尋找宜居行星，NASA在行動(dòng)

胡定坤

地球面臨毀滅危機(jī)，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(xiàn)的情景。人類能到哪里去？外星人能從哪里來？已成為困擾無數(shù)天文學(xué)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“到哪里尋找宜居行星”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。

宜居行星范圍大幅縮小

什么樣的行星上可能存在生命？之前，科學(xué)家將恒星周圍溫度適合形成液態(tài)水的空間區(qū)域定義為“可居住帶”，位于其中的行星具備產(chǎn)生生命的基本條件。但是，這種條件只適用于最基本的單細(xì)胞生物，與人類等高等動(dòng)物完全不可同日而語?！耙司印眲荼乇取翱删印备鼮閲?yán)苛。

近日，NASA天體生物學(xué)研究所“替代地球”科研團(tuán)隊(duì)在《天體物理學(xué)雜志》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(dòng)物的生存需要。

研究人員利用計(jì)算機(jī)模擬不同行星的大氣氣候和光化學(xué)反應(yīng)。以二氧化碳為例，“可居住帶”中離恒星較遠(yuǎn)的行星需要這種“溫室氣體”使氣溫達(dá)到冰點(diǎn)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(xiàng)就足以判斷，對于人類等高等動(dòng)物，“宜居區(qū)”不到“可居住帶”的三分之一。

“星影”計(jì)劃提高觀測精度

人類航天器還不能去探測任何一個(gè)系外行星，只能通過天文望遠(yuǎn)鏡觀測。如果要確定一個(gè)行星是否宜居，必須獲得行星大氣的光譜信息，對于類似地球的“巖石行星”，唯一可靠的方法就是直接成像。但是，由于恒星的亮度往往是行星大氣層反射光的數(shù)十億倍，所以觀測系外行星將面臨其環(huán)繞的恒星光照的嚴(yán)重干擾。

為了解決這一難題，NASA堪稱“腦洞”大開。首先，其計(jì)劃于20世紀(jì)20年代中期發(fā)射廣域紅外勘測望遠(yuǎn)鏡（WFIRST），該望遠(yuǎn)鏡的主鏡直徑達(dá)到2.4米，專門用于為“宜居行星”拍照。另外，NASA下屬噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室（JPL）將與系外行星探索計(jì)劃（Exep）聯(lián)合研制名為“星影（Starshade）”的航天器，為WFIRST遮住恒星的光線，使其專心觀測周圍的行星。

怎樣使“星影”、WFIRST和目標(biāo)恒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(jù)JPL在6月11日發(fā)布的聲明，“星影”、WFIRST之間的距離在20000—40000公里，大約是3至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(nèi)，堪稱“超級精確”。JPL工程師邁克爾·巴頓表示，這相當(dāng)于一個(gè)飲料杯墊在100公里的距離上對準(zhǔn)一顆橡皮擦，偏差小于1毫米。

為了實(shí)現(xiàn)這一任務(wù)，巴頓為WFIRST專門開發(fā)了一套計(jì)算機(jī)程序來確定“星影”位置是否準(zhǔn)確。同時(shí)，JPL工程師蒂鮑爾特·弗林諾瓦等人開發(fā)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(jìn)器的開關(guān)。

JPL認(rèn)為，使用自動(dòng)傳感器和推進(jìn)器控制來保持兩個(gè)航天器超過“地球直徑尺度”的完全對準(zhǔn)。