20年前，你或許手腳并用就能數(shù)出宇宙中的所有已知行星，還能回憶出它們的名字。但是今天，你可能需要一個計算器和一個大圖表，成千上萬的系外行星填滿了我們的表格。天文學(xué)家正準(zhǔn)備再找到一萬顆甚至更多的行星。
這些美麗的行星絕大多數(shù)超級炎熱，不宜居住，木星和海王星就是如此，但是有一些看起來就像我們居住地球的巨大翻版，我們稱之為“超級地球”。少數(shù)天體在大小、質(zhì)量和軌道方面都幾乎是地球的鏡像。
數(shù)據(jù)顯示，行星必須圍繞恒星做繞軌運(yùn)動，甚至提示最近的地球雙胞胎兄弟可能在距離地球12光年的距離之內(nèi)，從星際的空間距離看，這幾乎就在“隔壁”。行星尋找者還不能確定這樣的天體是否存在？什么時候、如何找到它？美國航空航天局（NASA）對此已有自己的計劃。
尋找“宜居星球”靠“開普勒”不夠
很多迄今為止讓人興奮的發(fā)現(xiàn)都來自于NASA的行星獵人——開普勒計劃任務(wù)，但是這個空間望遠(yuǎn)鏡對于接下來的研究來說，眼光顯得似乎昏暗了些。
開普勒的最新任務(wù)階段被稱作“K2”，致力于宣召那些圍繞較近和較明亮的恒星做繞軌運(yùn)行的行星。但在2017年開普勒的繼任者——掠過地外行星的搜尋衛(wèi)星（TESS）被發(fā)射升空前，新任務(wù)還不會立刻啟動。
與開普勒相似的是，TESS會通過飛掠其他恒星來搜尋神秘莫測的世界。TESS將可能找到附近數(shù)以千計的行星，其中數(shù)百個可能比較小且布滿巖石。少數(shù)幾個將沐浴在名為“M矮人”的恒星充足的陽光下，其上或許還有液態(tài)水。
也就是說，TESS可能找到一些宜居星球。為了了解更多信息，天文學(xué)家們會仔細(xì)考察每個星球的大氣環(huán)境，用分光鏡來分辨和煦的氣候環(huán)境，比如說水蒸氣、二氧化碳，以及從光合作用植物中釋放的氧氣，或者從細(xì)菌中釋放的甲烷等存在生命的潛在信號。
韋伯望遠(yuǎn)鏡有望接續(xù)尋找任務(wù)
在本世紀(jì)20年代，一些反射鏡面直徑超過30米的地基“超大望遠(yuǎn)鏡”，將用于處理TESS和其他任務(wù)找到的潛在宜居系外行星的測量數(shù)據(jù)，但是科學(xué)家一致認(rèn)為，要想在這樣的星球上研究生命的跡象，最好還是在太空中比較實際些，如此才能避免受到地球大氣氣流的影響。
天文學(xué)家已經(jīng)讓不再年輕的哈勃太空望遠(yuǎn)鏡超越自身極限去觀察一些大的、極熱的、不宜居星球的空氣環(huán)境了。只有NASA斥資90億美元建造的、將于2018年發(fā)射升空的詹姆斯·韋伯太空望遠(yuǎn)鏡才有希望隨時接續(xù)TESS誘人的發(fā)現(xiàn)任務(wù)。這一觀點也成為該望遠(yuǎn)鏡開發(fā)者在與公眾和國會溝通時候從來沒有忘記強(qiáng)調(diào)的一點。
只是要問詹姆斯·韋伯望遠(yuǎn)鏡究竟有多大本事，直接取決于你提問的對象是誰。在太空望遠(yuǎn)鏡科學(xué)研究所工作的韋伯望遠(yuǎn)鏡項目科學(xué)家杰森·凱利萊就很樂觀：“我們可以測量溫暖的超級地球大氣中的很多分子，包括二氧化碳、甲烷和水蒸氣等。”但是天文學(xué)家杰夫·瓦倫提則相對保守：“并不能斷言一定會在‘M矮人’軌道上找到潛在的宜居星球，我們會盡力嗎？答案是肯定的；能確定找到嗎？我保持懷疑態(tài)度。”
能否找到系外生命還靠運(yùn)氣
韋伯望遠(yuǎn)鏡攜帶的低溫冷卻探測器和超大6.5米鏡面具有鷹眼紅外視野，可以對TESS飛掠的一些行星的大氣層進(jìn)行檢測。當(dāng)一個行星處在飛掠過程，韋伯可以通過搜集照耀其大氣上的光線進(jìn)行研究，獲取有關(guān)大氣成分和結(jié)構(gòu)的信息；它還能通過TESS的幫助來評估這顆行星的日間溫度。
韋伯究竟能否在太陽系外搜尋到生命的爭論，要看它是否足夠幸運(yùn)了。如果TESS沒能找到任何令人著迷的超級地球，韋伯就不會有很多工作可做。韋伯被設(shè)計用來研究宇宙的一級恒星，而并非潛在的宜居星球，它所攜帶的設(shè)備在設(shè)計之初，就有料到如今天文學(xué)家對潛在系外行星的認(rèn)識走到如此之遠(yuǎn)。檢測類地行星的任務(wù)超出了韋伯望遠(yuǎn)鏡的能力范圍，完成新任務(wù)所需要的新的光學(xué)技術(shù)在其發(fā)射升空之前沒法應(yīng)用。
最安全的方案是，至少為一個潛在宜居超級地球檢測是否存有大氣層。盡管如此，要求韋伯對“M矮人”附近的星球進(jìn)行“潛在宜居性”的檢測都是強(qiáng)人所難，因為“M矮人”恒星為其行星的宜居性設(shè)置了大量不確定和挑戰(zhàn)性因素：在宜居區(qū)域的星球可能受到潮汐影響，其中某個半球始終面朝恒星而被異常強(qiáng)烈的恒星光耀猛烈沖擊。
完成目標(biāo)需要大量“觀測時間”
研究顯示，為了韋伯能穩(wěn)定地探測水蒸氣，這顆行星很可能需要被包裹在厚厚的氫毯下面。“系外行星探索項目分析組”（ExoPAG)是一批有影響力的科學(xué)家組成的委員會，他們幫助NASA優(yōu)先策劃接下來要開展的項目和任務(wù)。該組織的一項最新研究表明，類似探測和測量水蒸氣的任務(wù)可能需要對每個行星進(jìn)行長達(dá)數(shù)月的觀測。
探測生命的希望或許很讓人沮喪，韋伯望遠(yuǎn)鏡若要考察“潛在宜居”目標(biāo)，都需要花費大量的望遠(yuǎn)鏡操作時間?！凹词刮覀兡軌蛟赥ESS飛掠過的行星上探測到水，對于宜居性來說也未必是個好消息?！敝鲗?dǎo)這項研究的馬塞諸塞州阿姆赫斯特學(xué)院天文學(xué)家尼克·科萬說，一個在其大氣層富含水分子的類地行星很可能正在失水過程中，正如金星那樣終將變成又干又熱的星球。
在其最初的五年任務(wù)時間內(nèi)，假設(shè)韋伯必須與整個天文物理學(xué)家團(tuán)體分享時間，恐怕最多也只有1/4觀測時間能夠用于研究系外行星?？茖W(xué)家目前正在爭論，望遠(yuǎn)鏡到底該給邊緣的宜居星球研究多大的重視程度?？傊绻麄骰亓撕芏嗟唾|(zhì)量的觀察結(jié)果會帶來更多問題，畢竟望遠(yuǎn)鏡可以很輕松地提供更大、更熱、完全不宜居的行星的形成和大氣的大量評估新數(shù)據(jù)。
“TESS和韋伯將我們從‘任務(wù)有限’帶入到了‘時間有限’的決策困境。”ExoPAG主席、俄亥俄州立大學(xué)天文學(xué)家斯考特·高迪如是說，“韋伯并非不能檢測潛在宜居行星，只是這要占據(jù)現(xiàn)實中可供使用的更多時間?！?/span>
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