尋找地球2.0，中國(guó)或?qū)⒛贸觥蔼?dú)門絕技”
本報(bào)記者 張 曄
天聞?lì)l道
偌大的宇宙中，地球是唯一一顆存在生命的星球？
十年前，抱著這樣的疑問(wèn)，天文學(xué)家們?cè)O(shè)計(jì)了開普勒空間望遠(yuǎn)鏡，對(duì)宇宙展開了“星際普查”。在短短數(shù)年間，已確認(rèn)了3300多顆系外行星，發(fā)現(xiàn)了超過(guò)3700顆候選行星。
但是受技術(shù)限制，這些遙遠(yuǎn)的行星，信號(hào)過(guò)于微弱，它們究竟是不是宜居的星球，人類還無(wú)法解讀。
再加上開普勒空間望遠(yuǎn)鏡“英年早逝”，搜索地球2.0的計(jì)劃不得不另尋出路。而就在不久前，中國(guó)科學(xué)院南京紫金山天文臺(tái)提出了“近鄰宜居行星巡天計(jì)劃”，通過(guò)沉淀數(shù)年的技術(shù)手段，用中國(guó)人的“眼光”去尋找地球2.0。
尋找類地行星從未停止
伴隨著科技的進(jìn)步，人類探索宇宙的腳步越走越遠(yuǎn)，新的發(fā)現(xiàn)不斷涌現(xiàn)。類地行星的發(fā)現(xiàn)意味著我們距離發(fā)現(xiàn)外星生命更近一步。
科學(xué)家認(rèn)為，地球生命的出現(xiàn)有許多先決條件，比如地球的軌道離太陽(yáng)不遠(yuǎn)不近，正好在行星宜居帶上；地球的質(zhì)量不大不小，恰到好處；地球大氣層、海洋和磁場(chǎng)，調(diào)節(jié)得也是非常完美。
因此，科學(xué)家們把目光投向了太陽(yáng)系外的行星，期望在人類文明現(xiàn)有的技術(shù)手段下，找到與地球類似的行星。
中國(guó)科學(xué)院紫金山天文臺(tái)研究員季江徽告訴科技日?qǐng)?bào)記者，早在1984年，時(shí)任美國(guó)國(guó)家航空航天局（NASA）工程師的威廉·博魯茨基，想到了一個(gè)簡(jiǎn)單又聰明的辦法：當(dāng)行星運(yùn)轉(zhuǎn)到恒星前面時(shí)，恒星的光度會(huì)有非常微弱的改變。好比金星凌日現(xiàn)象，金星把太陽(yáng)的一小部分擋住，太陽(yáng)就變得暗了點(diǎn)，借此我們可以發(fā)現(xiàn)那些被恒星的光遮掩而難以看到的行星。這種方法被稱為凌星法。
“行星獵手”也有缺陷
凌星法對(duì)觀測(cè)設(shè)備和觀測(cè)條件有著較高的要求，比如行星與恒星的體積相比非常渺小，發(fā)現(xiàn)類地行星的概率只有千分之五，光度計(jì)的測(cè)光精度要求優(yōu)于萬(wàn)分之一?！斑@就好比我們從很遠(yuǎn)的地方，觀察一只蚊子從明亮的燈泡前飛過(guò)所引發(fā)的極其微弱的亮度變化?！奔窘照f(shuō)道。
通過(guò)多年努力，NASA逐一解決凌星觀測(cè)難題，在2009年把望遠(yuǎn)鏡送上太空——這就是著名的開普勒計(jì)劃。
開普勒計(jì)劃打開了觀察宇宙的一個(gè)大窗口，它發(fā)現(xiàn)了超過(guò)3300顆系外行星，有些行星的大小與地球相差不遠(yuǎn)，并且繞著恒星近距離運(yùn)轉(zhuǎn)。
但是，開普勒計(jì)劃也遭遇了新挑戰(zhàn)?！霸谔锗须s的背景下，行星的信號(hào)非常微弱，雖然它發(fā)現(xiàn)了那么多行星候選體，但是最終確認(rèn)的僅有3300多顆?！奔窘战榻B說(shuō)，凌星法還有一個(gè)與生俱來(lái)的缺陷，即僅能發(fā)現(xiàn)特殊軌道的系外行星，發(fā)現(xiàn)宜居帶類地行星的概率較低，也不能獲取行星的質(zhì)量，而這正是判斷類地行星的關(guān)鍵指標(biāo)。
另辟蹊徑觀察恒星曼妙舞步
面對(duì)嘈雜的太空信號(hào)、巨大的亮度差別和空間分辨率的限制，中國(guó)科學(xué)院南京紫金山天文臺(tái)提出了“近鄰宜居行星巡天計(jì)劃”。
該計(jì)劃采用天體測(cè)量法：如果一顆恒星周圍存在行星，行星就會(huì)使恒星產(chǎn)生一個(gè)小幅度的周期性擺動(dòng)，通過(guò)觀測(cè)恒星位置的微小變化，排除恒星自身運(yùn)動(dòng)后就能解讀出恒星周圍是否存在行星，并計(jì)算出行星的質(zhì)量。
天體測(cè)量法此前已有實(shí)踐，要實(shí)現(xiàn)“近鄰宜居行星巡天計(jì)劃”，技術(shù)上需要達(dá)到前所未有的精度：微角秒——相當(dāng)于在地球上分辨出一個(gè)放在月亮上的一元硬幣。
“我們計(jì)劃發(fā)射一個(gè)1.2米口徑的高精度天體測(cè)量空間望遠(yuǎn)鏡，實(shí)現(xiàn)微角秒級(jí)星間距的測(cè)量精度，探測(cè)距離地球比較近的太空區(qū)域，大約為32光年左右，預(yù)計(jì)將巡查100個(gè)類太陽(yáng)恒星，期望發(fā)現(xiàn)地球2.0。”季江徽說(shuō)，發(fā)現(xiàn)宜居帶類地行星的概率非常大，“保守估計(jì)至少有50顆”。
“我們已經(jīng)有了7—8年的技術(shù)沉淀，并完成了為期3年的預(yù)研和深化論證，預(yù)期將來(lái)在軌探測(cè)精度能夠達(dá)到微角秒級(jí)，超越歐洲蓋亞衛(wèi)星?！奔窘照f(shuō)道。
相比凌星法，天體測(cè)量法還有數(shù)據(jù)處理優(yōu)勢(shì)，可以把嘈雜的信號(hào)剔除，也能把類似木星那樣的大質(zhì)量行星去除。而且一旦發(fā)現(xiàn)就可確認(rèn)，無(wú)需證認(rèn)。
季江徽告訴記者，過(guò)去我國(guó)的天文學(xué)研究總是跟在發(fā)達(dá)國(guó)家后面，現(xiàn)在我們?cè)陬惖匦行怯^測(cè)上已經(jīng)積累了足夠的技術(shù)實(shí)力，還有強(qiáng)大的太空飛行器研究和發(fā)射能力作后盾，完全可以另辟蹊徑，實(shí)現(xiàn)超越。
（《科技日?qǐng)?bào)》2020年3月2日第 7 版。）
