癮科學：用 9400 萬畫素來找外星地球

美國太空總署的刻卜勒（Kepler）任務太空船於於台灣時間昨天（3/8）上午順利升空，開始進行為期三年半，尋找類地行星的任務。整架太空船基本上就是台巨大的數位相機 -- 上圖那塊閃亮亮的板子就是它的感光器，一共由 42 塊 50x25mm，解析度 2200x1024 的 CCD 所組成，總解析度大約 9400 萬畫素。不過話雖如此，它的任務要求卻是要拍出不清楚的照片！為什麼呢？看繼續閱讀囉～

這就要從刻卜勒任務是在做什麼的說起了。小薑曾在「科幻與現實：外星人」一文中短暫地提到過這台小太空探測船，簡單來說，它是用裝載的 CCD 持續不斷地掃瞄一小塊天空，監控這塊星空中所有 16 星等以下的主序星（大約有十萬多顆），看看它們有沒有因為行星通過恆星之前，而發生的亮度上的微小變化。為了讓這個亮度變化更明顯，Kepler 故意讓焦距不清楚，讓每顆星的光點都分佈在多個 CCD 的像素上，增加敏感度的同時，也減少誤判的機會。

上圖是刻卜勒的觀察範圍，大約在天鵝座的天津四（Deneb）和天琴座的織女星（Vega）之間。為了選出這塊範圍，科學家可是煞費苦心：首先，這塊位置必須要隨時都能看到，不被遮掩，因此不能在黃道面上，也不能在庫柏帶的範圍內。為了同樣的理由，刻卜勒並不是繞著地球轉的衛星，而是和地球共用相同的軌道，一起繞著太陽公轉，如此一來才能保證刻卜勒的視角不會被地球遮到。在撇開擋人的星體和太陽的干擾後，接下來就是要星空中星體最密集的區域，而這點當仁不讓的就是銀河的方向了，但又不能對準銀河的正中央，因為有宇宙塵，所以最後就選了這個星球密集，又沒有什麼阻擋的 FOV。

要確定有到了行星，必須要至少確實地觀察到三次行星通過事件，以類似地球的行星繞著類似太陽的星球公轉的情況為例，大約就要持續觀察三年，再加上一些資料處理的時間，因此將任務長度定為三年半。其實要觀察到行星通過事件是很不容易的 -- 行星必須要剛好從地球和外星球之間的那個小縫裡通過，才能被刻卜勒看到，所幸刻卜勒觀察的樣本數夠大，應該還是能用統計的方式回答那個老問題：

地球這樣的行星，到底罕不罕見？