在实现星际飞行的宏伟梦想之前，突破摄星——由亿万富翁尤里·米尔纳资助的私人项目，旨在进行高速机器人星际航行，并在一代人的时间内完成——必须首先找到目的地。
该项目的主要目标是三星系统半人马座α星，我们最近的星际邻居，距离仅略多于四光年。在其三颗恒星中，只有红矮星比邻星已知拥有一颗行星，一颗地球质量的世界，位于一颗近星轨道上，那里可能存在液态水——以及我们所知的生命。天文学家已经计划密切研究这颗行星，但由于其受到来自附近主恒星的强烈耀斑的轰击，可能会发现它并不适宜居住。许多人认为，该系统中更大、更亮、更像太阳的恒星，即双星半人马座α星A和B，为类地世界提供了更好的前景，尽管之前所有在那里的行星搜寻都一无所获。彻底检查这两颗恒星需要昂贵的新仪器和世界上最好、最受欢迎的望远镜的多个夜晚——这些好处就像半人马座α星的行星一样难以捉摸。多年来，资源的相对匮乏使得半人马座α星A或B周围的任何世界对我们来说实际上是不可见的，迷失在这些恒星压倒性的光芒中。
然而，在本十年末之前，它们可能会清晰可见。本周，米尔纳的突破倡议组织宣布与欧洲南方天文台（ESO）建立合作伙伴关系，以尽早在2019年搜索和成像半人马座α星A和B的行星。这项合作关系中，突破组织出资购买了仪器升级和在ESO位于智利的甚大望远镜（VLT）上的观测时间，金额未公开，这只是该组织更宏伟计划的第一阶段，该计划旨在搜索附近的恒星，寻找有希望的世界，以便其摄星探测器有朝一日可以访问。
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“人类早就应该更好地了解其邻近的恒星系统，并找出它是否包含更多行星，”米尔纳说。“这项合作将开发最先进的仪器，以增强已经令人印象深刻的VLT，以追求共同的目标。” 突破组织的代表表示，该组织已经在讨论增加南方半球其他天文台以增强其搜索能力，并且还在调查发射小型行星探测太空望远镜的可能性。
突破组织的豪赌
亚利桑那大学的天文学家奥利维尔·盖昂帮助制定了突破组织的行星搜寻目标，他表示，米尔纳的支持对于说服ESO和其他规避风险的公共机构冒险尝试半人马座α星至关重要。“这不仅仅是一位亿万富翁资助一些无人感兴趣的东西；我们中的许多人多年来一直在推动这项工作，但没有成功，因为这是一项昂贵且冒险的风险投资，”他说。“大多数人说我们可能找不到任何东西，但我认为无论如何我们都必须寻找，而突破组织正在提供足够的资源并承担足够的风险来使其成为可能。”
来自NASA的行星搜寻开普勒任务和其他调查的数千个世界的统计数据表明，实际上所有恒星都应该拥有行星——可能百分之二十的类太阳恒星在“宜居带”中拥有一颗行星，那里的温度可能允许我们所知的生命蓬勃发展。但同样的统计数据也表明，行星在像半人马座α星A和B这样的双星周围不太常见，之前的研究在很大程度上排除了那里存在像木星或海王星这样的大型世界。所有这些可能意味着，即使搜索完全找不到行星的可能性也大于一半，ESO科学主管马库斯·卡斯帕说。“但是[半人马座α星A和B]周围可能存在宜居行星，我们已经可以用当前的望远镜看到它们，所以我们将尝试一下，”卡斯帕说。
卡斯帕说，通过突破组织的计划升级，VLT可以在大约60小时的观测中探测到半人马座α星A或B宜居带中大小为地球两倍的行星。目前尚无人知晓这样的“超级地球”会像我们自己的地球一样成为一个宜居世界，还是一个无空气的岩石或被气体笼罩的微型海王星。可以肯定的是，在已经探测到的所有其他恒星周围的世界中，这种中等大小的行星既是最丰富的，也是最神秘的。更重要的是，盖昂和其他天文学家表示，进一步的、尚未获得资助的升级也可能使VLT能够窥探半人马座α星中任何更小的、地球大小的行星。
斯坦福大学的天文学家布鲁斯·麦金托什曾为突破组织提供咨询，他说，即使那里有行星可以被发现，“这将是一项艰难的测量，所以这是一个漫长的过程”。“对于这类事情，我总是有点悲观——只观察两颗恒星，即使是像超级地球这样的常见行星，也是一场赌博。”
假设这场赌博获得了回报，并且VLT在我们最近的邻近恒星系统中发现了一颗行星，那么这一发现可能会催化人们对后续调查的兴趣和跟进。研究半人马座α星的行星可能会从边缘爱好转变为天文学的主流。其他在不同波长下运行的望远镜可能会尝试揭示行星的确切轨道和大小，以及其主体成分和表面温度。最终，一支新兴的下一代天文台舰队甚至可以探测该世界是否具有所谓的“生物特征”——例如氧气和甲烷等气体，无论如何，在地球上，这些气体主要由生物体产生。当然，米尔纳和他快乐的突破组织研究人员将努力向那里发射机器人探测器。
来自旋涡的行星
VLT是一个庞大的研究综合体，由四台八米望远镜组成，每台望远镜本身都将是世界一流的设施。镜面小得多的望远镜将难以分辨出任何微弱的行星，它们像萤火虫一样在半人马座α星的恒星周围飞舞。但是，VLT作为全球地面天文学主力军的地位并非仅仅归功于庞大的硬件。它坐落在智利北部荒凉的阿塔卡玛沙漠中一座山顶的高处，远离光污染的城市，并且远高于大多数云层和其他天气模式。在没有月亮的夜晚，游客可能会在寒冷、稀薄的空气和吞噬一切的黑暗中迷失方向并感到兴奋，无数的星星像无名的巨兽一样从天上的深处浮现出来，淹没了星座。在那片异域太阳的海洋中，半人马座α星的恒星——南方天空中最亮的恒星之一——像熟悉的、召唤的灯塔一样闪耀。
为了瞥见半人马座α星的行星，突破组织和ESO计划升级一种名为VISIR（甚大望远镜中红外成像仪和光谱仪）的仪器，该仪器在10微米的热波长下扫描天空。在该波长下，一颗类似地球的行星会像灯泡一样发光，尽管它仍然比其类太阳恒星暗数百万倍——但这仍然比可见光下暗数十亿倍要好。
一种称为日冕仪的设备可以内置到望远镜中，以阻挡来自遥远恒星光芒的大部分光子，从而使来自行星的微弱光线进入望远镜的传感器并创建无眩光的图像。突破组织和ESO与比利时列日大学和瑞典乌普萨拉大学合作，计划在VISIR上开发和安装一种特殊的高对比度“旋涡”日冕仪。该设备是一个厘米宽的合成金刚石圆盘，上面蚀刻着同心波纹，像开瓶器一样扭曲星光，并将其漏斗到圆盘的边缘。列日大学正在开发日冕仪的天文学家奥利维尔·阿布西尔说，这“使得能够非常靠近恒星进行观测，尽可能靠近望远镜的分辨率所允许的范围”。阿布西尔说，使用VLT上的VISIR，“我们将能够首次释放旋涡日冕仪的全部潜力”。
对于VLT的巨型八米镜面之一，这样的日冕仪将能够相对清晰地观察半人马座α星A和B宜居带中的温暖行星。或者更确切地说，如果地球上会使星光模糊的大气层不在那里的话。现代天文台使用“自适应光学”——计算机控制的可变形镜面，每秒改变形状数千次——来抵消大气湍流对星光的最坏影响。VISIR在升级了日冕仪以及来自慕尼黑Kampf Telescope Optics的校准模块后，将安装在VLT的八米4号单元望远镜上，该望远镜拥有天文台最先进的自适应光学系统。
用于在VLT上成像半人马座α星行星的相同技术可以想象地出口到配备自适应光学系统的其他大型南方望远镜，即双子6.5米麦哲伦望远镜和8米双子座南望远镜。这将加强搜索，提高其灵敏度以及发现任何潜伏行星的可能性。突破组织的代表表示，该组织现在正在与这两个天文台的领导层讨论合作事宜。“10微米VLT项目——以及麦哲伦/双子座项目如果继续进行——很可能是人类首次尝试直接成像另一颗类太阳恒星周围的类地行星，”加拿大国家研究委员会的天文学家和突破组织顾问克里斯蒂安·马鲁瓦说。“未来十年对于寻找宜居行星来说将是非常激动人心的，而半人马座α星是第一个值得关注的恒星系统。”
可能的未来
在突破组织的地面工作之外，其他项目也可能揭示半人马座α星的行星。新一代地面“极大望远镜”将在2020年代首次亮相。这些天文台拥有超过30米宽的超大镜面，可以在中红外波长下相对容易地成像半人马座α星的世界。这些巨型望远镜将建立在突破组织和其他组织现在正在开发的技术之上，并将有望探测行星大气层中的生物特征和其他气体，以揭示它们是否宜居——甚至是否有人居住。
NASA的6.5米红外詹姆斯·韦伯太空望远镜将于2018年发射，它也可能在中红外范围内监测该恒星系统——但可能不会。作为通用天文台，韦伯有限的寿命中的大部分时间已经用于其他天文研究。此外，由于半人马座α星A和B非常明亮且彼此靠近，韦伯的日冕仪只能阻挡一颗恒星的光线，而来自另一颗恒星的光线会在望远镜脆弱且不可修复的传感器上照射数十小时——任务操作员不太可能冒这个风险。
除此之外，其他天基资源可以在可见的反射光而不是红外光下研究半人马座α星——提供关键的多波长分析，可以确定任何已发现世界的真实性质。NASA的韦伯继任者，一个名为WFIRST的2.4米太空望远镜计划于2020年代中期发射，它有可能观测半人马座α星。但与韦伯一样，它已经有了一整套其他研究优先事项，并且可能也会受到两颗目标恒星的亮度和接近度的类似挑战。
相反，在可见光中瞥见行星可能需要与政府资助的大型项目完全相反的东西。NASA艾姆斯研究中心的两位科学家鲁斯兰·贝利科夫和爱德华多·本德克概述了小型太空望远镜的创新计划，该望远镜配备半米镜面，可以在本十年末之前发射，执行专门的任务，以获取半人马座α星行星的初步图像。这个概念的估计成本为数千万美元，已被证明足够有吸引力，足以引起私人投资者的关注。据报道，突破组织也在调查自己发起的小型太空任务，一台致力于观测半人马座α星A和B摆动的望远镜，而不是直接成像行星。这种摆动是由看不见的世界的引力牵引产生的，可以用来确定每颗行星的精确质量和轨道，而无需首先拍摄行星肖像。
“我将所有这些努力都视为非常互补的，如果可以，我们应该全部都做，因为它们共同描绘了半人马座α星周围可能存在的任何行星的更完整的图景，”贝利科夫说。“当然，我有一部分希望[我们的概念]是第一个，但这与我对那里有什么的好奇心以及任何方法的发现将带来的好处相比，是微不足道的……我不认为这是一场竞赛，而是一场集体的协同搜索。当同事或朋友得分时，我会欢呼。”