稳扎稳打:天文学咨询报告为系外行星科学规划了漫长道路

这份颇具影响力的十年调查报告支持探索潜在宜居世界,但对近期发展提供的细节不多


关于支持科学新闻

如果您喜欢这篇文章,请考虑通过以下方式支持我们屡获殊荣的新闻报道: 订阅。通过购买订阅,您正在帮助确保有关塑造我们当今世界的发现和想法的重大故事的未来。


太阳系外行星的研究是2000年代科学界最热门的领域之一,这十年里,已知系外行星的数量增加了十倍以上。到2009年底,这个新兴的研究领域已发现了400多个世界,而美国宇航局(NASA)开普勒行星探测任务的科学家们正准备宣布他们最近发射的航天器的首次发现。

8月13日发布的一份旨在指导天文学和天体物理学领域在2010年代发展的报告,让系外行星科学家对未来十年的发展有了一些更清晰的了解。这份所谓的十年调查报告,由国家研究委员会每10年召集的专家委员会编写,对美国宇航局、国家科学基金会和能源部应遵循的资助优先事项进行排名。

该报告《新世界,天文学和天体物理学新视野》将发现附近潜在宜居系外行星列为未来十年的三个主要科学目标之一。但该委员会没有支持立即开展开普勒后续任务(现在看来,开普勒将在未来几年内发现数百颗系外行星),而是建议将系外行星探索活动纳入一项拟议的暗能量研究任务中,并将专门的旗舰系外行星任务推迟到下一次十年调查中。这种推迟意味着系外行星科学的首要目标之一——找到一个潜在宜居的世界并检查其是否存在生命迹象——似乎仍然遥遥无期。

新调查报告给系外行星搜寻者带来的另一个具体打击是,建议不要推进空间干涉测量任务(SIM),这是一项可能在本十年末发射的空间天文台。SIM的任务是对恒星位置进行精确测量,这是一项被称为天体测量的任务,并利用这些恒星在行星引力影响下的运动来寻找附近的类地行星。该任务,当时被称为天体测量干涉测量任务,在1990年十年调查中得到推荐,并在2000年再次获得认可,但新报告认为该任务过于昂贵且过于单一,不具有竞争力。

德克萨斯大学奥斯汀分校的天文学家弗里茨·本尼迪克特说:“就我个人而言,作为一名天体测量工作者,我发现(SIM)的结果既不出人意料,又令人恼火。”“为什么不出人意料?天体测量很难推销。我们不制作漂亮的图片。为什么令人恼火?我们本可能在附近的类太阳恒星周围发现类地质量的行星,它们的轨道也像地球。开普勒应该足够敏感以探测到类地世界,但该航天器的重点是调查大量的遥远恒星,而不是少数附近的恒星,这些恒星的近距离将允许更详细地研究任何行星伴星。”

一旦发现这些类地世界,诸如陆地行星探测器(TPF)之类的拟议任务就可以扫描这些行星,寻找诸如氧气和甲烷之类的化学特征,这些特征可能表明存在生命。这是美国宇航局和其他政府机构的咨询机构——天文学和天体物理学咨询委员会的系外行星工作组推荐的顺序。该工作组2008年的报告认可空间天体测量任务是探测可能存在生命的行星的最可行第一步。但新的十年调查报告的结论是,TPF类似任务的目标世界可以从地面观测台识别出来,从而消除了对SIM的需求,即使这些望远镜的灵敏度目前还远远不足以进行此类调查。

新报告几乎没有提到TPF的名称,但其目标在委员会的建议中占据重要地位。宾夕法尼亚州立大学的詹姆斯·卡斯廷曾参与TPF的拟议设计之一,他说:“中型任务的首要优先事项是系外行星成像任务的技术开发,也就是TPF。” “该任务可能没有被明确提及,但这个概念是有的。”

主持十年调查小组的斯坦福大学天体物理学家罗杰·布兰德福德说,委员会认为按原计划提出的TPF为时过早且过于雄心勃勃。但他补充说,“TPF的科学原理——寻找宜居的类地行星——是我们报告的主要目标之一。”经过进一步研究,可以在本世纪中叶勾勒出TPF级别的综合任务。“预计将在下一次十年调查中提出旗舰任务,”布兰德福德说。

但该报告建议美国宇航局最初每年只花费400万美元来确定该任务的要求和技术里程碑,在为该任务选择可行的技术后,在本世纪晚些时候可能会再花费1亿美元。“如果2020年陆地行星探测器成为头号建议,那就太棒了,但他们没有投入足够的资金在下次调查之前实际开发它,”麻省理工学院的天体物理学家萨拉·西格说。“如果没有像SIM或陆地行星探测器这样的大型项目,你就无法在附近的恒星周围找到类地行星。”

尽管十年调查报告取消了SIM,并基本上将TPF送回了绘图板,但系外行星科学在委员会评选的最高等级空间任务中取得了惊人的成功。委员会强烈支持一个名为宽视场红外巡天望远镜(WFIRST)的天文台,该望远镜将采用美国宇航局和能源部提出的联合暗能量任务,并在银河系的中心隆起处增加一项系外行星普查。WFIRST将通过微透镜效应探测行星,在这种现象中,遥远世界的引力场会弯曲背景恒星的光线。

与开普勒一样,WFIRST将进行相当广泛的调查,确定遥远行星系统的统计信息,而不是附近行星的精细细节。但将微透镜任务纳入最高等级的任务,这对该技术的支持者来说是个好消息。俄亥俄州立大学的斯科特·高迪在微透镜后续网络(MicroFUN)工作,他说,WFIRST与开普勒和其他巡天任务相结合,将有助于建立整个星系中各种行星的普查。“这可以用探索暗能量所需的基本上相同的仪器来完成,这是一个极好的巧合和独特的机会,而且很高兴小组认识到这一点,”高迪说。

该报告将如何塑造未来十年还有待观察。正如西格指出的那样,即使没有引人注目的旗舰任务,也有足够多的事情让系外行星研究人员忙碌起来。未来几年的一项重大发现可能会颠覆该领域,并取代十年调查的建议。

在新十年中,不太可能发生巨大变化的一件事是资金。美国宇航局及其天文学和天体物理学合作机构的预算有限,可以开展工作,新调查中支持的一些项目注定会半途而废,就像过去SIM这样的建议现在已经这样了。尽管SIM被否决,本尼迪克特说他完全支持十年审查过程。“这是对残酷现实的真正理性回应,”本尼迪克特说。“我与我的同事们所想象的许多令人兴奋和有用的未来项目并没有无限的资金可以投入。”

© . All rights reserved.