尋找“流浪的地球”

趙君鵬

先秦時(shí)代的一首《卿云歌》寫道：“明明上天，爛然星陳?！庇钪婷Ｃ?，太空無垠，星辰璀璨，恒河沙數(shù)。除了地球之外，是否還有一顆適宜人類居住的星球呢？人類一直好奇地追問著這個(gè)問題。

如何發(fā)現(xiàn)和觀測(cè)其他行星？美國(guó)的一位科學(xué)家曾想出了一個(gè)辦法，它的原理是這樣的：當(dāng)行星運(yùn)轉(zhuǎn)到恒星前面時(shí)，恒星的亮度就會(huì)有一些微弱的變化。如當(dāng)水星運(yùn)轉(zhuǎn)到太陽前面時(shí)，水星會(huì)遮住太陽的一部分光線，使得太陽的亮度稍稍變暗。這種現(xiàn)象叫作凌星，而發(fā)現(xiàn)行星的方法叫作“凌星法”。凌星法對(duì)觀測(cè)設(shè)備和觀測(cè)條件要求較高，因?yàn)樾行堑捏w積比恒星小得多，凌星時(shí)恒星產(chǎn)生的光度變化微乎其微，猶如在很遠(yuǎn)的地方觀測(cè)一只蚊子在明亮的燈泡前飛過時(shí)導(dǎo)致的亮度變化，所以光度計(jì)的測(cè)光精度要求優(yōu)于萬分之一。依據(jù)這一思路和要求，美國(guó)航空航天局設(shè)計(jì)制造了開普勒望遠(yuǎn)鏡，并于2009年3月將它送上太空。相對(duì)于廣為人知的哈勃望遠(yuǎn)鏡，開普勒望遠(yuǎn)鏡的視野更廣，它能同時(shí)觀察10萬顆恒星，并且每30分鐘測(cè)量一次它們的亮度變化，從而檢測(cè)出正在恒星前面飛行的行星。

開普勒望遠(yuǎn)鏡的優(yōu)勢(shì)突出，但是劣勢(shì)也非常明顯。比如它無法獲得行星質(zhì)量的信息，而質(zhì)量對(duì)于類地行星來說非常重要;宇宙中充斥著各種太空信號(hào)，導(dǎo)致有些行星微弱的信號(hào)被掩蓋，而開普勒望遠(yuǎn)鏡在篩選信息時(shí)困難重重;如果行星的軌道特殊，不從恒星的表面飛過，那開普勒望遠(yuǎn)鏡就無法發(fā)現(xiàn)這顆行星。這些因素使得開普勒望遠(yuǎn)鏡發(fā)現(xiàn)宜居星球的歷程舉步維艱。更不幸的是，2013年5月，開普勒望遠(yuǎn)鏡發(fā)生了機(jī)械故障無法繼續(xù)工作，致使這個(gè)科研項(xiàng)目被迫終止。自始至終，開普勒望遠(yuǎn)鏡總計(jì)發(fā)現(xiàn)了約3300顆太陽系以外的行星，但是它們或者沒有液態(tài)水，或者所在的位置并非宜居地帶，其中沒有人類感到既陌生又熟悉的“流浪的地球”。

為了尋找地球“失散多年的兄弟”，中國(guó)天文學(xué)家提出了不同的思路——近鄰宜居行星巡天計(jì)劃，該計(jì)劃由中國(guó)科學(xué)院南京紫金山天文臺(tái)提出，它能突破嘈雜的太空信號(hào)、巨大的亮度差別和空間分辨率的限制。

這個(gè)計(jì)劃又被稱為“覓音計(jì)劃”，它的依據(jù)是如果行星圍繞恒星運(yùn)轉(zhuǎn)，它就會(huì)使恒星產(chǎn)生周期性的小幅擺動(dòng)，通過觀測(cè)恒星位置的細(xì)微變化，排除恒星自身的運(yùn)動(dòng)之后，就可以推測(cè)出恒星周圍是否有行星，并且能估算出行星的質(zhì)量。這個(gè)計(jì)劃可以不考慮嘈雜的太空信號(hào)帶來的負(fù)面影響，也能夠過濾掉類似木星那樣的體積龐大、主要成分是氣體的行星。

經(jīng)過八年的技術(shù)沉淀，“覓音計(jì)劃”現(xiàn)在已經(jīng)進(jìn)入實(shí)施階段。要讓“夢(mèng)想照進(jìn)現(xiàn)實(shí)”，需要在測(cè)量精度上達(dá)到微角秒，這相當(dāng)于在地球上觀測(cè)月球上的一枚硬幣。為此，中國(guó)計(jì)劃發(fā)射一顆測(cè)量天體的高精度望遠(yuǎn)鏡，達(dá)到星際間微角秒級(jí)別的測(cè)量精度，這樣就能以直接成像的方式發(fā)現(xiàn)和認(rèn)證太陽系以外的宜居行星。這個(gè)望遠(yuǎn)鏡的“小目標(biāo)”是探測(cè)距離地球32光年范圍內(nèi)的約100顆恒星、50顆類地行星。

如今，中國(guó)在類地行星的觀測(cè)上有了深厚的積淀，依托航空航天技術(shù)的飛速發(fā)展，相信在尋找宜居星球方面一定能夠厚積薄發(fā)，不負(fù)眾望。