几个世纪以来，人类一直在思考是否存在绕着遥远恒星运行的其他地球。也许这些外星世界中的一些会孕育出奇异的生命形式，或者拥有独特而富有启示性的历史或未来。但直到1995年，天文学家才发现了第一批绕着我们太阳系外类日恒星运行的行星。
特别是在过去的十年里，已知的绕远距离恒星运行的行星数量从不到100颗增加到2000多颗，另有约2000颗潜在行星等待确认。这些新发现的大部分归功于一项单一的努力——美国宇航局的开普勒任务。
开普勒是一艘装有1米望远镜的航天器，其望远镜照亮了一个9500万像素的数码相机，大小与饼干烤盘相当。该仪器检测到15万颗遥远恒星亮度上的微小变化，寻找行星在穿过望远镜视线时阻挡部分星光的典型迹象。它的灵敏度极高，能够从地球轨道上方探测到在芝加哥的一盏路灯周围嗡嗡飞舞的苍蝇。它可以看到恒星的摇摆和振动；它可以看到星斑和耀斑；在有利的情况下，它可以看到像月球一样小的行星。
开普勒的数千项发现彻底改变了我们对行星和行星系统的理解。然而，现在，航天器上的肼燃料已经耗尽，并正式进入退休状态。对行星猎人来说幸运的是，美国宇航局的TESS任务于4月发射，并将接替系外行星的搜寻工作。
开普勒的历史
开普勒任务由美国宇航局科学家比尔·博鲁基于20世纪80年代初构思，后来得到了大卫·科赫的协助。当时，太阳系外还没有已知的行星。开普勒最终于21世纪初组装，并于2009年3月发射。我于2008年（当时还是个一脸茫然的新手）加入了开普勒科学团队，并最终与杰克·利萨尔共同主持了研究行星运动的团队。
最初，该任务计划持续三年半，并可能根据剩余燃料、相机或航天器的使用寿命进行延长。随着时间的推移，相机的部分组件开始失效，但任务仍在继续。然而，在2013年，当四个稳定陀螺仪中的两个（技术上称为“反作用轮”）停止工作时，最初的开普勒任务实际上已经结束。
即便如此，美国宇航局凭借一些巧思，还是能够利用太阳的反射光来帮助操纵航天器。该任务被重新命名为K2，并继续了近半个世纪的行星发现工作。现在，由于燃料指示灯接近空值，行星搜寻工作正在逐渐减少，航天器将在太阳系中漂泊。原始任务的最后一批行星候选目录已于去年年底完成，K2的最后观测也接近尾声。
开普勒的科学
从中提取的知识将在未来几年内继续被挖掘，但到目前为止我们所看到的一切已经让全球科学家感到惊叹。
我们已经看到一些行星在几个小时内就绕着它们的宿主恒星运行，而且它们非常热，以至于地表岩石会蒸发并像彗星尾巴一样拖曳在行星后面。其他系统中的行星靠得如此之近，以至于如果你站在其中一颗行星的表面，第二颗行星看起来会比10颗满月还大。有一个系统挤满了行星，以至于其中八颗行星比地球离太阳更近。许多行星（有时是多颗行星）运行在其宿主恒星的宜居带内，那里可能存在液态水。
与任何任务一样，开普勒套件也有其权衡。它需要在四年里持续凝视天空的同一区域，每30分钟眨一次眼。为了研究足够的恒星以进行测量，这些恒星必须相当遥远——就像你站在森林中间时，离你远处的树木比近处的更多一样。遥远的恒星很暗淡，它们的行星很难研究。事实上，天文学家想要研究开普勒行星的性质时面临的一个挑战是，开普勒本身通常是最好的观测仪器。地面望远镜的高质量数据需要对大型望远镜进行长时间观测——这是宝贵的资源，限制了可观测的行星数量。
我们现在知道，银河系中的行星数量至少与恒星数量一样多，而且许多行星与我们太阳系中的行星截然不同。要了解各种行星的特征和个性，就需要天文学家研究那些绕着更亮、更近的恒星运行的行星，这样可以动用更多的仪器和望远镜。
进入TESS
由麻省理工学院的乔治·里克领导的美国宇航局的凌日系外行星巡天卫星（TESS）任务，正在使用与开普勒相同的探测技术搜寻行星。TESS的轨道不是绕太阳运行，而是与月球有着密切的关系：TESS绕地球运行的周期是月球绕地球运行周期的两倍。TESS的观测模式不是凝视天空的单一区域，而是以重叠的视场（就像花瓣一样）扫描几乎整个天空。
根据从开普勒学到的知识，天文学家预计TESS将发现数千个行星系统。通过对整个天空进行调查，我们将发现那些绕着比开普勒发现的恒星近10倍、亮100倍的恒星运行的系统——这将为测量行星质量和密度、研究它们的行星大气层、表征它们的宿主恒星以及确定行星所在系统的全部性质开辟新的可能性。这些信息反过来将告诉我们更多关于我们自己星球的历史、生命是如何开始的、我们避免了哪些命运以及我们可能走了哪些其他道路。
随着开普勒完成它的使命，TESS接过接力棒，寻找我们在宇宙中的位置的探索仍在继续。
杰森·斯蒂芬是内华达大学拉斯维加斯分校的物理学和天文学助理教授。本文最初发表在The Conversation上。
