NASA發布開普勒星表：行星大小很有講究！

發布會現場（來源：NASA@Twitter）

6月19日美國航天局召開新聞發布會公布了「開普勒」望遠鏡最新的探測成果並公開發布，一批共計219個新的系外行星候選目標，其中有10個接近地球大小並運行在各自的「宜居帶」內。同時NASA表示即將公開發布2009-2013年期間的觀測數據。在此次公布的星表中新增了

黃色圓點表示新發現的位於宜居帶的系外行星候選目標（來源：NASA/Ames Research Center，繪圖：Wendy Stenzel）

這是「開普勒」太空望遠鏡第8次公布星表，也是迄今為止最完整詳盡的星表，囊括了這台望遠鏡最早的4年觀測數據，包含了4034個系外行星候選目標，其中2335個獲得確認的系外行星，而宜居帶內類地行星則有大約50個，其中超過30個得到了驗證。NASA表示，這也是「開普勒」第一階段任務的最後一份星表。從2009年升空以後「開普勒」的主要任務就是掃描天鵝座內的一小片天區中的約10萬顆恆星，通過凌星法探測系外行星。

左邊為2009-2013年開普勒望遠鏡探測的天區，右邊為2014年至今的探測天區。（來源：NASA/Ames Research Center，繪圖：Wendy Stenzel）

2013年，望遠鏡發生重大機械故障，無法對原有天區進行精確定位。由於遠在1.2億公里之外，派人過去修是不可能的。眼看數億美元的望遠鏡不得不報廢，地面工程師想到一個大膽的遠程拯救方案——調整太陽能帆板角度，利用太陽光壓幫助望遠鏡實現平衡！不過代價是望遠鏡必須和太陽保持一個特定角度，不能隨心所欲地觀測任何天區；同時它的觀測範圍也被迫從天鵝座移到了黃道面，這當然也是有利有弊，好處是掃描的天區其實更大了，但缺點就是黃道面附近「亂七八糟」的東西太多。不過好消息是，這種前無古人的太空修復工程竟然獲得成功！2014年起「開普勒」望遠鏡進入生命中第二個探測階段，NASA的科學家把它命名為「K2」計劃。

「K2」計劃原理圖，通過太陽輻射光壓保持望遠鏡平衡，令其可以穩定地觀察目標天區，每一次觀測大約可以持續75天。（來源：NASA/Ames Research Center，繪圖：Wendy Stenzel）

此次公布的數據中沒有涵蓋「K2」計劃，但顯然，第一階段其完成的任務已經足夠出色，給我們展現了許多位置世界。雖然天鵝翅膀邊上的天區範圍十分有限，但那麼多恆星擁有自己的行星，這是非常令人振奮的消息，積累下來的數千個案例也給了天文學家做統計分析的機會。研究表明，存在兩個體型較小的系外行星群落，一個是「類地岩石行星」，另一個是「亞海氣態行星」（比海王星略小的氣態行星），而其他行星數量相對較少，這或許對天文學家研究行星演化有著重要的借鑒意義。

1-12倍地球半徑的系外行星統計數據，1-1.5倍以及2-3倍地球半徑的行星數量明顯偏多。（海王星半徑約為地球3.88倍）（來源：NASA/Ames Research Center/CalTech/University of Hawaii/B.J. Fulton）

系外行星歸類。圖中小圓點為用不同方法發現的系外行星，淺藍色為視向速度法，粉紅色為凌星法，綠色為直接成像法，藍色為微引力透鏡法，褐色為脈衝星時差法，白色為開普勒望遠鏡發現的系外行星。縱軸為行星半徑，中間三條白線分別對應木星、海王星和地球的半徑。橫軸表示行星軌道周期，公轉周期越短說明離恆星越近。粉紅區域表示「熱木星」，紫色為低溫氣態行星，藍色為液態或冰凍巨行星，綠色表示「熔岩世界」，黃色表示岩石類行星。（來源：NASA/Ames Research Center，繪圖：Natalie Batalha/Wendy Stenzel）

天文學家從大量的統計數據中推測，在一開始的時候，自然形成的岩石類的行星可能至多也就比地球大75%，然而在某個尚未知曉的原因的影響下，其中一半的行星裹上了氫氣與氦氣，半徑開始增加，這讓它們離開了「類地行星」的行列，向著海王星靠攏。當然這並不說明其他尺寸的行星不存在，如「熱木星」、「冷氣星」（低溫氣態行星）等也是普遍存在的，它們都被歸為「類木氣態行星」或是「巨行星」。其他系外行星探測項目對巨行星也有不少收穫，但要發現更小的「類地岩石行星」和「亞海氣態行星」，「開普勒」更有優勢。不過由於「開普勒」主要依靠凌星法來探測，而恆星本身亮度也會存在一定的變化，公轉周期較長（離恆星較遠）的行星對它來說還是頗有難度的，尤其是被迫開啟「K2」計劃後「開普勒」盯著某一天區的時間就更短了。NASA的科學家表示，目前「開普勒」望遠鏡運行狀況良好，如果一切順利，它還將繼續運行到2018年10月。毫無疑問，「史上最成功的系外行星望遠鏡」的桂冠非他莫屬了。

天文學家猜測的「行星生產線」，或許行星形成過程中氫與氦的比重決定了行星最終的大小和形態（來源：NASA/Ames Research Center/JPL-Caltech，繪圖：R. Hurt）

如今有天文學家將行星分為巨型行星和小型行星，小型行星再細分成「超級地球」和「迷你海王星」；還有一種分法是直接歸為三類：類地行星、類海行星、類木行星。（來源：NASA/Ames Research Center/JPL-Caltech，繪圖：Tim Pyle）

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