尋找遠方的流浪世界，太陽系之外，已有超過5000顆系外行星被發現

天文學家們已經在探索太陽系之外的行星（也稱作「系外行星」）的道路上跨出了一大步。事實上，在過去的20年里，在我們稱之為太陽系家園之外，已經有超過5000顆系外行星被發現。

大多數這些系外行星被發現緊貼著自己的主恆星，用幾小時，幾天或幾周的時間公轉一周；而還有一些則以日地距離圍繞主星運動，以一個地球年作為公轉周期。但是，那些像木星和土星一樣有著更遠軌道的行星會怎麼樣呢？再或者，某些沒有主星的、可自由運動的系外行星又會怎們樣呢？事實上，一些研究表明，在我們的銀河系裡，自由運動的系外行星比恆星還要多。

NASA的K2任務，即重新設定開普勒太空望遠鏡（Kepler space telescope），使其與其他地面天文台聯手開啟了系外行星觀測的一個全球性實驗。他們的任務是：向銀河系的中心方向調查數百萬的恆星，尋找遙遠恆星的外圍行星和在恆星間徘徊的系外行星。

雖然今天的行星搜索技術已經有利於發現主星附近的系外行星，但整個行星系統的大部分外部區域仍然處於未經勘查的狀態。在系外行星的探測工具中，科學家們有一種適合探索這些遠處外延區域和恆星之間的技術。這種技術被稱作微引力透鏡。

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當一個系外行星經過一個更遙遠的恆星前，其重力使星光的軌跡彎曲，並在某些情況下造成瞭望遠鏡看到的圖像中，背景恆星的短暫增光現象。藝術概念描繪出了這個效果。微引力透鏡的這一現象使科學家有能力尋找對於任何其他方式來說都過遠或過暗的系外行星。

來源：NASA艾姆斯/ JPL-加州理工學院/ T. Pyle

微引力透鏡

在這個實驗中，天文學家依靠大自然中的一個為人熟知的基本力——重力，來幫助探測這些遙遠世界的存在。像恆星和行星這樣的大質量天體所產生的引力能夠明顯地影響其他附近的物體。

但重力也可以影響光，偏轉或扭曲那些經過大質量天體的光行進的方向。這種彎曲作用使重力作為一個透鏡，匯聚遠處物體散發出的光，如同放大鏡可以集中太陽光一樣。科學家們可以通過測量遙遠恆星的光，利用光的彎曲效果去尋找一個可能由大質量天體所引起的增亮現象，比如一個經過望遠鏡和遠處背景恆星之間的行星。這樣的大型物體可以是一個在望遠鏡和遙遠的背景恆星之間穿梭的行星。這種檢測有可能發現一個本來隱秘的系外行星。

「K2任務就是利用重力來幫助我們探索系外行星的機會，是十年來最奇妙的天文實驗之一，」在加州矽谷的NASA艾姆斯研究中心（Ames Research Center），開普勒和K2任務的項目科學家Steve Howell說道：「我很高興成為K2任務的一分子，並期待著我們將做出的眾多發現。」

微引力透鏡的這種現象（「微」是因為它的光線偏移角度小）是科學家將在未來三個月內尋找的效果。當一個系外行星通過一個更遙遠的恆星前，它的引力彎曲了星光的軌跡，並在某些情況下造成了在天文台看到的背景恆星的短暫增亮現象。

由自由運動的系外行星導致的透鏡效果大約能持續一到兩天，使得開普勒望遠鏡的持續監視能力成為了這種技術的無價之寶。

地面的天文台將同時測量這些簡短的事件。從它們不同的優勢位置，太空和地球，通過一個被稱為視差的技巧，這些測量可以確定作為透鏡的前景物體的位置。

「我們抓住這個機會利用開普勒獨特的感光攝像頭，以不同的方式來嗅探行星的存在。」艾姆斯研究中心的科學研究員Geert Barentsen說。

在系外行星觀測的全球性實驗中，K2任務和六大洲的地面天文台將向我們銀河系的中心方向調查數百萬個恆星。科學家們將使用一種名為微引力透鏡的技術，搜尋那些在恆星間徘徊的自由行星與軌道離主星較遠的行星，正如木星之於太陽。用這種技術可以使開普勒發現比最初使用凌日法遠10倍的行星。上圖的藝術概念描繪了NASA的K2和開普勒任務搜索區域的相對位置。

來源：NASA艾姆斯/W. Stenzel與JPL-加州理工/R. Hurt

「在接近銀河系中心處進行專門的大範圍微透鏡調查，對於K2任務與地基天文台來說都是一個獨一無二的機會，」在華盛頓的總部，NASA科學任務理事會（Science Mission Directorate）的天體物理部主任Paul Hertz說：「這個史無前例的調查是NASA廣角紅外巡天望遠鏡（Wide-Field Infrared Survey Telescope，簡寫為WFIRST）的概念證明，而該望遠鏡將於2020年發射，進行一項更大規模，更加深入的微透鏡調查，此外，由於開普勒望遠鏡距離地球約有1億英里（1.6億公里）的距離，從太空和地面的同步測量將採用視差技術，以更好地刻畫出產生這些增光現象的系統特徵。」

為了了解視差，請伸展你的手臂並舉起你的大拇指。閉上一隻眼睛，目光聚焦於自己的大拇指上，然後閉上另一隻眼重複這個步驟。拇指的位置會根據視角的不同而移動。人類能夠確定距離並擁有深度的感知能力，是因為我們的眼睛，也就是視角，使用了視差。

翻轉望遠鏡

開普勒望遠鏡圍繞太陽運轉時仍跟隨著地球，K2任務期間它通常朝向遠離地球的方向。但是這個方向意味著地球不能同時觀測到望遠鏡正觀察著的天空，因為這片天空主要出現在地球的白天。

為了做到同步地面觀測，貝爾宇航公司（Ball Aerospace）與科羅拉多大學博爾德分校的大氣與空間物理實驗室（the Laboratory for Atmospheric and Space Physics at the University of Colorado in Boulder）的飛行操作工程師將做出一個機動裝置，轉動望遠鏡使它朝向前進速度的矢量方向。所以，望遠鏡不會看它過來的方向，而是朝向它前進的方向。

當地球和月亮經過望遠鏡的視野時，這樣的排列方式提供了觀察地球和月亮的機會。太平洋夏令時4月14日上午11點50分（世界時間18點50分），開普勒望遠鏡將記錄一個全幀圖像。一旦數據被下載並處理完畢，該圖像將被公布在六月份的公共檔案內。開普勒望遠鏡能夠測量物體的亮度變化，而不能解析觀測目標的顏色或物理特性。

從地球觀測

為了達到這一重要尋徑研究的目標和社會對WFIRST的期望，六大洲內大約二十四個地面天文台將與K2任務合作。每個天文台將會在實驗的不同方面作出貢獻，並幫助探索一系列恆星系統中系外行星的分布情況與距離。

這些結果將有助於我們對行星系統架構和銀河系中系外行星概率分布的理解。

關於參與天文台的完整列表，請參考定義該實驗的論文：K2任務之行動9。（下載地址：http://arxiv.org/abs/1512.09142）

在大約80天的觀測期或行動計劃中，天文學家希望能發現超過100次的透鏡事件，其中大於等於十次可能擁有在相對未勘探的物理參數空間中的系外行星所留下的標記。

艾姆斯研究中心為NASA科學任務理事會管理開普勒和K2任務。位於加州帕薩迪納的NASA噴氣推進實驗室（Jet Propulsion Laboratory）則管理開普勒任務的開發。貝爾宇航技術公司由科羅拉多大學博爾德分校的大氣與空間物理實驗室支持，負責操作飛行系統。

當一個系外行星通過一個更遙遠的恆星前，它的引力彎曲了星光的軌跡，並在某些情況下造成瞭望遠鏡中背景恆星的短暫增亮現象。K2任務和六大洲的地面天文台將合作進行這一系外行星觀測的全球性實驗，用微引力透鏡尋找對於任何其他方式來說都過遠或過暗的系外行星。

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