「續命」五年終離別 它無愧於「行星獵手」的稱號
如果說悲劇會「引發觀眾對劇中人的憐憫，以及對命運無常的體會」，那麼克卜勒空間望遠鏡的謝幕算不上悲劇，只是圓滿多過悲傷的離別。
10月30日，美國國家航空航天局(NASA)宣布，該機構的「行星獵手」——克卜勒空間望遠鏡「光榮退休」。
出師大捷
發現銀河系中普遍存在超級地球
2010年元旦剛過，美國華盛頓特區春寒料峭。來自全國各地的天文工作者、公眾，以及記者們齊聚在這裡，等待NASA科學家比爾·博魯茨基(Bill Borucki)作關於克卜勒空間望遠鏡觀測進展的報告。
克卜勒空間望遠鏡於2009年3月升空。而比爾·博魯茨基算是它的「爸爸」。他在這次報告中提到，利用前43天的高精度觀測數據，剛升空9個月的克卜勒空間望遠鏡共發現了5顆系外行星，它們基本都是熱木星。這不能不說是一個良好的開端。然而，這已經不是第一次發現熱木星了，帶給公眾和科學界的震撼遠不如預期。
克卜勒空間望遠鏡並沒有讓大家失落很久。6個月之後，克卜勒空間望遠鏡宣布發現了第一個系外多行星系統——Kepler-9。更為神奇的是，行星Kepler-9b和Kepler-9c的軌道周期比接近2∶1，接近一種被稱為「共振」的軌道構型。在這種構型下，兩顆行星相互作用強烈，其軌道周期變化可以高達一天。通過分析這種軌道周期變化，哈佛大學的天體物理學家馬特·赫蒙(Matt Holman)推算出了Kepler-9b和Kepler-9c的行星質量。用馬特·赫蒙的原話說就是後來所有通過周期變化分析行星質量的研究，都是按照這篇文章的思路來開展的。
NASA在2011年宣布發現的Kepler-11更是一個裡程碑式的發現。Kepler-11有6顆行星，其中5顆行星都位於太陽系水星軌道以內。要知道，太陽系水星軌道以內可是什麼都沒有。更為神奇的是，這6顆行星的大小，都基本介於地球和海王星之間。這類行星被稱為超級地球，或者迷你海王星。
克卜勒空間望遠鏡有很多令人驚異的發現，而其中最令人驚異的莫過於發現Kepler-11這類超級地球在銀河系中是一種非常普遍的存在，30%—50%的恆星周圍，都有超級地球的存在。然而我們太陽系並沒有這種天體，太陽系裡沒有任何天體比地球大，同時比天王星小。
生死涅槃
靠太陽光壓「續命」創造新輝煌
克卜勒空間望遠鏡的巨大成功，讓人們期待它有更多產出。
然而，命運無常。2013年5月，克卜勒空間望遠鏡在運行了四年半之後，兩個動力輪連續失效，僅靠剩餘的兩個動力輪已無法完成系外行星探測所需的高精度觀測。這就是小學就學到的三點更穩定的知識在現實中殘酷的應用。
這該怎麼辦？
成功如克卜勒空間望遠鏡的空間項目，即便是就此退役，也是一個時代的榮光。然而航天工程師道格·維墨爾(Doug Wiemer)把這個雖敗猶榮的悲情事故寫成了挽狂瀾於既倒、扶大廈之將傾的傳奇故事。
道格·維墨爾提出，我們可以讓克卜勒空間望遠鏡的太陽帆板始終對著太陽，利用太陽對帆板的輻射光壓充當一個動力輪，和另兩個還在工作的動力輪一起來保持觀測平臺穩定，進而對背對太陽的黃道12宮繼續進行高精度的系外行星探測。
這個聽起來相當科幻的想法，最終將一個近乎終結的項目，推向了新的輝煌。
經過維修重新投入工作的望遠鏡約每3個月變換一次視野，人們將這一階段的觀測任務稱為K2任務。而K2任務後來所做到的，並不僅僅是多發現了幾百顆系外行星這麼簡單。它幹了一部分克卜勒空間望遠鏡之前恰好不能幹的活，又搶先幹了一部分今年4月發射的凌日系外行星勘探衛星(TESS)想幹的活。
通過凌星法對系外行星的搜索可以分成兩類。一類是以克卜勒空間望遠鏡為代表的深場(Deep Field)搜索，也就是盯著天空一塊不大的區域看很多年。這類搜索的好處是，可以發現很多長周期的行星，可以探測到非常小的行星，還可以通過研究軌道周期變化，測量行星質量。但這類搜索的缺點是，由於全天亮星有限，分布稀疏，如果只盯著一個地方看，發現的東西大多數都很暗淡，很難利用地面現有望遠鏡進行後續研究。這也是為什麼我們對那些奇怪的超級地球所知甚少的原因。
另一類是以TESS為代表的廣場(Wide Field)搜索。與深場搜索相反的是，這類搜索對全天進行大面積觀測，但是每一個區域並不會觀測很長時間。這類觀測的好處是會發現很多亮星周圍的系外行星，可以對其進行深入的後續觀測研究。這類觀測也有弊端——由於只在一個區域內停留較短的時間，所以很難進行需要長時間觀測的研究。
K2任務是一個深場和廣場的結合。由於K2任務需要不停變化指向，其觀測天區面積是克卜勒空間望遠鏡之前觀測天區的十幾倍，這讓我們在TESS上天之前就觀測到了很多圍繞亮星的系外行星。我們可以很好地研究這些行星的質量、組成、形成與演化。而K2在同一片天空的觀測時長又是TESS的3倍，能找到很多TESS找不到的長周期行星。
偉大遺產
拓寬人類認識行星的視野
在K2任務期間，克卜勒空間望遠鏡的表現一如既往地優秀，使其觀測的恆星總數增加到超過50萬顆，發現並確認一系列新的系外行星。如果K2任務代表著過去五年系外行星研究的皇冠，那麼WASP-47b就是這顆皇冠上最閃耀的明珠。
WASP-47b是由地面望遠鏡發現的熱木星，又正好落於K2任務的天區之中。K2任務觀測發現這顆熱木星附近還有兩顆較小的行星。這一觀測結果直接改變了近10年來人們對熱木星形成演化的主流理解——熱木星並沒有我們想像的那麼孤單。如果沒有K2任務，我們恐怕得等到2019年，才可能由TESS完成這個發現。從這個角度看，K2任務讓我們對系外行星的理解，提前了至少5年。
在凝望星空的9年時間裡，克卜勒空間望遠鏡共確認了2662顆行星(截至2018年10月24日)，此外還發現了近2900顆待確認的行星。「行星獵手」的稱號實至名歸。克卜勒空間望遠鏡拓寬了我們認識行星的視野，也帶給我們更多思考——在銀河系中普遍存在的超級地球到底是種什麼行星？它們有濃密的大氣，還是像地球一樣由巖石構成？對這些問題我們知之甚少，留待克卜勒的繼任者們去求解。
(作者系耶魯大學天文系博士後)