在現代天文探索者的殿堂中，開普勒太空望遠鏡名列前茅，它只觀測了天空的一小部分，就發現了太陽系外超過1200個天體。克卜勒望遠鏡揭示了炙熱的小型類地行星、可能共享軌道的行星、一顆吸收光線極其濃重的行星，以及54顆位於恆星宜居帶內的行星。今年9月，開普勒天文學家宣布了一項奇特的發現：一顆圍繞著雙星系統運行的行星，就像某部科幻電影六部曲中出現的那顆暗褐色星球一樣。
但大多數人可能不知道，這項令人興奮的發現——無疑是開普勒迄今為止最著名的發現之一——最初竟然是別人的垃圾。勞倫斯·多伊爾興高采烈地翻找著這些垃圾，最終促成了當年最重大的科學發現之一。
據多伊爾在接受《大眾科學》雜誌的深入採訪時透露，這顆名為開普勒-16b的環雙星系統，是在對凌日雙星系統進行細緻研究後發現的。對於大多數行星搜尋者來說，他們透過尋找恆星亮度的變化來探測凌日行星的跡象，而這些雙星系統會使數據變得模糊不清。
「單星凌日探測者會把食雙星稱為行星搜尋的禍根，」多伊爾說。 「但對某些人來說的禍根，對另一些人來說卻是寶藏。我們說‘把你們那些可憐的、疲憊的、食雙星都給我們吧。’他們把它們扔掉，我們把它們帶走。”
PopSci 採訪了 SETI 研究所的天文物理學家 Doyle，以了解他和他的同事是如何做到這一點的。
《大眾科學》：如果開普勒望遠鏡只觀測天空的一小部分，為什麼會產生這麼多的數據？
勞倫斯‧多伊爾：開普勒是哈伯太空望遠鏡的廣角版本。哈伯就像用雙筒望遠鏡觀察遠處山脊上的麋鹿，你會注意到它們有角和鹿角。而開普勒更像是對麋鹿進行普查。你數的是遠處山丘上的麋鹿數量，而不是研究其中一隻的鹿角或蹄子。哈伯的主要目標是確定宇宙的年齡，而開普勒的主要目標是尋找另一個地球，因此它需要處理大量資料。克卜勒望遠鏡觀測到了1500萬顆恆星，但由於記憶體的限制（這主要是資金問題），我們只能下載其中最亮的15.5萬顆恆星的數據。就像釣魚一樣，需要時間。所以，開普勒已經連續觀測這15.5萬顆恆星近三年了。這確實是一個龐大的資料量。此外，我們現在觀測到的資料靈敏度比以往任何觀測手段都要高出100倍。我們觀測的是光變曲線。克卜勒望遠鏡不會測量顏色或光譜，它只是凝視並極其精確地測量恆星亮度的變化。光是透過恆星亮度隨時間的變化，我們就能了解到大量關於恆星的資訊。
食雙星工作小組需要分析 155,000 條光變曲線，從中找出食雙星。這類雙星大約有 2,000 顆。
PS：你是說你用肉眼找到它們的嗎？你是怎麼找到它們的？
LD：食雙星有很多種類型－有分離雙星、半分離雙星、接觸雙星，還有在食過程中會振蕩的雙星。要寫一個演算法來涵蓋所有這些類型實在太難了，所以我們決定，大家一起咬牙堅持。我們八個人就開始尋找。我們會尋找光變曲線上的一個下降點，然後是第二個下降點，如果出現，就表示這是一個候選食雙星。但我們花了兩年時間尋找食雙星，之後我才能開始尋找行星。基本上，我們只要瞥一眼就能確定它是食雙星，我一天就能找到幾十個。
即使在15年前，數據也是個問題；我們無法取得足夠的數據。而現在，天文學家們卻擁有大量資料。附：為什麼食雙星值得研究？
LD：我們對恆星大小的了解幾乎全部來自食雙星系統。它們距離我們太遠，無法直接觀測到星盤的大小，但我們可以取得絕對尺度的光譜資料。我們可以知道它們彼此遮蔽亮度所需的時間。而我們對太陽系外行星的了解幾乎全部來自凌日現象。當一顆行星運行到恆星前方時，我們可以測量其亮度比，從而推導出行星的大小。克卜勒-16b 是一顆位於食雙星系統中的凌日行星。因此，它是太陽系外測量最精確的行星。由於它是食雙星系統，我們可以測量恆星；由於它是凌日行星，我們可以測量行星。它會運行到兩顆恆星的前方。所以，這是一個非常幸運的發現，它展現了即使遠在幾百光年之外，我們也能多麼精確地測量天體。
PS：為什麼單星凌日觀測者不想看這些？
LD：你看燈泡，中間比邊緣亮。當行星凌日時，它遮擋的光線在中心比邊緣更多。你可以利用這一點來判斷它是否掠過恆星邊緣。所以，當凌日觀測者發現掠食雙星時，他們注意到凌日深度並不相同。他們會觀測到一次很深的下降，也會觀測到一次稍淺的下降。凌日不應該出現這種情況，每次下降的深度應該相同。如果他們觀測到第二次下降，他們會認為這是一個掠食雙星。但我們團隊想要觀測到它們。凌日觀測者說：「建立星表是好事，這樣我們就可以排除它們了。」我們則說：「建立星表是好事，這樣我們就可以尋找環雙星行星了。」想要觀測到食雙星的人和想要排除它們的人之間就此展開了友好的爭論。
PS：這些被丟棄的數據還有其他用途嗎？
LD：我們想給凌星觀測者一個機率，判斷它究竟是凌星行星還是食雙星。所以我們給出了誤報率——在已公佈的1235個行星候選者中，有多少是食雙星。我們沒有足夠的時間對它們全部進行光譜觀測，所以就把結果公佈給了天文界。但我認為，至少超過90%都是真正的行星。這使得其他恆星周圍的行星數量增加了兩倍以上。
PS：你是如何僅透過光變曲線數據就確定這顆行星存在的？
LD：光變曲線顯示的是亮度隨時間變化的曲線。我們用開普勒-16做的第一件事就是注意到，有些光變曲線呈規律性下降，有些下降幅度較小，有些則較大，所以肯定存在一顆明亮的恆星和一顆暗淡的恆星。我們當時想，也許背景中存在一顆食雙星，碰巧被納入了同一測量範圍，因為開普勒的像素很大。如果是背景食雙星，曲線應該是深、淺、深、淺的交替變化。但後來雙星的位置互換了。曲線變成了深、淺、淺、深的交替變化。我們當時就驚呆了。它怎麼可能突然改變方向，朝另一個方向移動呢？這完全說不通。但後來我們明白了，這是一個環雙星天體。它先經過大恆星，然後經過小恆星，繞著它們繞了一圈。當它返回時，恰好小恆星位於前面；它們的位置互換了。
PS：你怎麼能確定它是一顆行星？
LD：第三個天體圍繞著食雙星運行，每次繞行時都會對它產生引力作用。如果它的質量達到恆星級別，就會對雙星系統產生引力作用，改變它們的軌道周期，我們可以計算出改變軌道周期所需的質量。因此，我們觀察了食發生的時間，發現食發生時，軌道周期的變化只有大約一分鐘。所以食發生時，天體的質量並非恆星級別，我們也因此確定了這顆行星的存在。接下來就是微調階段，最後我們發現了開普勒-16b。
PS：你覺得還能找到其他類似的嗎？你還在尋找什麼？
LD：開普勒望遠鏡需要延長任務時間才能找到地球。我們之前以為太陽是一顆典型的恆星，但事實並非如此。太陽異常平靜。三分之二的恆星活動性更強，閃爍更頻繁，噪音也更大。這就好比說，我可以在兩分鐘內背誦完葛底斯堡演說，但電話線卻發出「嘶嘶」聲。你會說：「因為噪聲，這至少要花十分鐘。」所以，找到地球需要更長時間，而我們之前並不知道這一點。但是，當你以前所未有的精確度測量任何事物時，總會有意想不到的發現。
即使在15年前，對天文學家來說，數據也是個難題。我們總是無法獲得足夠的數據。而現在，天文學家們卻被海量數據淹沒——數據量遠遠超過了他們的能力範圍。為了進行資料庫管理，邀請朋友們參與其中就是一種可行的方法。我認為公民科學將會越來越受歡迎。它的唯一限制就是我們的想像力，以及能夠參與實際發現的人數。
