開普勒號太空望遠鏡

世界首個用于探測太陽系外類地行星的飛行器——“開普勒”太空望遠鏡在美國卡納維拉爾角空軍基地發(fā)射升空，為地外生命的搜尋翻開新的一頁。名字:以生活在16世紀至17世紀的德國天文學(xué)家約翰內(nèi)斯·開普勒的名字命名。他發(fā)現(xiàn)了著名的“開普勒行星運動三定律”，為天文學(xué)發(fā)展做出巨大貢獻。外形:主體大致呈圓筒狀，直徑2.7米，長4.7米。功能:攜帶的光度計裝備有直徑為95厘米的透鏡，還裝備有95兆像素的CCD感光設(shè)備。它具有極其靈敏的觀測能力，在太空中可以發(fā)現(xiàn)地球上晚間一盞普通燈被關(guān)閉的光線變化。軌道:將繞太陽飛行，其運行軌道和地球軌道基本重合，一個周期約為372天。任務(wù):設(shè)計任務(wù)期為3.5年，如可能將延長到6年。它將持續(xù)對天鵝座和天琴座目標區(qū)域大約10萬個與太陽系相似的恒星體系進行觀測，希望能觀測到這一區(qū)域中的行星“凌日”現(xiàn)象，并以此推斷是否存在類地行星。1、開普勒望遠鏡是世界是第一個真正能發(fā)現(xiàn)類地行星的太空任務(wù)，它將發(fā)現(xiàn)宜居住區(qū)圍繞像我們太陽似的恒星運轉(zhuǎn)的行星。水是生命之本，此宜居住區(qū)得是恒星周圍適合于水存在的一片溫度適宜的區(qū)域，在這種溫度下的行星表面可能會有水池存在。2、在開普勒望遠鏡三年半多的任務(wù)結(jié)束之前，它將讓我們更好地了解其它類地行星在人類銀河系到底是多還是少。這將是回答一個長久問題的關(guān)鍵一步，此問題就是我們是宇宙中惟一的么？3、開普勒望遠鏡通過發(fā)現(xiàn)恒星亮度周期性變暗來探測太陽系外行星。 當人類從地球上某個位置來觀察天空時，如果有行星經(jīng)過其母恒星的前面，就能發(fā)現(xiàn)此行星會導(dǎo)致其母恒星亮度稍微變暗。開普勒望遠鏡更能洞悉這一情況。4、開普勒望遠具有太空最大的照相機，有一個95兆像素的電荷偶合器CCD陣列，這就像日常使用的數(shù)碼相機中的CCD一樣。5、開普勒望遠鏡如此強大，以至于它從太空觀察地球時，能發(fā)現(xiàn)居住在小鎮(zhèn)上的人在夜里關(guān)掉他家的門廊燈。運行軌道要實現(xiàn)連續(xù)的觀測要求開普勒光度計的視場在黃道平面之外，這樣才能不被太陽或月球周期性遮擋。周期為372.5天的地球拖尾日心軌道德爾塔-2運載火箭的能力之內(nèi)最大可能地避開太陽、地球以及月球的干擾。在這條軌道上，飛船緩慢駛離地球，四年后距離地球0.5AU。這項任務(wù)的通信和導(dǎo)航是由美國宇航局的太空跟蹤網(wǎng)提供。這條軌道的另一優(yōu)勢是它很少干擾飛船的力矩，因而形成非常穩(wěn)定的指向姿態(tài)。不同于在地球軌道上，此軌道上飛行不存在因重力梯度、磁矩或大氣阻力而產(chǎn)生的力矩。 最大的外力矩是由太陽壓力所致。這條軌道還避免了與地球軌道相關(guān)的高輻射量，但偶爾也會遭受太陽耀斑的輻射。開普勒號太空望遠鏡-美國首顆用于搜尋類地行星的太空望遠鏡開普勒號于美國東部時間3月5日22時48分北京時間3月6日11時48分搭乘德爾塔Ⅱ型運載火箭，從佛羅里達州卡納維拉爾角空軍基地升空。耗資將近6億美元的開普勒望遠鏡將在四年左右的時間內(nèi)，在銀河系的天鵝星座與天琴星座區(qū)域觀測類似于太陽的大約10萬顆恒星系統(tǒng)，以尋找類地行星和生命存在的跡象。開普勒是一架太空望遠鏡，在設(shè)計上用于探測遙遠恒星以確定類地行星具有多高的普遍性。據(jù)悉，開普勒將利用“凌日法”對行星進行間接探測。所謂的“凌日法”是指測量繞一顆恒星運行的行星在其前方穿過時，恒星的亮度如何減弱。除了揭示一顆行星的存在外，這種光信號也能告訴我們這顆行星的體積以及運行軌道。在此之后，科學(xué)家將利用其它測量手段確定所發(fā)現(xiàn)的每一顆行星是否位于適于生命居住的區(qū)域，或者說測量這顆行星與其所繞恒星之間的距離，以確定其表面是否存在液態(tài)水。其探測行星的原理是:當恒星系統(tǒng)中的行星運行到開普勒號與恒星之間時，由于行星的遮擋，開普勒號光度計傳感器接收到的恒星亮度會變?nèi)酢?地面科學(xué)家可以根據(jù)恒星亮度的這種周期性的微弱變化來推算出行星的大小和軌道周期等數(shù)據(jù)。開普勒望遠鏡能探測到的這種亮度微弱變化可以小到百萬分之十左右。這一技術(shù)方法已經(jīng)被科學(xué)家采用了大約十年，并幫助了天文學(xué)家發(fā)現(xiàn)了300多顆較大的行星。而開普勒望遠鏡將目標對準更小的行星，像地球一般大的宜居住行星，它們都圍繞其母恒星運轉(zhuǎn)。任務(wù)壽命這一任務(wù)必須持續(xù)很長時間來檢測和證實該頻率附近行星凌日的周期性?？茖W(xué)家提出了一個為期四年的任務(wù)，在此期間，在所有1年周期的軌道上能檢測4次凌日，在1.33年周期的軌道上檢測3次凌日。這一任務(wù)期限還提供了1.6年軌道3次凌日檢測的50%和10%的1.9年。專家已經(jīng)提議再延長2年任務(wù)，這樣可極大地增強檢測比地球小的行星和檢測類似火星軌道2年周期上地球大小的行星的能力。實現(xiàn)目標望遠鏡結(jié)構(gòu)開普勒任務(wù)所要實現(xiàn)的科學(xué)目標是探測太陽系外行星系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和多樣性。更為具體地說，這一目標要通過觀測大量恒星加以實現(xiàn)。任務(wù)1:確定多種光譜型恒星周圍適居區(qū)或其附近大型類地行星出現(xiàn)頻率。行星出現(xiàn)頻率可通過所發(fā)現(xiàn)的行星數(shù)量和體積以及所監(jiān)視的恒星數(shù)量和光譜型加以確定。即使一個無效的結(jié)果也具有非常深遠的意義，原因就在于所需探測的恒星數(shù)量驚人以及較低的假警報率。任務(wù)2:確定這些行星的體積以及軌道半長軸分布情況。行星體積可通過微小的亮度減弱和恒星體積得出。對于一項在統(tǒng)計學(xué)顯著性方面超過8個西格馬的探測，行星區(qū)域的誤差為14%左右，行星半徑誤差為7%。行星的軌道半長軸可根據(jù)開普勒第三定律，通過測量出的周期和行星質(zhì)量得出。由于中心恒星質(zhì)量誤差為3%，所得出的半長軸誤差應(yīng)該在1%左右——恒星質(zhì)量可利用地面分光鏡觀測和恒星模型加以獲得。任務(wù)3:估計多恒星系統(tǒng)的行星出現(xiàn)頻率和軌道分布?？赏ㄟ^比較在與多行星系統(tǒng)相對的單恒星系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)的行星系統(tǒng)數(shù)量加以實現(xiàn)。如果彼此間距離很近，多恒星系統(tǒng)可通過地面分光鏡觀測加以確認；如果距離相隔很遠，可通過高角分辨率觀測加以確認。任務(wù)4:確定短運行周期巨型行星半長軸、反照率、體積、質(zhì)量和密度分布情況。短運行周期巨行星也可通過它們反射光的變化加以探測。正如上文所提到的，半長軸可通過軌道周期和恒星質(zhì)量確定。在進行這項任務(wù)時，凌日出現(xiàn)的可能性大約在10%左右，科學(xué)家可利用這些機會確定短運行周期巨行星的體積。在開普勒任務(wù)的最初幾個月，科學(xué)家便可發(fā)現(xiàn)這些行星。根據(jù)行星體積、半長軸和反射光調(diào)制幅度，我們可以確定其反照率。至于行星密度，可以在這樣一種情況下確定，即在發(fā)現(xiàn)處于凌日狀態(tài)的行星得出行星體積的同時又利用多普勒分光鏡測定其質(zhì)量所繞恒星絕對視星等<13，溫度低于F5，這與確定行星HD209458b密度采取的方式是一致的。任務(wù)5:利用互補技術(shù)，確定每個通過光度測定發(fā)現(xiàn)的行星系統(tǒng)的額外成員。利用“空間干涉測量任務(wù)”太空望遠鏡和地面多普勒分光鏡得出的觀測，可用于搜尋沒有發(fā)生凌日的額外大質(zhì)量行星，進而提供有關(guān)每一個所發(fā)現(xiàn)行星系統(tǒng)的更多細節(jié)。任務(wù)6:確定這些擁有行星系統(tǒng)的恒星特性。發(fā)生凌日時，可利用地面觀測得出每一顆恒星的光譜型、光度級和金屬性。旋轉(zhuǎn)率、表面亮度的不均衡性以及恒星活動性可直接通過光度測定的數(shù)據(jù)推算。恒星的年齡和質(zhì)量可通過開普勒P模式測量法星震學(xué)確定。以上所述任務(wù)得出的結(jié)果可用于支持“起源”任務(wù)、“空間干涉測量任務(wù)”太空望遠鏡以及“類地行星發(fā)現(xiàn)者”探測器。具體如下:1. 為未來行星搜尋任務(wù)確定普通主星特性。2. 劃定需要搜索的太空區(qū)域。3. 為“空間干涉測量任務(wù)”提供一份所要探測目標名單，即已知存在類地行星的系統(tǒng)方位。