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寻找地球2.0,中国或将拿出“独门绝技”

2020-03-02

寻找地球2.0,中国或将拿出“独门绝技”

  偌大的宇宙中,地球是唯一一颗存在生命的星球?

  十年前,抱着这样的疑问,天文学家们设计了开普勒空间望远镜,对宇宙展开了“星际普查”。在短短数年间,已确认了3300多颗系外行星,发现了超过3700颗候选行星。

  但是受技术限制,这些遥远的行星,信号过于微弱,它们究竟是不是宜居的星球,人类还无法解读。

  再加上开普勒空间望远镜“英年早逝”,搜索地球2.0的计划不得不另寻出路。而就在不久前,中国科学院南京紫金山天文台提出了“近邻宜居行星巡天计划”,通过沉淀数年的技术手段,用中国人的“眼光”去寻找地球2.0。

  寻找类地行星从未停止

  伴随着科技的进步,人类探索宇宙的脚步越走越远,新的发现不断涌现。类地行星的发现意味着我们距离发现外星生命更近一步。

  科学家认为,地球生命的出现有许多先决条件,比如地球的轨道离太阳不远不近,正好在行星宜居带上;地球的质量不大不小,恰到好处;地球大气层、海洋和磁场,调节得也是非常完美。

  因此,科学家们把目光投向了太阳系外的行星,期望在人类文明现有的技术手段下,找到与地球类似的行星。

  中国科学院紫金山天文台研究员季江徽告诉科技日报记者,早在1984年,时任美国国家航空航天局(NASA)工程师的威廉·博鲁茨基,想到了一个简单又聪明的办法:当行星运转到恒星前面时,恒星的光度会有非常微弱的改变。好比金星凌日现象,金星把太阳的一小部分挡住,太阳就变得暗了点,借此我们可以发现那些被恒星的光遮掩而难以看到的行星。这种方法被称为凌星法。

  “行星猎手”也有缺陷

  凌星法对观测设备和观测条件有着较高的要求,比如行星与恒星的体积相比非常渺小,发现类地行星的概率只有千分之五,光度计的测光精度要求优于万分之一。“这就好比我们从很远的地方,观察一只蚊子从明亮的灯泡前飞过所引发的极其微弱的亮度变化。”季江徽说道。

  通过多年努力,NASA逐一解决凌星观测难题,在2009年把望远镜送上太空——这就是著名的开普勒计划。

  开普勒计划打开了观察宇宙的一个大窗口,它发现了超过3300颗系外行星,有些行星的大小与地球相差不远,并且绕着恒星近距离运转。

  但是,开普勒计划也遭遇了新挑战。“在太空嘈杂的背景下,行星的信号非常微弱,虽然它发现了那么多行星候选体,但是最终确认的仅有3300多颗。”季江徽介绍说,凌星法还有一个与生俱来的缺陷,即仅能发现特殊轨道的系外行星,发现宜居带类地行星的概率较低,也不能获取行星的质量,而这正是判断类地行星的关键指标。

  另辟蹊径观察恒星曼妙舞步

  面对嘈杂的太空信号、巨大的亮度差别和空间分辨率的限制,中国科学院南京紫金山天文台提出了“近邻宜居行星巡天计划”。

  该计划采用天体测量法:如果一颗恒星周围存在行星,行星就会使恒星产生一个小幅度的周期性摆动,通过观测恒星位置的微小变化,排除恒星自身运动后就能解读出恒星周围是否存在行星,并计算出行星的质量。

  天体测量法此前已有实践,要实现“近邻宜居行星巡天计划”,技术上需要达到前所未有的精度:微角秒——相当于在地球上分辨出一个放在月亮上的一元硬币。

  “我们计划发射一个1.2米口径的高精度天体测量空间望远镜,实现微角秒级星间距的测量精度,探测距离地球比较近的太空区域,大约为32光年左右,预计将巡查100个类太阳恒星,期望发现地球2.0。”季江徽说,发现宜居带类地行星的概率非常大,“保守估计至少有50颗”。

  “我们已经有了7—8年的技术沉淀,并完成了为期3年的预研和深化论证,预期将来在轨探测精度能够达到微角秒级,超越欧洲盖亚卫星。”季江徽说道。

  相比凌星法,天体测量法还有数据处理优势,可以把嘈杂的信号剔除,也能把类似木星那样的大质量行星去除。而且一旦发现就可确认,无需证认。

  季江徽告诉记者,过去我国的天文学研究总是跟在发达国家后面,现在我们在类地行星观测上已经积累了足够的技术实力,还有强大的太空飞行器研究和发射能力作后盾,完全可以另辟蹊径,实现超越。

(责编:赵竹青、吕骞)

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