下一代 NASA 太空望远镜能否拍摄到其他类地行星的照片？天文学家长期以来梦想着获得这样的照片，这将使他们能够研究太阳系以外的世界，寻找适宜居住和生命的迹象。但长期以来，实现这一目标的技术似乎还需要几十年。然而，现在越来越多的专家认为，NASA 的广域红外巡天望远镜 (WFIRST) 有可能拍摄到其他“地球”的快照——而且很快就能实现。该机构于今年 2 月正式启动了该天文台的工作，并计划于 2025 年发射。
WFIRST 发射后，它将配备一面 2.4 米的反射镜，有望提供广阔的天空视野，并将利用其广阔的视野来研究暗能量，这种神秘的力量正在驱动宇宙加速膨胀。但另一个热门话题——探索宇宙中我们是否是孤独存在的根本性问题——已经开始影响这项任务。
研究人员已经发现了 3000 多颗围绕其他恒星运行的行星，并预计在未来十年内还会发现数万颗。粗略的统计数据表明，天空中每颗恒星都至少伴随着一颗这样的系外行星，而且大约五分之一的类太阳恒星在其不太热、不太冷的“宜居带”中都有一颗岩石行星，那里可能存在液态水。了解这些世界是否类地世界的最佳方法是亲眼看到它们，但从数光年之外拍摄行星的照片绝非易事。一颗宜居的世界将是一个微弱的光点，淹没在其更大、亮度高出 100 亿倍的恒星的强烈眩光中。
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地球湍流的、使星光模糊的大气层也是从地面天文台拍摄微弱行星图像的严重障碍，大多数专家都认为解决方案是使用太空望远镜。但 NASA 的哈勃太空望远镜及其超大型后继者，即计划于 2018 年发射的詹姆斯·韦伯太空望远镜，都远未达到所需的高对比度。为了帮助捕捉行星照片，WFIRST 将配备先进的行星成像日冕仪，这是一种位于望远镜内部的仪器，它使用一系列复杂的遮光罩、反射镜和透镜来滤除星光。但这种仪器是后来才添加到 WFIRST 中的，WFIRST 本身并非针对日冕仪进行优化。因此，大多数专家预测，其日冕仪将达不到拍摄其他地球图像所需的对比度。事实上，拍摄这样的图像极具挑战性，以至于 NASA 的初步计划是将其推迟 20 年或更长时间，以便该机构开发技术并获得预算空间，在 WFIRST 之后建造全新的太空望远镜。
这些连续图像展示了星罩如何与未来的太空望远镜一起部署。星罩最初折叠起来以便发射到太空 (1)，然后分离并展开 (2)，然后飞离 (3) 到其位于望远镜前方数万公里的位置。
图片来源：NASA/JPL-CALTECH
一种名为星罩的装置可能会提供一条捷径。星罩是一种葵花形状、薄如纸的屏幕，半个足球场大小，它将漂浮在 WFIRST 前方数万公里处，以与人们用伸出的拇指遮挡天空中的太阳非常相似的方式，阻挡目标恒星的光线。由于星罩几乎可以与任何望远镜配合使用，因此 WFIRST 上的星罩可以投射更深的阴影，并比日冕仪看到更微弱的行星。通过协同工作，星罩和望远镜可以拍摄大约 40 颗行星的照片，其中包括一些在大小和轨道上与地球相似的行星。“如果且仅当它配备了星罩，WFIRST 才能在未来十年末为我们提供一些真正的蓝色地球的图像，而不是再等 20 年，”普林斯顿大学教授兼 WFIRST 日冕仪首席科学家杰里米·卡斯丁说。“这是一个真正的机会，可以在对 NASA 的下一代巨型太空望远镜进行巨额投资之前，以更少的钱更快地找到另一个地球。”
尽管 WFIRST 距离发射还有近十年时间，但推进星罩会合准备工作的决定必须尽快做出，因为 WFIRST 必须进行少量修改，才能使其能够与数万公里空旷空间中的星罩同步。因此，官方的星罩任务并不存在。相反，NASA 天体物理学部主任保罗·赫茨表示，该机构目前处于“不排除星罩”模式。到目前为止，不排除星罩的做法与建造星罩的协同努力非常相似：当 NASA 首次宣布 WFIRST 正式启动时，它也确认该望远镜将发射到距离地球 150 万公里的轨道上，那里的条件足够平静，星罩可以正常工作。此外，该机构最近成立了星罩准备工作组，并正式将星罩指定为“技术开发活动”——这些举措可能会加速该机构的进展。
事实上，在普林斯顿大学庞大的弗里克化学实验室的地下室里，卡斯丁已经在研究一个测试平台：一个直径一米、长 75 米的管子，一端装有摄像头，另一端装有激光器，中间装有一个缩小版的星罩。他预测，到今年夏天结束时，该测试平台将展示必要的对比度比率，如果按比例放大到全尺寸，就可以实现类地行星的成像。与此同时，航空航天公司诺斯罗普·格鲁曼公司已经在内华达州的一个干涸湖床和亚利桑那州的一个巨型太阳望远镜上测试了微型星罩。在 NASA 喷气推进实验室，研究人员正在演示如何制造更大规模的星罩的精巧花瓣，将整个结构折叠起来放入火箭内部，并将其展开到棒球场大小。
并非所有星罩的障碍都是技术性的。WFIRST 的一个星罩很容易花费 10 亿美元——对于望远镜的预算来说，这笔额外的钱太多了。因此，它必须首先作为一项独立项目提出并获得批准，并拥有自己充足的 NASA 资金供应。对于一项仍处于起步阶段的技术来说，这是一个很高的门槛，但回报可能是历史性的：交付第一张外星地球的图像是一件一生只能发生一次的事件。我们应该尝试尽快完成它，还是将其再推迟几十年？NASA 和天文学界必须尽快做出决定。