NASA開普勒行星獵手的最后行動：接連發現三個系外行星

天體物理學家和公民科學家發現了三顆系外行星，這被認為是美國宇航局退役的開普勒太空望遠鏡最后觀測到的行星之一。在其整個任務期間，開普勒觀測了數十萬顆恒星，并為識別2600多顆已確認的系外行星做出了貢獻。盡管面臨著機械問題，開普勒堅持不懈，繼續發現新的天體，直到它最后日子的到來。

一個天體物理學家和公民科學家團隊已經確定了可能是美國宇航局退役的開普勒太空望遠鏡在其近十年的任務中觀察到的最后一些行星。這三顆系外行星的大小都在地球和海王星之間，并緊密圍繞著它們的恒星運行。

威斯康星大學麥迪遜分校的高年級學生Elyse Incha說："在開普勒觀測的大計劃中，這些是相當普通的行星。但它們令人激動，因為開普勒在其最后幾天的運作中觀察到了它們。它展示了開普勒在獵取行星方面有多么出色，即使是在其生命的最后階段。"

由Incha領導的關于最后發現的三顆系外行星的論文發表在2023年5月30日的《皇家天文學會月刊》上。

這幅插圖描繪了美國宇航局的系外行星獵手，開普勒太空望遠鏡。該機構于2018年10月30日宣布，開普勒已經耗盡了燃料，正在遠離地球的現有安全軌道內退役。開普勒留下了超過2600顆系外行星的發現的遺產。

開普勒于2009年3月發射。這項任務的最初目標是持續監測天鵝座和天琴座北部的一片天空。這種長時間的觀測使衛星能夠跟蹤行星在其恒星前交叉所引起的恒星亮度的變化，這種事件被稱為凌日。

四年后，該望遠鏡已經觀測了超過15萬顆恒星，并確定了數以千計的潛在系外行星。這是美國宇航局第一次發現一個地球大小的世界在其恒星的宜居帶內運行的任務，宜居帶是一個行星表面可能存在液態水的距離范圍。

2014年，該航天器遇到了機械問題，暫時停止了觀測。開普勒團隊設計了一個修復方案，使其能夠恢復運行，大約每三個月切換一次視場，這個時期稱為活動。這一更新的任務被稱為K2，又持續了四年，調查了超過50萬顆恒星。

當開普勒在2018年10月退役時，它已經幫助發現了2600多顆確認的系外行星和更多的候選行星。

2018年9月25日拍攝的"最后一束光"圖像，代表了開普勒卓越的數據收集之旅的最后一頁。圖像中央和頂部的發黑縫隙是早期相機隨機部件故障的結果。由于采用了模塊化設計，這些損失并沒有影響到儀器的其他部分。資料來源：NASA/Ames研究中心

K2的最后一次第19號活動只持續了一個月。由于航天器的姿態控制燃料開始耗盡，它無法長時間保持其位置以收集有用的觀測數據。最后，天文學家從第19次活動中只獲得了大約7天的高質量數據。

Incha和她的團隊與視覺測量小組合作，這是一個由公民科學家和專業天文學家組成的合作組織，掃描這個數據集以尋找系外行星。公民科學家們在第19次運動的所有光曲線上尋找凌日世界的信號，這些光曲線記錄了被監測的恒星如何變亮或變暗。

"做視覺調查的人--用眼睛觀察數據--可以在光曲線中發現新的模式，并找到自動搜索難以發現的單個物體。"前美國海軍軍官、視覺測量小組成員湯姆-雅各布斯說："即使是我們也不可能把它們全部抓住。我已經對完整的K2觀測數據進行了三次目測，仍有一些發現等待我們去發現。"

雅各布斯和其他人在高質量的數據集中為三顆候選行星各發現了一次過境，每顆行星都圍繞著一顆不同的恒星運行。

在他們最初的發現之后，Incha和她的團隊還回去看了19號運動其余部分的低質量數據，從視覺搜索中標記的三顆恒星中的兩顆發現了額外的過境記錄。

位于劍橋的麻省理工學院（MIT）卡夫里天體物理學和空間研究所的物理學助理教授安德魯-范德堡說："這兩顆候選行星的第二次凌日幫助我們確認了它們的發現，以前沒有人在這個數據集中發現過行星，但是我們的合作能夠找到三個。而且我們真的是在對開普勒收集的最后幾天、最后幾分鐘的觀測數據進行推敲。"

美國宇航局的凌日系外行星調查衛星（TESS）工作時的插圖。資料來源：美國宇航局戈達德太空飛行中心

利用過境信息，Incha和她的團隊計算了這些世界的潛在大小和軌道周期。最小的行星，K2-416 b，大約是地球大小的2.6倍，大約每13天繞其紅矮星運行一次。K2-417 b的體積剛剛超過地球的三倍，也圍繞著一顆紅矮星運行，但每6.5天完成一次軌道。最后一顆未經證實的行星，EPIC 246251988 b幾乎是地球大小的四倍，以大約10天的時間繞其類太陽恒星運行。(前兩顆行星的名字來自任務的K2時代，最后一顆來自K2領域的恒星的黃道平面輸入目錄（EPIC））。

美國宇航局的凌日系外行星勘測衛星（TESS）于2018年4月發射，也使用了凌日法，一次勘測大面積的天空。2021年8月和9月期間，TESS觀測了包含三顆新開普勒行星的那片空間。天文學家能夠探測到K2-417 b的另外兩個潛在過境點。

2018年10月，在太空中呆了9年之后，美國宇航局的開普勒太空望遠鏡達到了其任務的終點。那年早些時候（2018年4月），NASA的凌日系外行星調查衛星發射，接過了獵取行星的火炬。

"在許多方面，開普勒把獵取行星的火炬傳給了TESS，"位于馬里蘭州格林貝爾特的美國宇航局戈達德太空飛行中心的TESS項目科學家Knicole Colón說，他在開普勒任務中工作了數年。"開普勒的數據集仍然是天文學家的寶庫，TESS幫助我們對它的發現有了新的認識。"