尋找“流浪的地球”

趙君鵬

先秦時代的一首《卿云歌》寫道：“明明上天，爛然星陳。”宇宙茫茫，太空無垠，星辰璀璨，恒河沙數。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問題。

如何發現和觀測其他行星？美國的一位科學家曾想出了一個辦法，它的原理是這樣的：當行星運轉到恒星前面時，恒星的亮度就會有一些微弱的變化。如當水星運轉到太陽前面時，水星會遮住太陽的一部分光線，使得太陽的亮度稍稍變暗。這種現象叫作凌星，而發現行星的方法叫作“凌星法”。凌星法對觀測設備和觀測條件要求較高，因為行星的體積比恒星小得多，凌星時恒星產生的光度變化微乎其微，猶如在很遠的地方觀測一只蚊子在明亮的燈泡前飛過時導致的亮度變化，所以光度計的測光精度要求優于萬分之一。依據這一思路和要求，美國航空航天局設計制造了開普勒望遠鏡，并于2009年3月將它送上太空。相對于廣為人知的哈勃望遠鏡，開普勒望遠鏡的視野更廣，它能同時觀察10萬顆恒星，并且每30分鐘測量一次它們的亮度變化，從而檢測出正在恒星前面飛行的行星。

開普勒望遠鏡的優勢突出，但是劣勢也非常明顯。比如它無法獲得行星質量的信息，而質量對于類地行星來說非常重要;宇宙中充斥著各種太空信號，導致有些行星微弱的信號被掩蓋，而開普勒望遠鏡在篩選信息時困難重重;如果行星的軌道特殊，不從恒星的表面飛過，那開普勒望遠鏡就無法發現這顆行星。這些因素使得開普勒望遠鏡發現宜居星球的歷程舉步維艱。更不幸的是，2013年5月，開普勒望遠鏡發生了機械故障無法繼續工作，致使這個科研項目被迫終止。自始至終，開普勒望遠鏡總計發現了約3300顆太陽系以外的行星，但是它們或者沒有液態水，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”，中國天文學家提出了不同的思路——近鄰宜居行星巡天計劃，該計劃由中國科學院南京紫金山天文臺提出，它能突破嘈雜的太空信號、巨大的亮度差別和空間分辨率的限制。

這個計劃又被稱為“覓音計劃”，它的依據是如果行星圍繞恒星運轉，它就會使恒星產生周期性的小幅擺動，通過觀測恒星位置的細微變化，排除恒星自身的運動之后，就可以推測出恒星周圍是否有行星，并且能估算出行星的質量。這個計劃可以不考慮嘈雜的太空信號帶來的負面影響，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。

經過八年的技術沉淀，“覓音計劃”現在已經進入實施階段。要讓“夢想照進現實”，需要在測量精度上達到微角秒，這相當于在地球上觀測月球上的一枚硬幣。為此，中國計劃發射一顆測量天體的高精度望遠鏡，達到星際間微角秒級別的測量精度，這樣就能以直接成像的方式發現和認證太陽系以外的宜居行星。這個望遠鏡的“小目標”是探測距離地球32光年范圍內的約100顆恒星、50顆類地行星。

如今，中國在類地行星的觀測上有了深厚的積淀，依托航空航天技術的飛速發展，相信在尋找宜居星球方面一定能夠厚積薄發，不負眾望。