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尋找宜居行星﹐NASA在行動

來源﹕科技日報2019-06-17 09:25

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  葵花形的“星影”(Starshade)將為WFIRST遮住恆星光線﹐使其專心觀測周圍的行星。

  圖片來自網絡

  地球面臨毀滅危機﹐人類移民新的家園﹐外星文明飛越光年的距離造訪地球﹐這些都是科幻小說中常常出現的情景。人類能到哪裡去﹖外星人能從哪裡來﹖已成為困擾無數天文學家的難題。找到那些與地球類似的適宜人類生存的行星﹐則是破解這一難題的第一步。

  日前﹐美國國家航空航天局(NASA)在到哪裡尋找宜居行星和判斷行星是否宜居上都有所突破。人類距離找到真正能夠孕育生命和文明的系外行星又近了一步。

  宜居行星範圍大幅縮小

  什麼樣的行星上可能存在生命﹖之前﹐科學家將恆星周圍溫度適合形成液態水的空間區域定義為“可居住帶”﹐位於其中的行星具備產生生命的基本條件。但是﹐這種條件只適用於最基本的單細胞生物﹐與人類等高等動物完全不可同日而語。“宜居”勢必比“可居”更為嚴苛。

  近日﹐位於加州大學河濱分校的NASA天體生物學研究所“替代地球”科研團隊在《天體物理學雜誌》上撰文指出﹐考慮到二氧化碳等氣體濃度﹐“可居住帶”中大部分空間都無法滿足高等動物的生存需要。

  研究人員利用計算機模擬不同行星的大氣氣候和光化學反應。以二氧化碳為例﹐“可居住帶”中離恆星較遠的行星需要這種“溫室氣體”使氣溫達到冰點以上﹐但其濃度一旦過高則將成為足以致命的“有毒氣體”。僅此一項就足以判斷﹐對於人類等高等動物﹐“宜居區”不到“可居住帶”的三分之一。

  更重要的是﹐對於某些恆星系統來說﹐根本不存在任何“宜居區”。比如太陽系的兩個鄰居﹐“半人馬座”比鄰星和Trappist-1等溫度較低﹑亮度較暗的恆星發出的紫外線輻射會導致其周圍行星一氧化碳濃度過高。這種行星上可能存在微生物﹐但絕不能成為人類和高等動物的棲息地。

  至今為止﹐天文學家已經發現了4000多顆系外行星。“這一發現提供了決定我們應該更詳細地觀察這些行星中的哪一個的方法。”克里斯托弗‧萊因哈德說。

  “星影”計劃提高觀測精度

  人類航天器還不能去探測任何一個系外行星﹐祗能通過天文望遠鏡觀測。如果要確定一個行星是否宜居﹐必須獲得行星大氣的光譜信息﹐對於類似地球的“岩石行星”﹐唯一可靠的方法就是直接成像。但是﹐由於恆星的亮度往往是行星大氣層反射光的數十億倍﹐所以觀測系外行星將面臨其環繞的恆星光照的嚴重干擾。

  為瞭解決這一難題﹐NASA堪稱“腦洞”大開。首先﹐其計劃于20世紀20年代中期發射廣域紅外勘測望遠鏡(WFIRST)﹐該望遠鏡的主鏡直徑達到2.4米﹐專門用於為“宜居行星”拍照。另外﹐NASA下屬噴氣推進實驗室(JPL)將與系外行星探索計劃(Exep)聯合研製名為“星影(Starshade)”的航天器﹐為WFIRST遮住恆星的光線﹐使其專心觀測周圍的行星。

  怎樣使“星影”﹑WFIRST和目標恆星在太空中精確連成一線﹐使“星影”的影子正好投在WFIRST的鏡頭上﹖

  根據JPL在6月11日發佈的聲明﹐“星影”﹑WFIRST之間的距離在20000─40000公里﹐大約是3─7倍的地球半徑﹐且二者位置的橫向誤差必須保持在1米之內﹐堪稱“超級精確”。JPL工程師邁克爾‧巴頓表示﹐這相當於一個飲料杯墊在100公里的距離上對准一顆橡皮擦﹐偏差小於1毫米。

  為了實現這一任務﹐巴頓為WFIRST專門開發了一套計算機程序來確定“星影”位置是否準確。同時﹐JPL工程師蒂鮑爾特‧弗林諾瓦等人開發了一套控制算法﹐其依靠巴頓程序提供的信息來控制“星影”推進器的開關。

  JPL認為﹐使用自動傳感器和推進器控制來保持兩個航天器超過“地球直徑尺度”的完全對准。(胡定坤)

[ 責編﹕張佳興 ]
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