NASA开普勒行星猎手的最后行动：接连发现三个系外行星

天体物理学家和公民科学家发现了三颗系外行星，这被认为是美国宇航局退役的开普勒太空望远镜最后观测到的行星之一。在其整个任务期间，开普勒观测了数十万颗恒星，并为识别2600多颗已确认的系外行星做出了贡献。尽管面临着机械问题，开普勒坚持不懈，继续发现新的天体，直到它最后日子的到来。

一个天体物理学家和公民科学家团队已经确定了可能是美国宇航局退役的开普勒太空望远镜在其近十年的任务中观察到的最后一些行星。这三颗系外行星的大小都在地球和海王星之间，并紧密围绕着它们的恒星运行。

威斯康星大学麦迪逊分校的高年级学生Elyse Incha说："在开普勒观测的大计划中，这些是相当普通的行星。但它们令人激动，因为开普勒在其最后几天的运作中观察到了它们。它展示了开普勒在猎取行星方面有多么出色，即使是在其生命的最后阶段。"

由Incha领导的关于最后发现的三颗系外行星的论文发表在2023年5月30日的《皇家天文学会月刊》上。

这幅插图描绘了美国宇航局的系外行星猎手，开普勒太空望远镜。该机构于2018年10月30日宣布，开普勒已经耗尽了燃料，正在远离地球的现有安全轨道内退役。开普勒留下了超过2600颗系外行星的发现的遗产。

开普勒于2009年3月发射。这项任务的最初目标是持续监测天鹅座和天琴座北部的一片天空。这种长时间的观测使卫星能够跟踪行星在其恒星前交叉所引起的恒星亮度的变化，这种事件被称为凌日。

四年后，该望远镜已经观测了超过15万颗恒星，并确定了数以千计的潜在系外行星。这是美国宇航局第一次发现一个地球大小的世界在其恒星的宜居带内运行的任务，宜居带是一个行星表面可能存在液态水的距离范围。

2014年，该航天器遇到了机械问题，暂时停止了观测。开普勒团队设计了一个修复方案，使其能够恢复运行，大约每三个月切换一次视场，这个时期称为活动。这一更新的任务被称为K2，又持续了四年，调查了超过50万颗恒星。

当开普勒在2018年10月退役时，它已经帮助发现了2600多颗确认的系外行星和更多的候选行星。

2018年9月25日拍摄的"最后一束光"图像，代表了开普勒卓越的数据收集之旅的最后一页。图像中央和顶部的发黑缝隙是早期相机随机部件故障的结果。由于采用了模块化设计，这些损失并没有影响到仪器的其他部分。资料来源：NASA/Ames研究中心

K2的最后一次第19号活动只持续了一个月。由于航天器的姿态控制燃料开始耗尽，它无法长时间保持其位置以收集有用的观测数据。最后，天文学家从第19次活动中只获得了大约7天的高质量数据。

Incha和她的团队与视觉测量小组合作，这是一个由公民科学家和专业天文学家组成的合作组织，扫描这个数据集以寻找系外行星。公民科学家们在第19次运动的所有光曲线上寻找凌日世界的信号，这些光曲线记录了被监测的恒星如何变亮或变暗。

"做视觉调查的人--用眼睛观察数据--可以在光曲线中发现新的模式，并找到自动搜索难以发现的单个物体。"前美国海军军官、视觉测量小组成员汤姆-雅各布斯说："即使是我们也不可能把它们全部抓住。我已经对完整的K2观测数据进行了三次目测，仍有一些发现等待我们去发现。"

雅各布斯和其他人在高质量的数据集中为三颗候选行星各发现了一次过境，每颗行星都围绕着一颗不同的恒星运行。

在他们最初的发现之后，Incha和她的团队还回去看了19号运动其余部分的低质量数据，从视觉搜索中标记的三颗恒星中的两颗发现了额外的过境记录。

位于剑桥的麻省理工学院（MIT）卡夫里天体物理学和空间研究所的物理学助理教授安德鲁-范德堡说："这两颗候选行星的第二次凌日帮助我们确认了它们的发现，以前没有人在这个数据集中发现过行星，但是我们的合作能够找到三个。而且我们真的是在对开普勒收集的最后几天、最后几分钟的观测数据进行推敲。"

美国宇航局的凌日系外行星调查卫星（TESS）工作时的插图。资料来源：美国宇航局戈达德太空飞行中心

利用过境信息，Incha和她的团队计算了这些世界的潜在大小和轨道周期。最小的行星，K2-416 b，大约是地球大小的2.6倍，大约每13天绕其红矮星运行一次。K2-417 b的体积刚刚超过地球的三倍，也围绕着一颗红矮星运行，但每6.5天完成一次轨道。最后一颗未经证实的行星，EPIC 246251988 b几乎是地球大小的四倍，以大约10天的时间绕其类太阳恒星运行。(前两颗行星的名字来自任务的K2时代，最后一颗来自K2领域的恒星的黄道平面输入目录（EPIC））。

美国宇航局的凌日系外行星勘测卫星（TESS）于2018年4月发射，也使用了凌日法，一次勘测大面积的天空。2021年8月和9月期间，TESS观测了包含三颗新开普勒行星的那片空间。天文学家能够探测到K2-417 b的另外两个潜在过境点。

2018年10月，在太空中呆了9年之后，美国宇航局的开普勒太空望远镜达到了其任务的终点。那年早些时候（2018年4月），NASA的凌日系外行星调查卫星发射，接过了猎取行星的火炬。

"在许多方面，开普勒把猎取行星的火炬传给了TESS，"位于马里兰州格林贝尔特的美国宇航局戈达德太空飞行中心的TESS项目科学家Knicole Colón说，他在开普勒任务中工作了数年。"开普勒的数据集仍然是天文学家的宝库，TESS帮助我们对它的发现有了新的认识。"