開普勒陷入故障危機 NASA三架太空望遠鏡相繼罷工

　　錢德拉和哈勃望遠鏡都是上世紀發射升空，經檢測它們的陀螺儀出現故障。目前美國宇航局透露稱，開普勒探測器也出現了相同的問題。

　　2014年，開普勒探測器獲得了一項重大發現，它探測到系外行星Kepler-452b，被稱為「地球2.0」，距離地球1400光年。

　　新浪科技訊 北京時間10月29日消息，據國外媒體報道，開普勒探測器現已成為短短几周之內出現故障問題的美國宇航局第三個太空望遠鏡。本月初，錢德拉和哈勃太空望遠鏡出現故障，處於「休眠模式」。

　　錢德拉和哈勃望遠鏡都是上世紀發射升空，經檢測它們的陀螺儀出現故障。目前美國宇航局透露稱，開普勒探測器也出現了相同的問題。在上一次觀測任務中，開普勒探測器成功向地面發送觀測數據，開普勒研究團隊發布指令，要求該探測器到指定區域開始準備收集下一次觀測任務的相關數據。

　　然而，10月19日，在美國宇航局深空網路定期安排的探測器檢測中，研究人員發現開普勒探測器已過渡至非燃料使用的休眠模式。當前，開普勒研究小組正在評估導致故障的原因，並評估下一步可能出現的問題。據悉，這顆老化的「系外行星獵人」燃料嚴重不足，可能接近使用壽命終點。

　　開普勒望遠鏡原始檔案

　　自2014年以來，開普勒任務探測發現數千顆系外行星，其中30顆行星體積不足地球體積兩倍，位於恆星系統宜居帶，環繞主恆星運行。開普勒探測器於2009年3月7日從卡納維拉爾角基地發射升空，它有望探索發現太陽系之外的神秘行星。

　　開普勒探測器發射時重量為1052公斤，長4.7米，寬2.7米。該探測器通常是用於搜尋類似地球的行星，類地行星是指岩石行星，其軌道在恆星的宜居地帶中。

　　據統計，開普勒探測器現已發現大約5000多顆已證實的「候選系外行星」，另外還有2500顆「被確認的系外行星」，科學家認為它們是真實存在的。當前，開普勒探測器在K2任務中發現更多的系外行星。

　　K2是開普勒探測器第二項觀測任務，目前該探測器上的兩個感應輪出現故障。這兩個感應輪能夠直接控制探測器的方向和高度，從而有助於指出正確的方向。

　　這項改良任務能夠證實系外行星環繞昏暗的紅矮星運行，雖然在為期8年的觀測任務中，開普勒觀測發現數千顆行星，特別是獲得了五項重大發現：

　　1、地球2.0

　　2014年，開普勒探測器獲得了一項重大發現，它探測到系外行星Kepler-452b，被稱為「地球2.0」，距離地球1400光年。

　　這顆行星擁有類似地球的軌道，接收的恆星光線照射量類似於地球的陽光照射量，公轉一周的時間與地球年相近。但是專家仍不能確信這顆行星孕育生命，但是他們表示如果地球人類到該星球殖民，人類能夠繼續繁衍生息。

　　2、發現首顆環繞兩顆恆星運行的行星

　　2011年，開普勒探測器發現一顆神秘行星，它環繞兩顆恆星運行，這樣的情況被稱為「雙星系統」。該雙星系統命名為Kepler-16b，距離地球大約200光年。

　　專家將該雙星系統比作科幻電影《星球大戰》中塔圖因星球所處的「雙日落」恆星系統。

　　3、發現太陽系外首顆宜居行星

　　2011年，科學家發現Kepler-22b，這是科學家首次在太陽系之外發現的宜居行星。這顆宜居超級地球行星體積大，是一顆岩石星球，表面溫度可達到大約22攝氏度，該類似於地球溫泉溫度。

　　4、發現一顆「超級地球」

　　2017年4月，開普勒望遠鏡發現首顆「超級地球」，這顆巨大行星被命名為LHS 1140b。它環繞一顆紅矮星運行，距離地球大約4000萬光年，科學家認為，這顆行星存在巨大的岩漿海洋。

　　5、發現Trappist-1恆星系統

　　Trappist-1恆星系統內存在7顆類似地球的行星，這是2017年最大的天文發現之一。每顆行星環繞一顆矮星運行，距離地球3900萬光年，行星表面很可能存在水資源。

　　目前科學家表示其中3顆行星具備生命宜居條件，暗示生命很可能在這幾顆行星表面進化形成。據悉，開普勒探測器於2016年發現Trappist-1恆星系統，但是今年2月科學家在系列研報中才公布該恆星系統潛在生命宜居性。

　　開普勒如何發現行星？

　　開普勒探測器擁有非常靈敏的觀測儀器——分光計，能夠探測恆星釋放光線最輕微的變化。它能同時跟蹤分析10萬顆恆星，尋找恆星光線強度變弱的跡象，這將表明一顆軌道行星掠過衛星和遙遠目標前方。

　　從地球角度觀測，當一顆行星掠過恆星前方時，會出現「凌日」現象。凌日期間恆星光線的輕微減弱，將幫助科學家確定凌日行星的軌道和體積大小，以及恆星體積大小。

　　基於這些計算，科學家可以確定行星位於恆星的「宜居帶」，進而可以分析該行星是否適宜外星生命存活。自開普勒探測器開始著手K2任務以來，現已完成了18項觀測任務，收集了大量遙遠系外行星的觀測信息。

　　哈勃太空望遠鏡發射於1990年，本月初出現故障，不得不停止正常工作，使科學家進一步意識到他們非常依賴28年前製造的天文設備，同時，他們對「後繼無人」的現狀感到擔憂。

　　美國太空望遠鏡頻現故障危機

　　美國宇航局稱，在哈勃太空望遠鏡由於一次故障導致關閉之後，該機構在重新恢復太空望遠鏡正常運行方面獲得了「重大進展」。10月5日，哈勃太空望遠鏡因陀螺儀故障而進入安全模式，該望遠鏡不得不啟用備用陀螺儀。然而陀螺儀以驚人的速度旋轉，因此美國宇航局無法切換啟用備用陀螺儀。

　　為了解決這個問題，美國宇航局試著測試IT支持技術——將陀螺儀關閉再打開。哈勃操作研究小組將陀螺儀關閉1秒，之後在感應輪旋轉之前重啟陀螺儀。

　　之後研究人員指令操作一系列航天演練，或者以相反的方向試圖清除可能導致浮體偏離中心和產生超高速度的任何堵塞。

　　在每次航天演練中，陀螺儀從高速模式切換至低速模式，從而清除浮體周圍任何堵塞。10月18日演練之後，研究小組發現高速模式中明顯降低陀螺儀速度，可在低速模式下暫短時間內測試速度。

　　美國宇航局表示，目前備用陀螺儀的旋轉速度已降低，現已處在預期範圍之內。下步將進行更多的測試，確保哈勃望遠鏡能夠使用這個陀螺儀進行科學操作。哈勃望遠鏡是地球上最強大的望遠鏡，現已投入使用28年，逐漸顯露出老化跡象，可能不久將完全停止運行。

　　錢德拉X射線望遠鏡現已操作使用20周年，並且已超出預期使用壽命將近15年。本月初，錢德拉望遠鏡自動進入安全模式是由於陀螺儀問題。

　　短期內沒有替代的太空望遠鏡

　　像哈勃和錢德拉望遠鏡這樣的天文觀測設備在太空中執行觀測任務許多年時間，為我們提供了大量的觀測圖像和數據。這些奇妙的觀測設備，在現代科學發展中具有不可估量的價值，但是隨著使用時間的增多，它們已處於老化階段，但是美國宇航局並沒有計劃替換這些老化天文設備。

　　哈勃和錢德拉望遠鏡有助於繪製遙遠星系、窺探黑洞和定位發現新行星，但是天文學家擔心他們的「太空之眼」可能不久將變模糊。美國高校天文研究協會會長馬特·芒登 （Matt Mountain）稱，美國政府不願在重大天文科學領域投資的狀況，開始讓我們擔憂，作為一個科研團體，我們將面臨一個非常嚴峻的前景，有些領域沒有望遠鏡進行勘測，那麼無法進行任何科學研究。

　　對這些大型望遠鏡的繼任者提供資金的方案還亟待確定，美國宇航局天體物理學部門主任保羅·赫茲（Paul Hertz）稱，這都是「國家的選擇」，我們進行的觀測任務受到科研團體優先順序以及政府提供資金的影響。

　　哈勃太空望遠鏡發射於1990年，本月初出現故障，不得不停止正常工作，使科學家進一步意識到他們非常依賴28年前製造的天文設備，同時，他們對「後繼無人」的現狀感到擔憂。

　　錢德拉X射線望遠鏡現已操作使用20周年，並且已超出預期使用壽命將近15年。本月初，錢德拉望遠鏡自動進入安全模式是由於陀螺儀問題。美國宇航局表示，現已查明10月10日導致該望遠鏡進入安全模式的原因，目前操作小組已成功恢復望遠鏡正常指向模式。

　　研究人員表示，錢德拉望遠鏡進入安全模式是由於其中一個陀螺儀出現故障，導致三秒為期周期的數據誤差，這將導致機載電腦計算錯誤的航天器動量值。錯誤的動量值引發進入安全模式，美國宇航局稱，研究小組現已完成了陀螺儀切換，將故障設備在備用位置。

　　由於類似的陀螺儀故障，哈勃望遠鏡現已進入休眠狀態。美國宇航局稱，錢德拉望遠鏡的故障問題現已解決，但仍存在低燃料狀況，當前不清楚還能維持多長時間。錢德拉和哈勃望遠鏡在一周之內相繼「休眠」純屬巧合。

　　近日，從事錢德拉望遠鏡操作工作的哈佛-史密森天體物理中心天文學家喬納森·麥克道爾（Jonathan McDowell）發布推文聲稱，如果哈勃望遠鏡能有一個小假期，我希望錢德拉望遠鏡也有一個。

　　美國政治巨頭向美國宇航局提供充足資源和資金，支持上世紀70年代的大天文台計劃，完成天文觀測設備的發射和維護。

　　據悉，現已建造四個太空望遠鏡，能夠觀測從伽馬射線至紅外輻射的整個光線範圍，康普頓伽馬射線天文台負責觀測伽馬射線，斯皮策太空望遠鏡負責觀測紅外輻射。此外，哈勃太空望遠鏡負責分析可見光和近紫外線光，錢德拉望遠鏡負責分析X射線。

　　它們將發現並有助於揭曉黑洞、系外行星、新生恆星、宇宙年齡以及宇宙中能量最充沛的爆炸之謎。2001年，康普頓伽馬射線天文台因陀螺儀問題而報廢，預計2019年斯皮策望遠鏡將停止工作。

　　美國宇航局剩餘兩個望遠鏡繼續工作到2020年代，太空望遠鏡科學研究所哈勃任務負責人湯姆·布朗（Tom Brown）說：「目前人們突然意識到哈勃望遠鏡不能永生。當哈勃望遠鏡無法使用時，在這個觀測範圍內沒有可見或者紫外線望遠鏡，這正是項目專家非常關心的事情。」

　　詹姆斯·韋伯望遠鏡將研究太空紅外輻射，但由於延期和錯誤，發射日期推移至2021年。當前美國宇航局並未考慮替換錢德拉望遠鏡，並進一步研究X射線。

　　康普頓伽馬射線天文台繼任者費爾米太空望遠鏡項目科學家、伽馬射線天體物理學家朱莉·麥金納里（Julie McInery）說：「在任何給定的望遠鏡觀測範圍內，你必須保持最低限度的活動，才能在科研團體中擁有專業知識，這樣你才能繼續建造新的天文儀器。」

　　哈勃望遠鏡的陀螺儀如何工作？

　　陀螺儀中的感應輪保持每分鐘19200次的轉速，感應輪安裝在一個密封圓柱體，被稱為「浮體」，它懸浮在密集液體上。

　　電流通過電線傳導至發動機，電線直徑近似於人類頭髮，它們沉浸在液體之中。陀螺儀內部的電子設備可以探測到感應輪中心軸的微小運動，並將這些信息傳送至哈勃太空望遠鏡的中心計算機。

　　陀螺儀有兩個模式——高模式和低模式，高模式是用於測量較高旋轉速度的簡易模式，適用於當哈勃望遠鏡在太空中從一個觀測目標轉移至另一個觀測目標時使用。低模式是用於測量詳細旋轉狀況的精確模式，適用於哈勃望遠鏡鎖定一個觀測目標，並需要望遠鏡保持靜止狀態。（葉傾城）

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