宇宙“长征”计划:寻找“地球2.0”

来源:广州日报 日期:2022-04-16

  浩瀚宇宙,人类除了地球之外,还能找到第二个可以星际移民的“家园”吗?对于宇宙的想象,人类从未停止探索,二十年前,抱着这样的疑问,天文学家设计了开普勒太空望远镜,开展对宇宙的“行星普查”,希望找到和地球相似的绕着类太阳恒星周围的宜居行星,即“地球2.0”;但受限于此前的技术和对银河系其他恒星的认识,那些遥远的“地球2.0”的行星信号总是如此微弱,以至于人类未能发现它们的存在,更无法解读它们的奥秘;随着科技的进步,科学家们终于将目光再次投向遥远的太阳系外的“地球2.0”行星。

  根据4月12日英国《自然》杂志网站报道指出,中国正在计划的、名为“地球2.0”的任务有望改变这种状况。

  按计划,这项名为“地球2.0”的任务将由中国科学院资助。根据项目负责人、中国科学院上海天文台葛健教授介绍,目前该团队进入了工程立项论证的第二阶段,正在完成科学卫星的概念设计和关键技术攻关;如果技术论证得以在今年6月完成并通过最终专家评审,任务小组将进入工程阶段开始建造卫星,这颗卫星将于2026年底前,随着“长征”火箭进入宇宙,开始它的漫长征途,并于2027年夏天开始科学观测,开始搜寻第一颗在类日恒星宜居区内运动的类地行星的征程。

  而天文学家认为,这样一颗“地球2.0”行星将具备适合液态水(甚至生命)存在的条件。

  弥补“开普勒”遗憾:

  微引力透镜望远镜有望“巡天”

  迄今为止,科学家已经在银河系中发现了5000多颗系外行星,其中大部分由美国国家航空航天局(NASA)的开普勒空间望远镜发现。

  开普勒卫星打开了观察宇宙的大窗口,这颗于2009年发射升空的望远镜,在运行的短短四年内就“单枪匹马”地发现了近三千颗系外行星,大大颠覆了人类对于系外行星世界的认知。开普勒计划的核心目标是发现绕着类日恒星运行的宜居类地行星,遗憾的是,在开普勒望远镜发现的系外行星中,只有一些是围绕小型红矮星运转的类地岩石天体,但没有一颗绕类日恒星的“地球2.0”。

  不过开普勒的失败也给了“后来者”两个经验:第一,恒星不“恒”。恒星表面大气复杂多变,使得其亮度不稳定,以至于开普勒捕捉到的信号也存在闪烁不定的情况;第二,探测时间。开普勒在运行四年之后,曾出现两个反作用轮连续失灵的问题,无法再继续观测同一个天区的恒星目标并希望以此发现极其微弱的“地球2.0”的信号。在运行9年后,开普勒太空望远镜于2018年耗尽燃料不再继续观测,最终成了游荡在太阳系的“孤胆英雄”。

  美国加州理工学院NASA系外行星科学研究所天体物理学家杰西·克里斯蒂安森表示,在目前的技术和望远镜条件下,很难探测到类地小行星的信号。中国在寻找系外类地行星方面虽处于起步阶段,也一直不曾停止探索,并取得了一定的成绩:如由南大谢基伟教授牵头,使用我国LAMOST望远镜对开普勒的行星“候选者”的光谱研究发现热海王星的新种群的原创工作;由清华大学毛淑德教授牵头,利用和韩国的KMTNet团队合作,发现了几颗质量最小的冷行星和流浪行星;上海天文台的青年引进人才邓洪平和李亚平博士,在类地行星的行星形成理论方面也做出一些原创的工作等。

  “地球2.0”计划,是中国空间科学又一次的大胆的系外行星搜寻的尝试。该项目是中科院战略先导支持的空间科学卫星的背景型研究,目标是发射一个到日-地拉格朗日L2点处的、由6台凌星望远镜和1台微引力透镜望远镜载荷的科学卫星。根据葛健介绍,这颗卫星上安装的6台凌星望远镜将在接下来的4年开展凌星行星巡天,希望能发现约5000颗类地行星,其中包括10多颗和地球相似的“地球2.0”行星,即绕着类太阳宜居轨道上地球大小(0.8~1.25地球半径)的行星;另1台微引力透镜望远镜将同时开展微引力透镜巡天,希望能发现上千颗冷行星和流浪行星。

  而与开普勒等单个大型望远镜相比,同时使用多个小型望远镜可为科学家提供更广阔的视野。“6个望远镜叠加,可以获得开普勒望远镜5倍的视场,再用非常低噪声的仪器,获得超过开普勒2到3倍的观测深度,我们的探测器的搜寻能力将是开普勒任务的10到15倍。”

  而微引力透镜望远镜,则用于探测流浪行星(不围绕任何恒星运行的自由漫游天体)以及远离其恒星的在和木星、土星以及海王星相似轨道上的冷的系外行星。葛健表示,该望远镜将瞄准银河系的中心,那里存在大量恒星,便于发现由这些冷行星或流浪行星产生的微引力透镜事件。如果发射成功,这将是第一台在太空运行的微引力透镜望远镜。他说:“我们的卫星基本上可以确定不同大小、质量和年龄的系外行星,为未来的系外行星研究提供丰富的数据。”

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