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尋找類地行星從未停止 中國或將拿出“獨門絕技”

來源:科技日報 時間:2020-03-02 22:46:58

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,天文學家們設計了開普勒空間望遠鏡,對宇宙展開了“星際普查”。在短短數年間,已確認了3300多顆系外行星,發現了超過3700顆候選行星。

但是受技術限制,這些遙遠的行星,信號過于微弱,它們究竟是不是宜居的星球,人類還無法解讀。

再加上開普勒空間望遠鏡“英年早逝”,搜索地球2.0的計劃不得不另尋出路。而就在不久前,中國科學院南京紫金山天文臺提出了“近鄰宜居行星巡天計劃”,通過沉淀數年的技術手段,用中國人的“眼光”去尋找地球2.0。

尋找類地行星從未停止

伴隨著科技的進步,人類探索宇宙的腳步越走越遠,新的發現不斷涌現。類地行星的發現意味著我們距離發現外星生命更近一步。

科學家認為,地球生命的出現有許多先決條件,比如地球的軌道離太陽不遠不近,正好在行星宜居帶上;地球的質量不大不小,恰到好處;地球大氣層、海洋和磁場,調節得也是非常完美。

因此,科學家們把目光投向了太陽系外的行星,期望在人類文明現有的技術手段下,找到與地球類似的行星。

中國科學院紫金山天文臺研究員季江徽告訴科技日報記者,早在1984年,時任美國國家航空航天局(NASA)工程師的威廉·博魯茨基,想到了一個簡單又聰明的辦法:當行星運轉到恒星前面時,恒星的光度會有非常微弱的改變。好比金星凌日現象,金星把太陽的一小部分擋住,太陽就變得暗了點,借此我們可以發現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

凌星法對觀測設備和觀測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,發現類地行星的概率只有千分之五,光度計的測光精度要求優于萬分之一。“這就好比我們從很遠的地方,觀察一只蚊子從明亮的燈泡前飛過所引發的極其微弱的亮度變化。”季江徽說道。

通過多年努力,NASA逐一解決凌星觀測難題,在2009年把望遠鏡送上太空——這就是著名的開普勒計劃。

開普勒計劃打開了觀察宇宙的一個大窗口,它發現了超過3300顆系外行星,有些行星的大小與地球相差不遠,并且繞著恒星近距離運轉。

但是,開普勒計劃也遭遇了新挑戰。“在太空嘈雜的背景下,行星的信號非常微弱,雖然它發現了那么多行星候選體,但是最終確認的僅有3300多顆。”季江徽介紹說,凌星法還有一個與生俱來的缺陷,即僅能發現特殊軌道的系外行星,發現宜居帶類地行星的概率較低,也不能獲取行星的質量,而這正是判斷類地行星的關鍵指標。

另辟蹊徑觀察恒星曼妙舞步

面對嘈雜的太空信號、巨大的亮度差別和空間分辨率的限制,中國科學院南京紫金山天文臺提出了“近鄰宜居行星巡天計劃”。

該計劃采用天體測量法:如果一顆恒星周圍存在行星,行星就會使恒星產生一個小幅度的周期性擺動,通過觀測恒星位置的微小變化,排除恒星自身運動后就能解讀出恒星周圍是否存在行星,并計算出行星的質量。

天體測量法此前已有實踐,要實現“近鄰宜居行星巡天計劃”,技術上需要達到前所未有的精度:微角秒——相當于在地球上分辨出一個放在月亮上的一元硬幣。

“我們計劃發射一個1.2米口徑的高精度天體測量空間望遠鏡,實現微角秒級星間距的測量精度,探測距離地球比較近的太空區域,大約為32光年左右,預計將巡查100個類太陽恒星,期望發現地球2.0。”季江徽說,發現宜居帶類地行星的概率非常大,“保守估計至少有50顆”。

“我們已經有了7—8年的技術沉淀,并完成了為期3年的預研和深化論證,預期將來在軌探測精度能夠達到微角秒級,超越歐洲蓋亞衛星。”季江徽說道。

相比凌星法,天體測量法還有數據處理優勢,可以把嘈雜的信號剔除,也能把類似木星那樣的大質量行星去除。而且一旦發現就可確認,無需證認。

季江徽告訴記者,過去我國的天文學研究總是跟在發達國家后面,現在我們在類地行星觀測上已經積累了足夠的技術實力,還有強大的太空飛行器研究和發射能力作后盾,完全可以另辟蹊徑,實現超越。(張曄)

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