2015年度邵逸夫天文學奬頒予威廉•伯魯奇(William J Borucki),以表彰他構思及領導開普勒計劃;這計劃大大增進了對太陽系外行星系及恒星內部的認識。他是美國宇航局艾姆斯研究中心開普勒計劃首席研究員。

1984年,威廉•伯魯奇和奥德麗•薩默斯發表論文,評估以凌星測光法探測太陽系外行星系的可能性。其主要概念是同時監測許多恒星的亮度。行星橫過觀察者(地球)與其寄主星之間的視線時,使所見的寄主星亮度輕微減少,這就是行星存在的證據。亮度減少的現象周期性出現,相隔時間正好就是行星的公轉周期,這周期性特徵有利分辨寄主星亮度起伏的其他原因。凌星現象的深度決定了行星與其寄主星的面積比率。威廉•伯魯奇和奥德麗•薩默斯強調,若要檢測約地球大小的行星,必須於大氣層上方能觀察得到。

隨後,威廉•伯魯奇花了很長時間說服天文學界及美國宇航局,只需要一個不太大型的太空項目,便能發現有可能適合生物居住的行星。他在1992年至1998年間提交四份建議書,均被否決;2001年12月他提交第五份建議書,才獲通過,編為「第十號發現計劃」。該計劃由2002年正式展開,開普勒航天飛行器於2009年3月發射。

面積與地球相若的行星只會引起非常微小的亮度改變,伯魯奇等科學家證明,儘管變化這麼小,還是可以測量的,這是令開普勒計劃獲得肯定的重要里程碑。由於地球的半徑為太陽半徑的百分之一,亮度變化小於萬分之一。開普勒計劃經常達到更高的精確度,因此能發現比地球面積更小的行星。開普勒計劃推出5年後,發現了數以千計的行星,不少恒星是多顆行星的棲身之所,有兩顆恒星就被發現懷有至少六顆行星。與太陽系相若,懷有多顆行星的星系統都呈平面狀態。鑒於幾何因素影響凌星檢測,計劃推出的時間亦有限,被開普勒計劃發現的行星傾向於接近其母恒星軌道運行。

開普勒計劃更達成第二個重要目標,就是能夠精準地測量源於恒星震動的亮度變化,振動頻率提示了有關恒星的年齡、質量、半徑及內部自旋率的資料。

進一步的技術解說
凌日現象在古典天文學已受注意。當有行星在其運動過程中,走到太陽和觀察者(即地球)兩者之間的視線上,就稱為「凌日」。當然,只有內行星(即軌道半徑小於地球軌道半徑者)才會有凌日的情況。由於太陽表面可以分辨,呈現為一圓盤狀,當行星凌日時,可見一個細小黑點在太陽表面橫過。內行星包括水星和金星,自古已知,但假如還有其他內行星的話,可以用凌日法去找尋,而在十九世紀,也確實利用凌日法去找其他內行星 — 但沒有找到。

同一原理可以用到其他恒星。如果有行星繞該恒星(即寄主星)走動,而行星走到寄主星與觀察者(即我們)之間的視線上的話,就會阻擋了部份光線。這就稱為「凌星」現象。但這些恒星離我們甚遠,只呈現為一點,其表面不能分辨,所以不可能見到一個黑點橫過星面。可以觀察到的,只是恒星的亮度出現微小的減少,亮度的減少取決於行星面積和寄主星面積的比例。伯魯奇等科學家的工作,就是成功地觀察了這微細但周期性的亮度改變。

邵逸夫天文學獎遴選委員會
(譯自英文原稿)


2015年6月1日  香港