开普勒空间望远镜-一个被否决四次的项目.docxVIP

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开普勒空间望远镜

一个被否决四次的项目

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蒋迅

到现在，已经没有人怀疑开普勒空间望远镜的成就了。到2012年11月，开普勒空间望远镜开机三年半，完成了预定的目标，转而开始执行下一个四年的探索计划。开普勒小组宣布了新一批超过一千颗新发现的系外行星候选体，从而让疑似系外行星的候选体目标总数达到了2321颗。但是，这个项目在申请立项时连续四次被拒，从1997年最初提出申请到最后2009年发射经历了十多年的时间。

开普勒空间望远镜的基本思想其实很简单。让我们先用日食来比喻。当月球飞到地球和太阳之间时，太阳的部分光线被挡住，到达地球的阳光就减少，这就是日食。有时月球把整个太阳都挡住了，地球上就会一片漆黑，这就是日全食。在太阳系中还有金星凌日现象。同样的，当一颗地外行星飞过自己所环绕的恒星而处于地球和这颗恒星之间时，到达地球的光线也会减少。虽然这要求地球必须在地外行星轨道的平面上，但是由于有大量的恒星可以观测，人们可以乐观地认为可以捕捉到带有行星的恒星，条件是有很多恒星事实上是有自己的行星，甚至有适合生命的行星。如果我们有办法能检测到这样由于行星而造成的光线减弱的话，那我们就能证实地外行星的存在了。这个思想早在1971年由计算机科学家弗兰克·罗森布拉特提出。他认为，可以在地面上设立三个装置了感光耦合元件(CCD)的小型望远镜来同时观测大量的星星。如果三架望远镜都观测到某个恒星的微小亮度减弱的话，那我们就可以猜猜那里有行星存在了。特别遗憾的是，罗森布拉特当年晚些时候就在一次意外事故中身亡。他没有来的及去传播他的这个思想。直到1984年，美航宇局科学家威廉·博鲁茨基和奥黛丽·萨默斯又重新研究了这个思想。他们认为，地外行星的凌日现象可以被高精度的测光仪器检测到，而且可以把大口径的望远镜设在太空中来避免很多在地面上不得不面对的麻烦。他们没有想到的是，他们必须用16年的时间来证明这个思想是正确的。

虽然开普勒空间望远镜的基本思想很简单，但是实践起来其实极其困难。原因就在于它的精度要求实在太高了。它的高精度是个什么概念呢？假定我们要找的是一个地球大小的围绕着我们的太阳大小的恒星的行星，而且这颗恒星距离我们有数光年之遥。那么这颗地外行星凌日事件所产生的恒星亮度减弱不到万分之一。因此，必须能识别万分之一以下的变化。好在在罗森布拉特提出用CCD技术之后的二十多年里，CCD技术取得了长足的进步。人们可以真的尝试这个思路。1987年，博鲁茨基和他的团队在美国航宇局和美国国家标准技术研究所举办的一次研讨会上介绍了他们开发高精度光度计的工作。此后，他们制造了几个不同的样机用于证实他们的思路。

1992年，当美国航宇局设立了“探索计划”时，博鲁茨基他们第一次提出了他们的项目。他们把这个项目称为“地球大小的内行星的频率”(FRESIP)。但是这个项目被美国航宇局否决了。虽然他们的项目在科学价值上得到了一致好评，但没人相信存在他们所要采用的技术。

1994年，当美国航宇局再次征集“探索计划”的项目时，这个团队再次递交了这个项目。这一次，他们提出把卫星放置在一个拉格朗日点上。理想状态下，两个同轨道物体以相同的周期旋转，两个天体的万有引力与离心力在拉格朗日点平衡，使得卫星与前两个物体相对静止。当然卫星在这个位置上并不能做到完美的平衡，所以必须开动发动机做一些调整，而发动机和燃料部很昂贵。由于预算超过了“探索计划”允许的限额，美国航宇局第二次否决了他们的项目。

1996年，这个团队第三次提出了他们的项目。为了减少开支，他们把卫星轨道从拉格朗日点换到了日心轨道上，而且提出了三个旨在减少开支的设计方案。同时，他们把项目改名为“开普勒”。这一次，美国航宇局对预算没有再提出异议，但对他们的CCD技术提出质疑。原来一年前，他们在硅谷以东的利克天文台(LickObservatory)上已经测试了他们制造的CCD探测器。他们已经得出结论，用这种探测器再加上用数学公式对数据做系统的修正，他们可以把精度提高到千分之一，从而满足寻找类地行星的精度要求。但是项目评审人怀疑他们能否把这个系统全自动化。他们的结果是对一个固定的恒星进行的，但数据分析不是自动完成的。于是当面对数千个恒星的观测数据时，自动的数据处理就成了关键。“造一个系统出来看看”，评审员写道。

OK，那就造一个！他们在利克天文台就真的造了一个自动光度计并把数据联到埃姆斯研究中心的计算机系统上。这样，从读取数据到分析数据，他们有了一个自动的系统。

1988年，美国航宇局的“探索计划”再次征集项目时，他们第四次提出了这个项目。现在他们在科学上证明了项目的价值，技术上证明了项目的能力，数据上也实现了自动化。但该局还是否决了他们的申请，因为他们