原標(biāo)題：尋找“地球2.0”，中國(guó)科學(xué)家提出巡天計(jì)劃

宇宙中是否有其他生命的存在,，又是否有適合人類(lèi)居住的第二家園,，千百年來(lái)，吸引科學(xué)家們將探索的目光投向宇宙更深處。

近日,，記者從中國(guó)科學(xué)院紫金山天文臺(tái)獲悉,，中國(guó)科學(xué)家們提出一項(xiàng)“近鄰宜居行星巡天計(jì)劃”（以下簡(jiǎn)稱“CHES”），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,，在日地拉格朗日L2點(diǎn)常規(guī)運(yùn)行至少5年時(shí)間,，擬探測(cè)距離地球約32光年的100個(gè)類(lèi)太陽(yáng)型恒星，期望發(fā)現(xiàn)首顆太陽(yáng)系外宜居帶“地球2.0”,。這將是國(guó)際上首次專門(mén)在近鄰類(lèi)太陽(yáng)型恒星周?chē)鷮ふ乙司宇?lèi)地行星的空間探測(cè)任務(wù),。

“就宇宙演化而言，我們無(wú)法預(yù)知地球環(huán)境在50-100年后會(huì)發(fā)生什么,。我們?cè)噲D探尋,，宇宙中特別是太陽(yáng)系近鄰恒星周?chē)欠翊嬖谄渌司有行牵M(jìn)而探索這些行星上是否存在生命或高等文明,?！敝袊?guó)科學(xué)院紫金山天文臺(tái)研究員、“近鄰宜居行星巡天計(jì)劃”項(xiàng)目負(fù)責(zé)人季江徽告訴科技日?qǐng)?bào)記者,，科學(xué)家們希望通過(guò)執(zhí)行這項(xiàng)計(jì)劃,，為尋找“地球2.0”帶去一雙慧眼。

將尋找與地球質(zhì)量相當(dāng),，處于宜居帶的近鄰行星

人類(lèi)自1995年發(fā)現(xiàn)第一顆太陽(yáng)系外的類(lèi)木行星以來(lái),，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)并確認(rèn)了5000多顆系外行星。這些行星大小不一,、形態(tài)各異,，涉及熱木星、亞海王星,、巖石行星,、超級(jí)地球等類(lèi)型。

2007年發(fā)現(xiàn)的Gliese 581c被認(rèn)為是人類(lèi)發(fā)現(xiàn)的第一顆在宜居帶的類(lèi)地行星,。2016年,，天文學(xué)家在距離地球最近的恒星——比鄰星周?chē)职l(fā)現(xiàn)了一顆位于宜居帶的類(lèi)地行星比鄰星b，其最小質(zhì)量為1.3個(gè)地球質(zhì)量,，公轉(zhuǎn)周期僅為11.2天,。

“太陽(yáng)系內(nèi)的宜居帶在火星與金星之間，地球正好身處其中,?！奔窘战榻B，天文學(xué)家將行星系統(tǒng)中適合生命存在的行星軌道范圍稱為“宜居帶”,。

在“宜居帶”內(nèi),行星表面平均溫度能夠維持液態(tài)水穩(wěn)定存在,，因此可能擁有與地球類(lèi)似的生命存在的條件,。同時(shí)，這里的恒星輻射和活動(dòng)性不會(huì)太強(qiáng),以免行星大氣中的水分子,、二氧化碳分子發(fā)生電離,甚至剝離行星大氣,。

“目前發(fā)現(xiàn)的太陽(yáng)系外宜居帶類(lèi)地行星約50顆，但它們的質(zhì)量大部分是地球的幾倍至十倍,，相當(dāng)于一個(gè)個(gè)‘超級(jí)地球’,，它們絕大多數(shù)距離地球遙遠(yuǎn)，達(dá)上千光年,。而且在發(fā)現(xiàn)的行星中,，很多位于紅矮星周?chē)t矮星表面溫度低于3500開(kāi)爾文,，而且空間環(huán)境惡劣,，會(huì)有強(qiáng)烈的耀斑，所以我們更關(guān)注距離地球約32光年類(lèi)似太陽(yáng)這樣的恒星周?chē)?，有沒(méi)有宜居帶的‘地球2.0’,。”季江徽說(shuō),，CHES計(jì)劃要找的“地球2.0”或者說(shuō)“孿生地球”,，就是和地球質(zhì)量相當(dāng)，軌道處于宜居帶,，大氣或者表面可能有液態(tài)水來(lái)維持生命存在的行星,。

“近鄰宜居行星巡天計(jì)劃”構(gòu)想圖。

“即使人類(lèi)現(xiàn)在沒(méi)有能力達(dá)到這些類(lèi)地行星,，也并不影響我們思考人類(lèi)在宇宙中將何去何從,，去發(fā)現(xiàn)是否還有與地球一樣的行星?！奔窘毡硎?。

能勾畫(huà)系外行星輪廓的凌星法，難以給行星“稱重”

在浩瀚的星空,，地球是否是僅有的一顆有生命存在的孤獨(dú)星球，吸引著各國(guó)科學(xué)家不遺余力地進(jìn)行深空探測(cè),。他們?cè)谔蘸偷厍?，部署一個(gè)個(gè)“行星獵手”捕捉行星蹤跡。

在太空中,，美國(guó)的“開(kāi)普勒”空間望遠(yuǎn)鏡和“苔絲”衛(wèi)星接棒探測(cè)系外行星,，迄今共發(fā)現(xiàn)了3400多顆。

在地面,，西班牙-德國(guó)的CARMENES項(xiàng)目,，利用西班牙南部的3.5米口徑望遠(yuǎn)鏡,，結(jié)合近紅外觀測(cè)與光學(xué)階梯光柵光譜儀搜尋紅矮星周?chē)念?lèi)地行星；加拿大-法國(guó)-夏威夷望遠(yuǎn)鏡開(kāi)發(fā)的新型光譜偏振儀“SPIRou”和美國(guó)麥克唐納天文臺(tái)的“宜居帶行星探測(cè)儀”則通過(guò)視向速度法在近紅外波段尋找紅矮星周?chē)囊司有行恰?/p>

季江徽介紹,，目前系外行星探測(cè)方法有凌星法,、視向速度測(cè)量法、天體測(cè)量法,、直接成像法,、微引力透鏡法等。其中大部分系外行星是通過(guò)視向速度測(cè)量法和凌星法發(fā)現(xiàn)的,。

“近鄰宜居行星巡天計(jì)劃”構(gòu)想圖,。

“在宇宙中大約73%的恒星為紅矮星，由于紅矮星有效溫度低,、宜居帶距離主星近,，質(zhì)量和體積小，因此紅矮星周?chē)男行且子诒涣栊欠ê鸵曄蛩俣确ㄌ綔y(cè)到,?！奔窘战忉專傲栊恰敝傅氖钱?dāng)行星從恒星前方經(jīng)過(guò)時(shí),，會(huì)遮擋恒星發(fā)出的光,，所以通過(guò)恒星亮度的周期性變暗可以追蹤系外行星的凌星事件，這就好比金星凌日,，金星從太陽(yáng)表面緩慢移動(dòng)時(shí),，把太陽(yáng)的極小一部分擋住，太陽(yáng)看上去就變暗了,。凌星觀測(cè)可以根據(jù)恒星光度的周期性變化,，來(lái)推測(cè)系外行星的大小和軌道周期。但季江徽并不諱言,，凌星法雖有效,，但探測(cè)效率受限。

“首先,，想看到凌星現(xiàn)象,，對(duì)行星的公轉(zhuǎn)軌道有特殊要求，行星需要正好通過(guò)恒星朝向地球的方向,，幾乎在觀測(cè)者的視線方向,；但行星的軌道是隨機(jī)分布的，所以有的空間望遠(yuǎn)鏡探測(cè)到的凌星的發(fā)生概率只有千分之五,。其次,，恒星光度減弱變暗，有可能是由于恒星的黑子或恒星活動(dòng)等引起的,，因此凌星法還需要地面其他探測(cè)方法證認(rèn),。所以即便目前‘苔絲’觀測(cè)到近4000個(gè)行星候選體,，但能證認(rèn)的只有200多顆行星。第三,，凌星法僅能測(cè)出行星的半徑,，無(wú)法直接給出行星的質(zhì)量，而行星質(zhì)量是刻畫(huà)地球2.0的關(guān)鍵參數(shù),?！奔窘照f(shuō)。

創(chuàng)新探測(cè)方法,，CHES探測(cè)精度將達(dá)微角秒級(jí)

與苔絲等衛(wèi)星采用凌星探測(cè)方法不同,，CHES計(jì)劃將采用空間微角秒級(jí)別的高精度天體測(cè)量法，精確測(cè)量一顆目標(biāo)恒星和6-8顆參考恒星之間的微角秒級(jí)別的星間距,，這一細(xì)微的變化反映了目標(biāo)恒星因其繞轉(zhuǎn)行星的引力擾動(dòng)而引起的非常微小的擺動(dòng),。

“通俗地說(shuō)，如果一顆恒星周?chē)嬖谛行?，行星?huì)使恒星產(chǎn)生一個(gè)小幅度的周期性擺動(dòng),。排除恒星自身運(yùn)動(dòng)后，恒星擺動(dòng)幅度越小,，說(shuō)明其周?chē)行堑馁|(zhì)量越小,，反之亦然。通過(guò)觀測(cè)恒星位置的微小變化,，就能發(fā)現(xiàn)恒星周?chē)欠翊嬖谝司有行?，并算出它們的真?shí)質(zhì)量和軌道參數(shù)?！奔窘照f(shuō),。

在浩瀚宇宙中探測(cè)“地球2.0”，需要一雙明察秋毫的眼睛,。季江徽表示,，CHES的科學(xué)載荷是一臺(tái)口徑為1.2米、焦距為36米的高像質(zhì),、低畸變,、高穩(wěn)定光學(xué)望遠(yuǎn)鏡，可實(shí)現(xiàn)全視場(chǎng)近衍射極限成像,。

系外行星藝術(shù)構(gòu)想圖,。

根據(jù)計(jì)劃，CHES空間望遠(yuǎn)鏡將被送入日地系統(tǒng)第二拉格朗日點(diǎn)的Halo軌道,，并在該軌道維持至少5年的穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)間,，期間將對(duì)100顆類(lèi)太陽(yáng)型恒星進(jìn)行科學(xué)探測(cè),，其中每顆恒星觀測(cè)不少于50次,，預(yù)計(jì)發(fā)現(xiàn)約50顆類(lèi)地行星,。

CHES的探測(cè)精度將達(dá)到前所未有的微角秒級(jí)，季江徽打了個(gè)比方,，“這相當(dāng)于在地球上看向月球,，分辨出放在月球上的一元硬幣的邊緣?！彼f(shuō),，CHES團(tuán)隊(duì)經(jīng)過(guò)多年的努力，在微像素星間距測(cè)量等關(guān)鍵技術(shù)上取得了突破,，可以滿足宜居行星的探測(cè)精度要求,。如果CHES得到立項(xiàng)，將是國(guó)際上首次利用高精度天體測(cè)量法專門(mén)尋找宜居行星的空間探測(cè)任務(wù),。

季江徽表示,，這一任務(wù)除了探測(cè)宜居行星外，對(duì)于暗物質(zhì),、黑洞等前沿科學(xué)研究也會(huì)作出相應(yīng)的貢獻(xiàn),。

如果CHES能成功“捕捉”到這些類(lèi)地行星的軌跡，如何判斷它們會(huì)不會(huì)成為宜居的“天選之子”,？季江徽解釋,，“除了判斷行星的質(zhì)量、是否宜居,，還要看它們是否有水,、氧氣，看看這些行星與已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的行星有何差異等,?！贝送猓姆€(wěn)定存在還有許多其他條件,，如以供生命產(chǎn)生的足夠長(zhǎng)的恒星和行星壽命,，適宜的恒星光度、穩(wěn)定的近圓行星軌道和自轉(zhuǎn)傾斜度,、合適的行星大氣和行星磁場(chǎng)等,。

距離地球32光年的宜居帶類(lèi)地行星，人類(lèi)又如何能夠抵達(dá),？季江徽暢想,，“這首先需要星際航行能力的加持，例如飛行速度可能需要達(dá)到亞光速,，此外也需要了解這些行星的分布情況,，這需要對(duì)距離地球32光年的類(lèi)太陽(yáng)型恒星，進(jìn)行全面‘星際普查’,，為人類(lèi)的未來(lái)發(fā)展拓展空間,?！?/p>