探寻外星人又多一分希望,开普勒不可忘!

 

近日,21世纪新闻网报道了题为“开普勒创纪录发现1284颗行星系外宜居行星增至21颗”的新闻...



近日,21世纪新闻网报道了题为“开普勒创纪录发现1284颗行星 系外宜居行星增至21颗”的新闻。内容如下:



【环球网报道 记者 李德意】据英国广播公司(BBC)5月11日消息,美国宇航局(NASA)宣布,开普勒太空望远镜证实又发现1284颗系外行星,其中9颗小行星位于“宜居带”。这一发现使目前已知适合居住的系外行星增加至21颗,提高了在宇宙发现另一个地球的希望

对于开普勒望远镜的最新发现,美国宇航局华盛顿总部首席科学家艾伦·斯多芬称,“这给予我们希望,在某个地方,围绕类似太阳的恒星,我们最终可发现另一个地球。”

另据英媒报道,美国宇航局艾姆斯研究中心开普勒项目小组副组长娜塔莉·巴塔利亚博士表示,最新计算结果显示,在银河系可能存在着几百亿颗或适合居住的行星。

下面,让我们先来了解一下开普勒太空望远镜。

开普勒太空望远镜(Kepler Mission)是美国国家航空航天局设计来发现环绕着其他恒星之类地行星的太空望远镜。使用NASA发展的太空光度计,预计将花3.5年的时间,在绕行太阳的轨道上,观测10万颗恒星的光度,检测是否有行星凌星的现象(以凌日的方法检测行星)。为了尊崇德国天文学家约翰内斯·开普勒,这个任务被称为开普勒太空望远镜。

基于开普勒第三定律,通过测定恒星的质量和周期年龄特征,可进一步确定行星半长轴相应的数据资料。据悉,开普勒第三定律的内容是:行星距离太阳越远,行星的受力越弱,行星的加速度减小,故运行得越慢,行星的公转周期就越长。行星半长轴还可通过地面分光镜和恒星模型的观测结果得出,测定行星半长轴出现的不确定因素是与所在恒星体系中中心恒星质量有关。



约翰尼斯·开普勒于公元1571年出生在德国的威尔德斯达特镇,恰好是哥白尼发表《天球运行论》后的第二十八年。哥白尼在这部伟大著作中提出了行星绕太阳而不是绕地球运转的学说。开普勒就读于图宾根大学,1588年获得学士学位,三年后获得硕士学位。当时大多数科学家拒不接受哥白尼的日心说。在图宾根大学学习期间,他听到对日心学说所做的合乎逻辑的阐述,很快就相信了这一学说。

1600年,开普勒出版了《梦游》一书,这是一部纯幻想作品,说的是人类与月亮人的交往。书中谈到了许多不可思议的东西,像喷气推进、零重力状态、轨道惯性、宇宙服等等,人们至今不明白,近400年前的开普勒,他是根据什么想象出这些高科技成果的。尽管开普勒的书是纯幻想作品,但它一定有一些背景来源,比如像毕达哥拉斯的话或古希腊神话。

他在1609年发表的伟大著作《新天文学》中提出了他的前两个行星运动定律。行星运动第一定律认为每个行星都在一个椭圆形的轨道上绕太阳运转,而太阳位于这个椭圆轨道的一个焦点上。行星运动第二定律认为行星运行离太阳越近则运行就越快,行星的速度以这样的方式变化:行星与太阳之间的连线在等时间内扫过的面积相等。十年后开普勒发表了他的行星运动第三定律:行星距离太阳越远,它的运转周期越长;运转周期的平方与到太阳之间距离的立方成正比。

开普勒定律对行星绕太阳运动做了一个基本完整、正确的描述,解决了天文学的一个基本问题。这个问题的答案曾使甚至像哥白尼、伽利略这样的天才都感到迷惑不解。当时开普勒没能说明按其规律在轨道上运行的原因,到17世纪后期才由艾萨克·牛顿阐明清楚。牛顿曾说过:“如果说我比别人看得远些的话,是因为我站在巨人的肩膀上。”开普勒无疑是他所指的巨人之一。



上图表示开普勒第一定律:太阳位于行星运行的椭圆轨道的焦点上;



开普勒第二定律:行星与太阳之间的连线在等时间内扫过的面积相等。在初中学习能量的转化时有接触到一点,就是行星运行到近日点时势能转化成动能,所以速度较快,而运行到远日点时,是动能转化成势能,速度较慢。



开普勒第三定律讲述:绕同一中心天体的所有行星的轨道的半长轴的三次方(a³)跟它的公转周期的二次方(T²)的比值都相等,即 a的立方/T的平方=k,  k=GM/4π平方(其中M为中心天体质量,k为开普勒常数,这是一个只与被绕星体有关的常量,G为引力常量,其2006年国际推荐数值为G=6.67428×10⁻¹¹N·m²/kg²)不确定度为0.00067×10⁻¹¹m³kg⁻¹s⁻²。



开普勒的三定律是天文学的又一次革命,它彻底摧毁了托勒密繁杂的本轮宇宙体系,完善和简化了哥白尼的日心宇宙体系。开普勒对天文学最大的贡献在于他试图建立天体动力学,从物理基础上解释太阳系结构的动力学原因。虽然他提出有关太阳发出的磁力驱使行星作轨道运动的观点是错误的。但它对后人寻找出太阳系结构的奥秘具有重大的启发意义,为经典力学的建立、牛顿的万有引力定律的发现,都作出重要的提示。

首先,开普勒定律在科学思想上表现出无比勇敢的创造精神。远在哥白尼创立日心宇宙体系之前,许多学者对于天动地静的观念就提出过不同见解。但对天体遵循完美的均匀圆周运动这一观念,从未有人敢怀疑。开普勒却毅然否定了它。这是个非常大胆的创见。哥白尼知道几个圆合并起来就可以产生椭圆,但他从来没有用椭圆来描述过天体的轨道。正如开普勒所说,“哥白尼没有觉察到他伸手可得的财富”。

其次,开普勒定律彻底摧毁了托勒密的本轮系,把哥白尼体系从本轮的桎梏下解放出来,为它带来充分的完整和严谨。哥白尼抛弃古希腊人的一个先入之见,即天与地的本质差别,获得一个简单得多的体系。但它仍须用三十几个圆周来解释天体的表观运动。开普勒却找到最简单的世界体系,只用七个椭圆说就全部解决了。从此,不须再借助任何本轮和偏心圆就能简单而精确地推算行星的运动。

第三,开普勒定律使人们对行星运动的认识得到明晰概念。它证明行星世界是一个匀称的(即开普勒所说的“和谐”)系统。这个系统的中心天体是太阳,受来自太阳的某种统一力量所支配。太阳位于每个行星轨道的焦点之一。行星公转周期决定于各个行星与太阳的距离,与质量无关。而在哥白尼体系中,太阳虽然居于宇宙“中心”,却并不扮演这个角色,因为没有一个行星的轨道中心是同太阳相重合的。

开普勒发现的行星运动定律改变了整个天文学,彻底摧毁了托勒密复杂的宇宙体系,完善并简化了哥白尼的日心说。

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