小火箭：外太空宜居星球搜尋情況的當下與未來 之三

小火箭出品

本文作者：邢強博士

本系列共5篇，本文是第3篇。

第1篇《小火箭：外太空宜居星球搜尋情況的當下與未來 之一》

第2篇《小火箭：外太空宜居星球搜尋情況的當下與未來 之二》

建設

6億美元，在2002年到账。

開普勒望遠鏡開始動工建造。

2008年，開普勒望遠鏡達到交付狀態，實際耗資6.92億美元（約47.69億元人民幣）。

相較於1990年的哈勃望遠鏡項目的21億美元的造價（另有後來的8億美元的在軌維護費用），開普勒望遠鏡對於預算的控制是非常好的。

上圖是完工後的開普勒望遠鏡在位於佛羅裡達州泰特斯維爾的有效載荷處理中心的超潔淨室中，準備進行初步測試的場景。

開普勒望遠鏡計劃是美國宇航局正式立項的探索任務，是人類首個系外行星太空望遠鏡項目。她專門用於探測我們銀河系內的區域，努力去探尋太陽系之外，銀河系之內的可供人類居住的行星。

開普勒望遠鏡在接受了最後的測試之後，被封閉在一個罐子內，由卡車運走。她離開位於佛羅裡達州泰特斯維爾的有效載荷處理中心，奔赴太空聖地卡納維拉爾角的第17號發射場。

第17號發射場歷史悠久，可以追溯到上世紀50年代的雷神彈道飛彈的時代。

詳見小火箭的公號報告《雷神飛彈：跨越大西洋，瞄準莫斯科》。

1958年10月11日，美國佛羅裡達州卡納維拉爾角，一枚雷神-阿貝爾運載火箭在進行發射前的最後準備工作。

雷神-阿貝爾以發射了NASA的第一枚探測器而永載航天技術發展史的史冊。

就在這個發射場，開普勒望遠鏡也將揭開人類太空探索的新篇章。

公元2009年2月21日，工程師們將開普勒望遠鏡放到了德爾塔-II運載火箭的載荷艙內。

這個傳奇的發射場，準備迎來新的傳奇。

而對開普勒項目有所了解的人知道，從1987年博魯茨基提出概念到此時，整整22年過去了！

博魯茨基老爺子，已經年入古稀。不知道他當時是否回想起了自己在48歲的時候，在辦公室裡說出那句：人類對太陽系外的行星簡直一無所知。

這個情況，因為他長達22年的堅持，將會產生根本地改變。

發射

進入了發射協調的時候，已經多次推遲發射的開普勒項目，有些等不及了。

2009年1月，美國空軍主動找到了開普勒團隊，告訴他們了一個好消息：

原定於2009年3月初發射的美國空軍GPS導航衛星（GPS IIR-M-7 ）準備推遲到月底，讓開普勒望遠鏡先打。

原本大夥兒是非常高興的。當然，後來團隊知道了真實原因後，就有些哭笑不得了。

原來，美國空軍認為德爾塔-II型火箭7925構型的第三級，可能有一些可靠性方面的問題。

為了穩妥起見，他們讓同樣使用7925構型的開普勒望遠鏡先打，看看情況再說。

這樣，開普勒項目團隊才終於得到了一個比較理想的發射時機。

在2009年3月，兩枚採用相同構型的德爾塔-II型7925構型運載火箭矗立在了卡納維拉爾角空軍基地的第17號發射場上。

開普勒望遠鏡在7925-10L火箭上，矗立在第17號發射場的第17B工位上；美國空軍的新一代GPS導航衛星則在7925-9.5火箭上，矗立在第17號發射場的第17A工位上。

公元2009年3月7日，協調世界時03時49分57秒465毫秒，開普勒望遠鏡，從1987年到2009年，歷經22年，終於從設想迎來了發射升空的時刻。

開普勒望遠鏡，將會為我們揭開一個終極問題的答案提供關鍵線索。

這個問題就是：

我們人類，在宇宙中到底是不是孤獨的？

小火箭注：在2009年3月7日，開普勒望遠鏡搭乘德爾塔-II運載火箭成功進入太空之後，在2009年3月24日，美國空軍的新一代GPS導航衛星搭乘同款德爾塔-II運載火箭也成功進入預定軌道。

觀測

發射升空後，開普勒望遠鏡沿著一個螺旋的軌道，緩緩遠離地球。

上圖是開普勒望遠鏡自2009年3月12日到2019年12月30日的軌道動畫，中間的紫色圓點為地球。（地球視角）

上圖為開普勒望遠鏡在太陽系內的軌道示意圖。圖中間部位的黃色圓點為太陽（太陽視角）。

開普勒望遠鏡是人類第一個能夠探測到太陽系以外遙遠地方的類似地球大小的系外行星的任務，使用名為過渡法的技術來進行探測。這是一種光度測量技術，可測量行星在其主星前方經過時的星光的微弱變暗情況。

在她的主要任務的前四年，開普勒太空望遠鏡觀測位於天鵝座（上圖左側）的一片星空。開普勒數據發布的新結果對於了解我們銀河系中不同類型行星的軌道以及行星形成的方式具有重要意義。自2014年以來，開普勒望遠鏡一直在利用其延長的第二次任務來收集數據，觀測我們銀河系的黃道平面（上圖右側）。

開普勒望遠鏡的影像傳感器陣列。注意其整體彎曲的構型，從光學的角度來看，非常地講究。

上圖展示了開普勒望遠鏡的主要觀測區域，位於銀河系第一道曙光的區域，在天鵝座和天琴座之間，靠近織女星。

整個觀測區域覆蓋整整100平方度的天球，相當於兩個北斗七星並排起來的範圍。

在這個區域內，有450萬顆恆星能夠被確認觀測到。開普勒望遠鏡選擇了其中15萬顆為重點觀測對象。

在持續3年半的時間裡，她一直凝視著這些恆星，以便捕捉其亮度變化的情況。

經過算法處理後的影像，帶上了顏色編碼，給較亮的恆星賦予白色，較暗的恆星則賦予了紅色。

上圖是一個60秒的曝光圖，攝於2009年4月8日，這是開普勒望遠鏡拋掉防塵罩後開始工作的第二天。

她表現不俗。

為了能夠發現像地球這樣小的行星（個頭兒雖小，但確實的的確確是不可替代的），開普勒望遠鏡故意讓畫面顯得有些模糊不清。這樣可以最大限度地減少因少數幾顆特別明亮的恆星迫使傳感器飽和的情況出現。

因為一旦飽和，就會錯過很多不太明亮但卻擁有極佳宜居環境的恆星系統。

42塊電荷耦合器件CCD傳感器拚接後，形成了擁有9500萬像素的開普勒望遠鏡的眼睛。

通常來說，人類眼睛中有650萬個視錐細胞，1.2億個視杆細胞。因此，開普勒望遠鏡從這個角度上來看，已經比較接近人眼了。

上圖是開普勒望遠鏡的視場。四個角是黑色的，這四塊區域並不用來感受遙遠恆星的光度變化，而是用來測量恆星的位置並與開普勒望遠鏡姿態控制系統內的星圖進行比對。

每100毫秒，這樣的比對工作就進行一次，以此來確保開普勒望遠鏡在太空中不會迷失方向，能夠穩穩地凝視指定的星空區域。

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