开普勒陷入故障危机：NASA三架太空望远镜相继罢工

北京时间10月29日消息，据国外媒体报道，开普勒探测器现已成为短短几周之内出现故障问题的美国宇航局第三个太空望远镜。本月初，钱德拉和哈勃太空望远镜出现故障，处于“休眠模式”。

钱德拉和哈勃望远镜都是上世纪发射升空，经检测它们的陀螺仪出现故障。目前美国宇航局透露称，开普勒探测器也出现了相同的问题。在上一次观测任务中，开普勒探测器成功向地面发送观测数据，开普勒研究团队发布指令，要求该探测器到指定区域开始准备收集下一次观测任务的相关数据。

然而，10月19日，在美国宇航局深空网络定期安排的探测器检测中，研究人员发现开普勒探测器已过渡至非燃料使用的休眠模式。当前，开普勒研究小组正在评估导致故障的原因，并评估下一步可能出现的问题。据悉，这颗老化的“系外行星猎人”燃料严重不足，可能接近使用寿命终点。

开普勒望远镜原始档案

自2014年以来，开普勒任务探测发现数千颗系外行星，其中30颗行星体积不足地球体积两倍，位于恒星系统宜居带，环绕主恒星运行。开普勒探测器于2009年3月7日从卡纳维拉尔角基地发射升空，它有望探索发现太阳系之外的神秘行星。

开普勒探测器发射时重量为1052公斤，长4.7米，宽2.7米。该探测器通常是用于搜寻类似地球的行星，类地行星是指岩石行星，其轨道在恒星的宜居地带中。

据统计，开普勒探测器现已发现大约5000多颗已证实的“候选系外行星”，另外还有2500颗“被确认的系外行星”，科学家认为它们是真实存在的。当前，开普勒探测器在K2任务中发现更多的系外行星。

K2是开普勒探测器第二项观测任务，目前该探测器上的两个感应轮出现故障。这两个感应轮能够直接控制探测器的方向和高度，从而有助于指出正确的方向。

这项改良任务能够证实系外行星环绕昏暗的红矮星运行，虽然在为期8年的观测任务中，开普勒观测发现数千颗行星，特别是获得了五项重大发现：

1、地球2.0

2014年，开普勒探测器获得了一项重大发现，它探测到系外行星Kepler-452b，被称为“地球2.0”，距离地球1400光年。

这颗行星拥有类似地球的轨道，接收的恒星光线照射量类似于地球的阳光照射量，公转一周的时间与地球年相近。但是专家仍不能确信这颗行星孕育生命，但是他们表示如果地球人类到该星球殖民，人类能够继续繁衍生息。

2、发现首颗环绕两颗恒星运行的行星

2011年，开普勒探测器发现一颗神秘行星，它环绕两颗恒星运行，这样的情况被称为“双星系统”。该双星系统命名为Kepler-16b，距离地球大约200光年。

专家将该双星系统比作科幻电影《星球大战》中塔图因星球所处的“双日落”恒星系统。

3、发现太阳系外首颗宜居行星

2011年，科学家发现Kepler-22b，这是科学家首次在太阳系之外发现的宜居行星。这颗宜居超级地球行星体积大，是一颗岩石星球，表面温度可达到大约22摄氏度，该类似于地球温泉温度。

4、发现一颗“超级地球”

2017年4月，开普勒望远镜发现首颗“超级地球”，这颗巨大行星被命名为LHS 1140b。它环绕一颗红矮星运行，距离地球大约4000万光年，科学家认为，这颗行星存在巨大的岩浆海洋。

5、发现Trappist-1恒星系统

Trappist-1恒星系统内存在7颗类似地球的行星，这是2017年最大的天文发现之一。每颗行星环绕一颗矮星运行，距离地球3900万光年，行星表面很可能存在水资源。

目前科学家表示其中3颗行星具备生命宜居条件，暗示生命很可能在这几颗行星表面进化形成。据悉，开普勒探测器于2016年发现Trappist-1恒星系统，但是今年2月科学家在系列研报中才公布该恒星系统潜在生命宜居性。

开普勒如何发现行星？

开普勒探测器拥有非常灵敏的观测仪器——分光计，能够探测恒星释放光线最轻微的变化。它能同时跟踪分析10万颗恒星，寻找恒星光线强度变弱的迹象，这将表明一颗轨道行星掠过卫星和遥远目标前方。

从地球角度观测，当一颗行星掠过恒星前方时，会出现“凌日”现象。凌日期间恒星光线的轻微减弱，将帮助科学家确定凌日行星的轨道和体积大小，以及恒星体积大小。

基于这些计算，科学家可以确定行星位于恒星的“宜居带”，进而可以分析该行星是否适宜外星生命存活。自开普勒探测器开始着手K2任务以来，现已完成了18项观测任务，收集了大量遥远系外行星的观测信息。

美国太空望远镜频现故障危机

美国宇航局称，在哈勃太空望远镜由于一次故障导致关闭之后，该机构在重新恢复太空望远镜正常运行方面获得了“重大进展”。10月5日，哈勃太空望远镜因陀螺仪故障而进入安全模式，该望远镜不得不启用备用陀螺仪。然而陀螺仪以惊人的速度旋转，因此美国宇航局无法切换启用备用陀螺仪。

为了解决这个问题，美国宇航局试着测试IT支持技术——将陀螺仪关闭再打开。哈勃操作研究小组将陀螺仪关闭1秒，之后在感应轮旋转之前重启陀螺仪。

之后研究人员指令操作一系列航天演练，或者以相反的方向试图清除可能导致浮体偏离中心和产生超高速度的任何堵塞。

在每次航天演练中，陀螺仪从高速模式切换至低速模式，从而清除浮体周围任何堵塞。10月18日演练之后，研究小组发现高速模式中明显降低陀螺仪速度，可在低速模式下暂短时间内测试速度。

美国宇航局表示，目前备用陀螺仪的旋转速度已降低，现已处在预期范围之内。下步将进行更多的测试，确保哈勃望远镜能够使用这个陀螺仪进行科学操作。哈勃望远镜是地球上最强大的望远镜，现已投入使用28年，逐渐显露出老化迹象，可能不久将完全停止运行。

短期内没有替代的太空望远镜

像哈勃和钱德拉望远镜这样的天文观测设备在太空中执行观测任务许多年时间，为我们提供了大量的观测图像和数据。这些奇妙的观测设备，在现代科学发展中具有不可估量的价值，但是随着使用时间的增多，它们已处于老化阶段，但是美国宇航局并没有计划替换这些老化天文设备。

哈勃和钱德拉望远镜有助于绘制遥远星系、窥探黑洞和定位发现新行星，但是天文学家担心他们的“太空之眼”可能不久将变模糊。美国高校天文研究协会会长马特·芒登（Matt Mountain）称，美国政府不愿在重大天文科学领域投资的状况，开始让我们担忧，作为一个科研团体，我们将面临一个非常严峻的前景，有些领域没有望远镜进行勘测，那么无法进行任何科学研究。

对这些大型望远镜的继任者提供资金的方案还亟待确定，美国宇航局天体物理学部门主任保罗·赫兹（Paul Hertz）称，这都是“国家的选择”，我们进行的观测任务受到科研团体优先级以及政府提供资金的影响。

哈勃太空望远镜发射于1990年，本月初出现故障，不得不停止正常工作，使科学家进一步意识到他们非常依赖28年前制造的天文设备，同时，他们对“后继无人”的现状感到担忧。

钱德拉X射线望远镜现已操作使用20周年，并且已超出预期使用寿命将近15年。本月初，钱德拉望远镜自动进入安全模式是由于陀螺仪问题。美国宇航局表示，现已查明10月10日导致该望远镜进入安全模式的原因，目前操作小组已成功恢复望远镜正常指向模式。

研究人员表示，钱德拉望远镜进入安全模式是由于其中一个陀螺仪出现故障，导致三秒为期周期的数据误差，这将导致机载电脑计算错误的航天器动量值。错误的动量值引发进入安全模式，美国宇航局称，研究小组现已完成了陀螺仪切换，将故障设备在备用位置。

由于类似的陀螺仪故障，哈勃望远镜现已进入休眠状态。美国宇航局称，钱德拉望远镜的故障问题现已解决，但仍存在低燃料状况，当前不清楚还能维持多长时间。钱德拉和哈勃望远镜在一周之内相继“休眠”纯属巧合。

近日，从事钱德拉望远镜操作工作的哈佛-史密森天体物理中心天文学家乔纳森·麦克道尔（Jonathan McDowell）发布推文声称，如果哈勃望远镜能有一个小假期，我希望钱德拉望远镜也有一个。

美国政治巨头向美国宇航局提供充足资源和资金，支持上世纪70年代的大天文台计划，完成天文观测设备的发射和维护。

据悉，现已建造四个太空望远镜，能够观测从伽马射线至红外辐射的整个光线范围，康普顿伽马射线天文台负责观测伽马射线，斯皮策太空望远镜负责观测红外辐射。此外，哈勃太空望远镜负责分析可见光和近紫外线光，钱德拉望远镜负责分析X射线。

它们将发现并有助于揭晓黑洞、系外行星、新生恒星、宇宙年龄以及宇宙中能量最充沛的爆炸之谜。2001年，康普顿伽马射线天文台因陀螺仪问题而报废，预计2019年斯皮策望远镜将停止工作。

美国宇航局剩余两个望远镜继续工作到2020年代，太空望远镜科学研究所哈勃任务负责人汤姆·布朗（Tom Brown）说：“目前人们突然意识到哈勃望远镜不能永生。当哈勃望远镜无法使用时，在这个观测范围内没有可见或者紫外线望远镜，这正是项目专家非常关心的事情。”

詹姆斯·韦伯望远镜将研究太空红外辐射，但由于延期和错误，发射日期推移至2021年。当前美国宇航局并未考虑替换钱德拉望远镜，并进一步研究X射线。

康普顿伽马射线天文台继任者费尔米太空望远镜项目科学家、伽马射线天体物理学家朱莉·麦金纳里（Julie McInery）说：“在任何给定的望远镜观测范围内，你必须保持最低限度的活动，才能在科研团体中拥有专业知识，这样你才能继续建造新的天文仪器。”

哈勃望远镜的陀螺仪如何工作？

陀螺仪中的感应轮保持每分钟19200次的转速，感应轮安装在一个密封圆柱体，被称为“浮体”，它悬浮在密集液体上。

电流通过电线传导至发动机，电线直径近似于人类头发，它们沉浸在液体之中。陀螺仪内部的电子设备可以探测到感应轮中心轴的微小运动，并将这些信息传送至哈勃太空望远镜的中心计算机。

陀螺仪有两个模式——高模式和低模式，高模式是用于测量较高旋转速度的简易模式，适用于当哈勃望远镜在太空中从一个观测目标转移至另一个观测目标时使用。低模式是用于测量详细旋转状况的精确模式，适用于哈勃望远镜锁定一个观测目标，并需要望远镜保持静止状态。

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