2009年3月6日，美國首顆用于搜尋類地行星的空間望遠鏡開普勒號在卡納維拉爾角發(fā)射升空。至此，在地球之外尋找外星生命的天文學家將有新工具來實現(xiàn)他們的目標。耗資將近6億美元的開普勒望遠鏡將在四年左右的時間內(nèi)，在銀河系的天鵝座與天琴座區(qū)域觀測類似于太陽的大約10萬顆恒星系統(tǒng)，以尋找類地行星和生命存在的跡象。

　　從1995年起到2009年2月，人類總共發(fā)現(xiàn)了342顆太陽系外行星或行星系統(tǒng)。盡管目前還沒有在太陽系以外發(fā)現(xiàn)另一個地球，但是卻發(fā)現(xiàn)了一些質(zhì)量只比地球大幾倍的太陽系外行星。科學家將它們稱為“超級地球”。但是即便如此，天文學家也認為這些超級地球未必就比地球更適合生命的存在，除非它們到所圍繞的恒星的距離恰到好處。

　

　質(zhì)量越大的行星就越容易被發(fā)現(xiàn)。這些行星本身的運動會造成其宿主恒星圍繞它們公共質(zhì)心轉(zhuǎn)動，而這一運動的速度越大在恒星光譜中造成的譜線移動也就越厲害。通過觀測恒星視向速度中的這一多普勒效應，就能反推出行星的存在。
　　當行星運動到恒星和我們視線之間的時候(凌星)，個頭越大的恒星造成的恒星亮度降低也就越嚴重。當一顆木星大小的行星從一顆類太陽恒星前方經(jīng)過的時候，大約會遮擋恒星表面的1／100。這會造成恒星的亮度在幾個小時內(nèi)下降1／100，由此天文學家們可以在地面上觀測到這一變化。
　　隨著多普勒效應測量精度越來越高，天文學家現(xiàn)在已經(jīng)可以測量出3，6千米／秒的速度所引起的頻移。這足以來探測質(zhì)量僅有地球幾倍的行星。而它們凌星時所造成的恒星亮度降低很難從地面上觀測到，除非宿主恒星本身就很小。
　　
　

　　
　

　盡管使用視向速度測量方法發(fā)現(xiàn)的太陽系外行星數(shù)量是用其他方法總和的4倍，但是這一方法只能提供行星質(zhì)量的最小值，還無法告訴我們行星的直徑和組成。而這恰恰是了解行星特性的關鍵，由此凌星探測方法的重要性就彰顯出來了。
　　受制于地球的大氣，地面上的凌星觀測精度始終有限，而且觀測也受到時間的影響。因此最佳的行星凌星觀測無疑必須進入太空。
　　2006年12月，歐洲空間局“科羅”外星行星探測器發(fā)射升空，它可以探測到比地面觀測極限還要小得多的太陽系外行星凌星事件?！翱屏_”可以在5個月的時間里不間斷地同時監(jiān)測12，000顆恒星的亮度變化。目前“科羅”已經(jīng)可能探測到了一顆直徑為地球1.7倍(質(zhì)量大約為地球的6倍)的類地行星，還有其他的一些巨行星。
　　太陽系外行星凌星發(fā)生的概率取決于恒星直徑和行星軌道半徑之比。因此，行星越靠近恒星越好。對于距離一顆類太陽恒星一個天文單位的行星來說，其發(fā)生可見凌星的概率只有1／210。即便是類地行星發(fā)生凌星，它每年只能使得恒星的亮度下降一次，且下降的幅度只有1／10,000，持續(xù)的時間也只有幾個小時。
　　
　

　為了確認這些凌星事件，就必須看到它們以一定的時間間隔周期性地發(fā)生。因此“科羅”為期5個月的不間斷觀測時間使得它只能用來探測比水星到太陽距離還要近的行星。但是那些位于宜居帶中的太陽系外行星通常到宿主恒星的距離要遠得多。因此發(fā)現(xiàn)這些真正讓人感興趣的行星就需要連續(xù)不斷地監(jiān)測恒星亮度達數(shù)年之久。
　

　“開普勒”空間望遠鏡就是為此應運而生的。“開普勒”將花3年半的時間來不間斷地觀測位于天鵝座和天琴座中的100，000顆恒星。它會在遠離地球的軌道上圍繞太陽轉(zhuǎn)動，以避免地球?qū)λ^測的干擾。而與之形成對比的是，“科羅”是一顆圍繞地球轉(zhuǎn)動的衛(wèi)星。由于會受到地球的阻擋以及陽光的干擾，最長連續(xù)觀測時間只有5個月?！伴_普勒”直徑1.4米的主鏡所能收集到的光線是“科羅”的2.5倍，對于亮度為12等的恒星其測量的精度可以達到1／50，000(0.00002等)。這使得它可以看到大小只有地球一半、和火星差不多大的行星。
　　
　　“開普勒”的視野
　　
　　“開普勒”上的光度計可以覆蓋105平方度的天空，這相當于伸出手臂兩個手掌所能覆蓋的天區(qū)。在這么大的范圍里從M型矮星到A型和B型這樣的高溫大質(zhì)量恒星應有盡有。天文學家已經(jīng)花了數(shù)年的時間來觀測和分類“開普勒”視場中的300萬顆恒星，以便挑選出最佳的觀測對象。
　　如果能獲得3年半的觀測資料，科學家們預期會找到50個～640個周期為1年的候選太陽系外行星。而12％的恒星至少會擁有兩顆行星。同時“開普勒”還可能會發(fā)現(xiàn)數(shù)百次的短周期凌星事件，以及幾十個距離宿主恒星1個天文單位的巨行星。上述的這些預計都是在假設了所有目標恒星都擁有地球大小的行星所做出的。事實可能并非如此。但是即便“開普勒”什么也沒有探測到(盡管可能性不大)，這一結(jié)果也具有重要的科學和哲學意義。根據(jù)“開普勒”觀測到的太陽系外行星的數(shù)量，天文學家們可以可靠地外推出銀河系乃至宇宙中特定類型的恒星所具有的行星數(shù)量。
　　“開普勒”可能會成為美國航宇局未來“類地行星搜索者”探測器的開路先鋒，計劃于2013年發(fā)射的詹姆斯?韋伯空間望遠鏡將會在紅外波段研究行星的形成，并且可能會直接探測到年輕的太陽系外類木行星所發(fā)出的熱輻射。除此之外，“開普勒”還會為地面上的視向速度觀測提供大量的候選目標。
　　
　　相關鏈接：第一批超級地球
　　
　　使用多普勒技術，科學家們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了幾個超級地球。2005年發(fā)現(xiàn)了第一個超級地球，它的質(zhì)量為地球的7.5倍，圍繞一顆紅矮星Gliese 876轉(zhuǎn)動。早期的觀測顯示有兩顆氣態(tài)巨行星圍繞著這顆恒星，但在考慮了和這兩顆巨行星之間的共振相互作用之后，在這個系統(tǒng)中又發(fā)現(xiàn)了一顆質(zhì)量小得多的行星。
　　這顆超級地球圍繞Gliese 876公轉(zhuǎn)一周只需要2天。如此短的公轉(zhuǎn)周期說明它非?？拷拗骱阈?，同時它可能也已經(jīng)被“潮汐鎖定”。于是它就會像月亮一樣，始終只有一側(cè)是沖著恒星的。它始終對著恒星的那一面溫度可以達到400℃，而另一面的溫度則取決于它大氣的熱平衡效率。
　　2007年，科學家們在Gliese 581周圍一下子又發(fā)現(xiàn)了兩顆超級地球。而Gliese 581除了這兩顆超級地球之外，還有一顆海王星大小的行星。這兩顆超級地球中有一顆的最小質(zhì)量大約是地球的5倍，而它到宿主恒星的距離比水星到太陽的距離還要小。因此它每13天就能繞它的恒星轉(zhuǎn)動一周。
　　另一顆行星的質(zhì)量則至少為地球的8倍，到宿主恒星的距離大約為日地距離的3／4，公轉(zhuǎn)周期為83天?？坷锏哪穷w行星會由于溫度太高而無法有液態(tài)水的存在，而靠外的那顆行星的溫度又顯得有一點過低，當然這很大程度上還依賴于其大氣的性質(zhì)。
　　
　　究竟有多少另一個地球?
　　
　　天文學家預計，太陽系外類地行星的數(shù)量實際上要比氣態(tài)巨