作者： 南方周末記者 黃永明
“開普勒”探測器的主要任務是在太陽系周圍的15萬顆恆星中，尋找它們附近那些與地球相似的行星。2011年4月8日出版的《科學》雜志發表三篇論文報告開普勒的新發現，包括一顆岩石行星，大量的恆星“星震”以及奇妙的三體恆星。
地球之外，宇宙中還有沒有像我們這樣的星球？這是過去幾個世紀裡人們不斷追問的問題。自1990年代以來，太陽系之外的行星(外星行星)相繼被發現。到2011年4月23日，已知的外星行星已經有547顆。
在所有尋找外星行星的努力中，美國宇航局(NASA)的“開普勒”探測器是迄今最為專注於此的任務。它2009年3月發射升空，目標是要觀察我們附近的15萬顆恆星，找到那些隱藏在它們身旁的與地球相似的行星。
2011年1月，負責開普勒項目的團隊宣布發現了第一顆岩石構成的外星行星。它被命名為“開普勒-10b”，大小是地球的1.4倍，成為已知的太陽系之外最小的行星。
之前發現的大部分行星要麼過於龐大，是比木星還要大幾倍到十幾倍的氣態行星，要麼由於距離恆星太近而過於炎熱，看上去都與地球相差甚遠，從環境上來說也不大可能適合生命存在。“開普勒”探測器則讓人們有機會去發現那些質量與我們地球相似、環境適宜生命的行星。
在運行兩年之後的今天，“開普勒”已經發現了1235個行星候選者，得到確認的外星行星有15個。4月8日出版的美國《科學》雜志一次性發表了三篇論文，報告天文學家們從“開普勒”的海量數據中挖掘出的新發現。
第一顆岩石行星
“開普勒”是一架運行在太空中的口徑95釐米的望遠鏡，向著天鵝座和天琴座的特定區域進行觀測，記錄超過15萬顆恆星的亮度變化。
如果一顆恆星的亮度變化十分規律，那麼它的周圍可能就存在行星。這是因為，行星在環繞恆星運行的過程中可能會在我們的視線方向上遮擋一部分星光。類地行星在恆星前面經過時會造成恆星亮度變暗萬分之一，持續的時間從1小時到16小時不等。
對於這種探測方法來說，一個關鍵的條件是，行星運行的軌道面必須是側向我們的。這樣行星才有可能在我們的方向上遮擋星光。此種情況發生的概率可以用恆星的直徑除以軌道直徑計算出來。對於地球這樣的行星來說，有0.5%的可能性是它剛好運行在能遮擋星光的軌道上。那麼，天文學家要想發現它們，就需要觀測數量龐大的恆星，即便我們假設類地行星在銀河系中是普遍存在的。
開普勒-10b位於560光年之外，環繞一顆與我們的太陽十分類似的恆星運行。這顆恆星(名為“開普勒-10”)與太陽沒有太多不同，只是比太陽年老一些，已經有80億歲。
當天文學家從開普勒-10的亮度變化中推斷出它可能擁有一顆小質量的行星之後，便把它放進了重點觀察的行列。位於美國夏威夷的地面望遠鏡“凱克”隨後用不同於“開普勒”探測器的另一種方法對開普勒-10進行了觀測，最終證實那裡確實有一顆類地行星。
“發現開普勒-10b是我們探索類地行星道路上的一個重要裡程碑。”NASA開普勒項目科學家道格拉斯·赫金斯(Douglas Hudgins)在發布這項新發現時說，“盡管這顆行星並不位於適居區，但這項激動人心的發現展示了(開普勒)任務讓什麼樣的發現成為可能，也預示了後面還會有更多的發現。”
開普勒-10b是利用“開普勒”探測器在2009年5月至2010年1月之間的觀測數據做出的。這顆行星每0.84天便環繞恆星運行一圈，它離恆星的距離只相當於水星到太陽距離的二十分之一，因而它並不位於科學家所認為的“適居區”的範圍。
“星震”傳遞的秘密
“開普勒”探測器的望遠鏡實際上是一台經過特殊設計的測光儀，能夠精確地測量恆星的亮度變化。因此，它在探測行星的同時，也為天理物理學家研究恆星的特性提供了高質量的數據。
恆星自身也會有亮度的高頻變化，這種變化來自於所謂“星震”。就像地震學家能夠從地震波裡獲取地球內部的信息一樣，通過研究來自恆星內部的光波，星震學家也能夠獲知許多恆星內部的秘密。
由於開普勒-10是“開普勒”探測器所觀察的恆星中較亮的一顆，因而探測器獲得了關於它的很好的星震數據，使這顆恆星成為了帶有行星的恆星中天文學家最為了解的之一。
“恆星內部的聲音使得它們像樂器一樣鳴響或震動。如果你測量一個樂器的音高，你能得知這個樂器有多大。樂器越大，它的音高就越低，聲音就更低沉。這就是我們如何得知一顆恆星有多大——借助於星際音樂。”英國伯明翰大學的天體物理學家比爾·查普林(Bil Chaplin)說。
星震能夠讓科學家得知包括質量、體積、年齡在內的一系列恆星的基本信息。而對恆星了解得越多，天文學家就越容易了解它的行星。在取得了恆星開普勒 -10的基本特性之後，研究行星的天文學家便計算出，開普勒-10b這顆行星的質量是地球的4.6倍，平均密度是每立方釐米8.8克，與鐵質啞鈴的密度相當。
現在，天體物理學家已經借助“開普勒”探測器研究了大約500顆恆星的星震。當他們得到足夠多的單個恆星的性質時，就可以將其與理論模型中銀河系恆星的分布情況進行對照。查普林等人在4月8日的《科學》雜志上發表了最新的研究結果。
“以前天文學家用建立恆星和行星的計算機模型的方法，來預測銀河系裡恆星的‘星族’。由於數據的缺乏和精度不夠，要細致驗證這些模型是很困難的。現在我們擁有了以前所未有的精度測驗和審視這些模型的工具，讓我們可以建立銀河系星族分布的精確圖景。”查普林說。
查普林所在的團隊叫做“開普勒星震科學聯盟”，由大約500人組成，是世界上最大的天文學研究團隊之一。他們正努力對“開普勒”的數據做挖掘工作。查普林的一位同事打比方說，在“開普勒”之前，他們只有大約20顆恆星的星震數據，而現在他們簡直是擁有了一個管弦樂隊。
在同一期《科學》雜志的另一篇文章中，年輕的研究者們發現，一顆紅巨星在演奏音樂時“走調”了。他們由此發現了一個預料之外的現像。
比利時魯汶大學的博士生保爾·貝克(Paul Beck)是這項研究的第一作者。他和其他的年輕人被給予了挖掘“開普勒”數據的機會。在分析一顆紅巨星的數據時，他們注意到有一些震動不太一樣。
此前，天文學家們只觀測到了恆星外層的波，這些波向恆星內部傳播數千千米，到某一深度時，由於物質密度太大，波無法穿透而被反彈回表面。但貝爾等人卻發現這顆紅巨星內部的波一直穿透核心。
紅巨星是恆星演化到晚期的一個狀態，我們的太陽會在50億年之後進入紅巨星的狀態。“窺視到這些紅巨星的核心將讓我們了解到太陽在變老之後究竟會是怎樣的狀況。”貝克說。
奇妙的“三體”恆星
匈牙利羅蘭大學的阿利茲·德賴考什(Aliz Derekas)及其同事利用“開普勒”的數據深入研究了另一個有趣的天體系統。那是由三顆恆星組成的系統，其中有兩顆紅矮星相互繞轉，同時它們又共同圍繞一顆遙遠的紅巨星運行。他們的研究論文也發表在4月8日的《科學》雜志上。
德賴考什等人把這個恆星系統稱為“三件套”。其中那顆紅巨星編號為HD181068，其半徑是太陽的12.4倍。從地球上看去，它是一顆亮度為7等的星，想用肉眼看到略有困難，但借助於小型望遠鏡便不難看到。
在“開普勒”的觀測中，這個三星系統的亮度特征非常明顯。它的亮度會以0.9天的周期快速降低，這是系統中的恆星相互遮擋產生的效果。
天文學家認為，對三星系統的研究有助於檢驗關於恆星形成和演化的理論。盡管三星系統在宇宙中並非罕見，比如北極星也是三星系統，但以合適的角度朝向地球仍然是難得的。在HD181068三星系統中，兩顆紅矮星和紅巨星非常規律地互相掩食。
有趣的是，由於兩顆紅矮星的亮度和紅巨星非常相近，所以當紅矮星運行到紅巨星的前面時，它們的遮光效果幾乎無法探測到。這就好像在雪地當中你很難看到一只白兔。
另外，三星系統中那顆紅巨星的星震也有點奇怪。天文學家觀測的其他紅巨星的星震與太陽的情況是相似的，但這顆紅巨星卻不是這樣。德賴考什認為，這可能意味著來自兩顆紅矮星的潮汐力誘發了紅巨星表面的共鳴，從而使它的星震與其他紅巨星不同。
“盡管事實上它的亮度接近於肉眼可見，但這個獨一無二的系統的迷人性質一直不為人知，直到現在。”德賴考什說，“我們真的非常依賴於‘開普勒’這樣空前精確的、不間斷測光的監視，才得以發現這罕見的寶石。”