兩顆類地行星的內(nèi)側(cè)。其中的兩顆大于地球，一顆與火星大小相當(dāng)，公轉(zhuǎn)周期分別為5天、1 2天和1 8天。因此，它們的表面溫度非常高，不適宜生命居住。
第一顆地球大小的行星開普勒- 1 8 6f 是第一顆已被證實的與地球大小相當(dāng)、在宜居帶上繞其主恒星運轉(zhuǎn)的行星。開普勒-186f的發(fā)現(xiàn)證實了其他恒星周圍的宜居帶上也存在與地球大小相當(dāng)?shù)男行牵穷惖匦行翘剿髦械囊淮沃卮筮M步。有人說，如果你生活在開普勒-1 8 6f上，傍晚將看到地平線附近有四顆行星和一顆橙色“太陽”，夜晚有絢麗的極光在空中舞動。美國航空航天局艾姆斯研究中心的托馬斯· 巴克萊說：“我們觀測到的所有行星中，開普勒-1 8 6f是最有可能孕育生命的星球?！遍_普勒-1 8 6f的體積不到地球的1.1倍，雖然其質(zhì)量和成分仍然未知，但之前的研究表明，它的表面很可能是巖質(zhì)的。在它之前，最像地球的行星是開普勒-6 2f。
開普勒-186f每130天繞其主恒星運轉(zhuǎn)一周，獲得的能量相當(dāng)于地球獲得能量的1/3，位于宜居帶的外緣附近。正午時分，從開普勒- 1 8 6f 的表面看其主恒星的亮度，與太陽落山前1小時照在地球上的亮度相近。
開普勒- 1 8 6星系位于距離地球約5 0 0光年的天鵝座中，其主恒星的體積和質(zhì)量約為太陽的1/2，是一顆昏暗的紅矮星。這顆紅矮星具有較強活躍性，可產(chǎn)生高頻耀斑和較強的輻射風(fēng)。該星系還有4顆內(nèi)行星，在軌道上依次排開。
就像我們的地球
要想確定一顆行星是否由巖石、水和氣體構(gòu)成，科學(xué)家必須知道它的大小和質(zhì)量。如果無法直接確定行星的質(zhì)量，還可以根據(jù)大小推測其構(gòu)成。
兩顆新近確認的行星，開普勒-4 3 8b 和開普勒-4 4 2b，直徑均不到地球的1.5倍。開普勒- 4 3 8b 距離地球4 7 5光年，體積比地球大1 2%，每3 5.2天
環(huán)繞其主恒星運轉(zhuǎn)一周。開普勒-4 4 2b 距離地球1 1 0 0光年，體積比地球大3 3%，每1 1 2天繞其主恒星運轉(zhuǎn)一周。
開普勒- 4 3 8 b 和開普勒-4 4 2b 所處的恒星系統(tǒng)位于天琴座，其主恒星的體積均比太陽小，溫度也比太陽低，因此宜居帶的范圍更小。參與該項研究的美國航空航天局艾姆斯研究中心對外星球智能研究所參與“開普勒”任務(wù)的科學(xué)家多·卡德沃說：“有關(guān)這些體積較小的多石世界的每一項新發(fā)現(xiàn)都會增強我們的決心，用不了多久，我們就可以知道像地球這樣溫度適宜、表面多石的系外行星是什么樣子。”
“開普勒空間望遠鏡收集數(shù)據(jù)已超過4年，足以使我們梳理出以地球年公轉(zhuǎn)的地球大小的候選行星?！卑匪寡芯恐行膶ν庑乔蛑悄苎芯克鶇⑴c“開普勒”任務(wù)的科學(xué)家弗戈·馬拉里說，他牽頭對新候選行星目錄進行了分析?！拔覀兙嚯x找到圍繞太陽大小的其他恒星運轉(zhuǎn)的姊妹地球已經(jīng)越來越近。”
此外，“開普勒”發(fā)現(xiàn)的值得我們關(guān)注的系外行星還有位于開普勒- 2 9 6星系宜居帶上的兩顆行星——開普勒-2 9 6e和開普勒- 2 9 6 f。它們都在2 0 1 4年2月2日被宣布發(fā)現(xiàn)。開普勒-2 9 6e 是顆超大地球，半徑是地球半徑的1 . 7 5倍，每3 4. 1天繞開普勒- 2 9 6運轉(zhuǎn)一周。開普勒-2 9 6f 的半徑是地球半徑的1.7 9倍，環(huán)繞開普勒-2 9 6一周需6 3.3天。
目前，科學(xué)家正在根據(jù)最新的各項發(fā)現(xiàn)估計巖質(zhì)行星出現(xiàn)在像太陽這樣的恒星宜居帶上的概率。這是向?qū)崿F(xiàn)“了解我們在宇宙中的位置”這一目標(biāo)邁出的重要一步。
科學(xué)家也在為發(fā)布“開普勒”下一個4年數(shù)據(jù)集的目錄做準(zhǔn)備。他們將使用先進的軟件對最后一個月收集的數(shù)據(jù)進行分析，這種軟件對地球大小的小行星發(fā)出的微弱信號比過去使用的軟件更為敏感。
美國航空航天局華盛頓總部科學(xué)任務(wù)理事會首席助理約翰·格蘭菲德說：“‘開普勒’無疑是科學(xué)史上的巨星，在宜居帶內(nèi)發(fā)現(xiàn)這些巖質(zhì)行星使我們向探索類地行星的目標(biāo)更近了一步?，F(xiàn)在，最終搞清銀河系只有地球這樣一個稀罕的行星還是存在大量類地行星只是一個時間問題?！?/font>
