【特邀专栏】志澄观察：开普勒太空望远镜发现类地行星的启示
特邀撰稿人：黄志澄
美国宇航局（NASA）于北京时间7月24日零时，发布了开普勒（Kepler）太空望远镜的最新成果：确认了第一个与地球近似大小、围绕一个类太阳恒星运转、公转轨道位于宜居带内的行星Kepler-452b。它位于距离地球1400光年的天鹅座，直径比地球大60％，所处位置允许拥有液态水。它的质量和组成尚未确定，但它是岩石星球的可能性较高。而它围绕的母恒星与太阳非常类似，温度相近、直径比太阳大10％、亮度高20％、年长15亿岁。Kepler-452b到这颗恒星的距离，也与地球到太阳的距离较相近。NASA科学任务委员会副主管约翰·格伦斯菲尔德表示，这是个令人兴奋的结果，人类距离找到一个“2.0版地球”的目标更为接近。
开普勒太空望远镜，是世界首个用于探测太阳系外类地行星的航天器。它于北京时间2009年3月7日由德尔塔II型火箭发射升空。在3年半的任务期内，“开普勒”将对天鹅座和天琴座中大约10万个恒星系统展开观测，以寻找类地行星和生命存在的迹象。“开普勒”携带的光度计装备有直径为95厘米的透镜，它将通过观测行星的“凌日”现象，搜寻太阳系外类地行星。在2012年完成主要科学使命后，它又开始了为期4年的计划延长期，任务是搜寻太阳系之外围绕遥远恒星运行的系外行星体。2013年开普勒4个帮助控制望远镜方向的反应轮，先后有两个出现故障。2014年，开普勒团队用太阳光子产生的压力作为一个虚拟反应轮，成功重新控制了望远镜，而其在“复活”后这次又再建新功。
开普勒太空望远镜项目的立项，首先要归功于项目的首席科学家比尔•博鲁茨基（BillBorucki）长达30年的努力。他从小喜欢观测星空。1962年，他在威斯康辛大学获得了物理学硕士学位后，就到NASA艾姆斯（Ames）中心工作。他在中心做的第一项研究，就是在地面进行“阿波罗”飞船气动加热的模拟试验。他提出的方案，是用两门大炮相互瞄准，一门炮以马赫数为15的速度射出空气，另一门炮射出一个飞船模型穿过那些空气。此时，飞船隔热罩前将产生明亮的激波。通过能够分析激波发光的仪器，可测量加热空气中的化学反应，并考核防热罩的有效性。后来，这种技术就发展成为自由飞弹道靶。1972年阿波罗项目结束后，他的工作转向研究地球、金星、木星及土卫六的闪电现象。
当时中心的科学家尝试用测量由行星引力导致的恒星位置变化来寻找太阳系外行星。由于博鲁茨基通过以前研究对测量光强度的光度学很熟悉，他开始研究用光度学来寻找行星的新方法。早在1971年，他就读过神经外科医生弗兰克•罗森布拉特（FrankRosenblatt），探讨如何通过测量其他恒星的星光，来寻找这些恒星周围的行星的文章。文章说明,如果一颗行星从恒星和你的望远镜之间经过，你会看到光的强度略有下降。不幸的是，罗森布拉特提交了这篇文章后不久，就在河上划皮划艇时淹死了。接着，他和中心的天文学家奥德丽•萨默斯（AudreySummers）一起改进了文章提出的方法。1984年，他们指出，地面望远镜用这种方法能够探测到木星大小的行星，但对于小得多的地球大小的行星，就必须使用不受大气层干扰的太空望远镜。
在这之后他们申请到了艾姆斯中心“主任自由资助基金”的15000美元，用来制造了一台小光度计，而为了发现类地球行星，光度计的精度还必须提高1000倍，能够测出十万分之一的亮度变化。1992年，他们向NASA提出了发展太空望远镜的项目建议书，很快就被拒绝。修改后再上报，又被拒绝。1996年再一次申请，结果是要他们先在天文台进行试验。他们就整修了离艾姆斯研究中心40多公里的里克天文台，完成了测量，证明能够同时对6000颗恒星进行光度测量。1998年，第四次提出申请，还是被拒绝，但要求证明望远镜在存在宇宙射线和其他干扰的轨道上也能足够灵敏，为此批了50万美元。他们用了6个月完成了实验。2000年1月，NASA终于给了一些资助，但告诉他们得跟其他两个项目竞争。直到2001年，才正式批准了项目，但在执行过程中还是经常遇到资金不到位。据报道，整个项目的费用约为6亿美元。
开普勒太空望远镜的成功，给我们许多启示。这个项目和探测冥王星的“新视野”一样，都来自科研第一线科学家的创新思想，这些科学家是科技创新的主力，由于他们的功利纠葛较少，就能够突破原有的思维约束。因此，就必须建立有利于这些创新思想脱颖而出的环境和文化。从博鲁茨基的经历来看，NASA的管理在这方面并不到位。这一方面，要归咎于NASA固有的官僚文化；另一方面，也反映了美国在太空探索方面的许多战略失误。从“阿波罗”计划无法持续，到被低轨道载人航天项目陷入太多的资金和精力，无力无暇顾及这些费用不大但意义非凡的项目。这些经验教训值得后来人深思。
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