就在 20 多年前——宇宙之眼中眨眼一瞬——天文学家发现了第一批绕太阳以外的恒星运行的行星。所有这些新世界都是像木星或土星那样被气体笼罩的巨行星，对于我们所知的生命来说完全不适宜居住。但多年来，每一项发现都尽职尽责地作为头版新闻报道，而科学家和公众都梦想着有一天我们会找到一个可居住的世界。一个类似地球的地方，拥有丰富的地表水，既不冰冻也不汽化，而是以液态存在，这对生命至关重要。那时，稳妥的猜测是，发现这样一颗行星将会在几十年后才到来，并且当一个有希望的新世界的朦胧海岸线出现在我们的望远镜另一端时，它将被证明太遥远和微弱而无法进行详细研究。
显然，稳妥的猜测是错误的。周三，天文学家发布了一项在人类历史上只能发生一次的公告：发现了太阳系之外最近的潜在可居住世界。这个世界可能像我们的一样是岩石行星，并在太阳最近的恒星邻居，红矮星比邻星 (Proxima Centauri)，仅仅超过四光年之外的温带轨道上旋转。他们的发现发表在《自然》杂志上的一篇研究中。
尽管在技术上仍被认为是等待验证的“候选”行星，但为此报道咨询的大多数天文学家都相信这个世界的存在。人们对这颗行星的轨道周期和近似质量知之甚少，但这足以让人不寒而栗。比邻星 (Proxima Centauri) 的亮度仅为我们太阳亮度的千分之一左右，这意味着任何适合生命生存的行星都必须紧靠它。这颗新发现的世界被科学家们命名为“比邻星b (Proxima b)”，它在一个 11.2 天的轨道上运行，那里可能存在水——以及我们所理解的那种生命。而且它可能只比地球重三分之一多一点，这表明它提供了一个坚实的表面，海洋可以在其上汇集。在一次可能重塑科学史和人类星际未来梦想的发现壮举中，我们的物种已经揭开了一颗潜在的可居住行星，它就在隔壁。
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“在太阳系之外最近的类地行星的搜索中取得成功，是一生难忘的经历，它汇集了众多国际研究人员的奉献和热情，”该研究的主要作者，伦敦玛丽女王大学的天文学家吉列姆·安格拉达-埃斯库德 (Guillem Anglada-Escude) 说，他领导了这项观测。“我们希望这些发现能够激励后代展望星空之外。接下来是对比邻星b (Proxima b) 上生命的探索。”
对于某些人来说，比邻星b (Proxima b) 是对首次发现系外行星时开始的天文革命的完美总结。“20 多年来，系外行星的历史一直由研究距离我们数十到数百光年的恒星来定义，而圣杯——一颗小型、岩石、潜在可居住的行星——却正在等待在我们最近的邻居周围被发现，”耶鲁大学的资深行星猎手，天文学家黛布拉·费舍尔 (Debra Fischer) 说，她领导了对半人马座阿尔法星 (Alpha Centauri) 系统的独立调查。“当我们发射第一批前往太阳系以外恒星的机器人探测器时，我们知道我们应该把它们送到哪里！”
哥伦比亚大学天体生物学研究主任迦勒·沙夫 (Caleb Scharf) 表示，这颗新行星代表着“对于该领域以及我们物种来说，这是一个极其重要的心理时刻。发现住在隔壁房子里的人可以改变观点和优先事项——而这正是比邻星b (Proxima b) 将会做到的。”
尽管比邻星 (Proxima Centauri) 距离我们仅四光年多一点，但它太暗淡了，肉眼无法看到。它漂浮在类太阳双星半人马座阿尔法星A和B (Alpha Centauri A and B) 的外围，形成了一个恒星三重星系统，在南半人马座 (Centaurus) 星座中，它看起来像一个闪耀的光点。这颗微小的恒星注定会在银河系的宇宙洋流中缓慢地离我们越来越远，但在未来大约 40,000 年内，它仍将是拥有行星的最邻近的恒星。
“有史以来第一次，我们拥有一颗触手可及的系外行星，它可能成为生物有机体的宿主，”赫特福德大学的天文学家，研究合著者米科·图米 (Mikko Tuomi) 说。“这使得比邻星b (Proxima b) 不仅成为天文学家最令人着迷的发现之一，也成为可能做出的最重要的发现之一。”
即便如此，这仍然是一项差点没有发生的发现。“人们似乎认为我们刚刚发现了这颗行星。但是不，我们多年来一直相信它在那里，”安格拉达-埃斯库德 (Anglada-Escude) 说。“我们只是必须建立一个论据来说服其他人它的存在。”
暗淡的红点
图米 (Tuomi) 是在 2013 年与安格拉达-埃斯库德 (Anglada-Escudé) 一起寻找行星时，第一个看到这个世界迹象的人。作为相对资历较浅的研究人员，这两位天文学家努力争取宝贵的望远镜时间来寻找行星，而是通过仔细重新分析其他团队发布的公开数据来寻找被忽视的世界。比邻星b (Proxima b) 的微弱信号首先出现在来自两个行星搜寻摄谱仪 HARPS 和 UVES 的多年综合观测数据中，这两个摄谱仪由欧洲南方天文台 (ESO) 在智利的望远镜上运行。HARPS 和 UVES 都对比邻星 (Proxima Centauri) 进行了多年的监测，观察恒星是否受到任何看不见的旋转行星的拉扯，但运行它们的团队声称没有探测到任何行星。轨道运行的世界会对它们的恒星施加独特的周期性摆动，有时这种摆动非常轻微，以至于它们摇晃太阳的速度比婴儿爬行的速度还要慢。图米 (Tuomi) 认为他在 HARPS 和 UVES 比邻星 (Proxima Centauri) 综合数据中看到的 11 天摆动略强一些——每秒 1.4 米，相当于成年人的平均步行速度。图米 (Tuomi) 和安格拉达-埃斯库德 (Anglada-Escudé) 与几位同事一起，迅速撰写并提交了一篇论文，报告潜在的行星信号。
但是很多东西都可以移动恒星。例如，恒星表面磁化等离子体的汹涌波浪和涡流可以模仿或掩盖小行星引起的摆动。即使是最好的行星探测摄谱仪也会受到校准误差的影响，这可能会造成进一步的混乱。2012 年，HARPS 团队宣布，半人马座阿尔法星B (Alpha Centauri B) 周围可能存在一颗小型岩石世界引起的摆动——但这颗行星最终被证明是虚幻的，是由星斑、恒星自转和有问题的统计分析产生的幻影。这是一个警示故事：如果 HARPS 团队被天空中最平静的恒星之一半人马座阿尔法星B (Alpha Centauri B) 愚弄了，那么在邻近的比邻星 (Proxima Centauri) 周围寻找行星的希望似乎渺茫，比邻星 (Proxima Centauri) 不断爆发“超级耀斑”，这很容易破坏仔细的观测。
比邻星 (Proxima) 作为一颗脾气暴躁的耀斑星的声誉使其未能成为 HARPS 团队的首要任务——这也让图米 (Tuomi) 和安格拉达-埃斯库德 (Anglada-Escude) 的主张受到质疑。他们的论文被拒绝了；审稿人发现他们的证据没有说服力。安格拉达-埃斯库德 (Anglada-Escude) 的回应是，在接下来的两年里，他开发了“暗淡红点 (Pale Red Dot)”观测活动，该活动以天文学家卡尔·萨根 (Carl Sagan) 推广的著名的“暗淡蓝点 (Pale Blue Dot)”旅行者1号深空地球图像命名。这将是对之前大多数行星搜寻活动的胆大妄为的背离，之前的行星搜寻活动倾向于掠过大量恒星来寻找更容易、更明显的行星世界，而不是猛攻任何单一目标。
安格拉达-埃斯库德 (Anglada-Escude) 和暗淡红点 (Pale Red Dot) 团队的其他成员说服了 ESO，让他们在今年春季连续 60 个晚上，在 HARPS 上分配了 20 分钟的专注于比邻星 (Proxima) 的时间。该团队利用来自另外两台望远镜的同步观测来加强他们的 HARPS 工作，以监测可能伪装成行星的耀斑和星斑。随着观测活动的开始，安格拉达-埃斯库德 (Anglada-Escude) 还与研究合著者兼卡内基科学研究所 (Carnegie Institution for Science) 天文学家保罗·巴特勒 (Paul Butler) 合作——一位经验丰富的行星猎手，他在 20 年前帮助创立了这个领域——成功地从 UVES 的数据中单独提取了 11 天的摆动。将旧数据与新数据配对，信号飙升到恒星噪声海之上，达到了毋庸置疑的统计显著性。在为期数月的观测运行的前 10 天内，暗淡红点 (Pale Red Dot) 团队就知道他们找到了比邻星b (Proxima b)。“我完全相信，”巴特勒 (Butler) 说。“大自然是恶意的，试图隐藏事物，但你不会意外地从两台独立的仪器中找到两个完全匹配的信号。”
HARPS 团队的成员也确信这一点，他们的数据被证明对这一发现至关重要。“信号是显著的，并且是由一颗行星引起的，”日内瓦天文台 (Observatory of Geneva) 的天文学家克里斯托夫·洛维斯 (Christophe Lovis) 说，他开发了 HARPS 团队的数据分析软件。“正是最近的高节奏数据集发挥了作用……[暗淡红点 (Pale Red Dot) 团队] 只是碰碰运气，结果成功了。”
金发姑娘梦想与噩梦
关于比邻星b (Proxima b)，最令人惊讶的事情也许是它的存在实际上一点也不令人惊讶。
近年来，在很大程度上归功于 HARPS 团队的工作以及 NASA 的行星搜寻开普勒太空望远镜 (Kepler space telescope) 的结果，天文学家们已经趋于一致地估计了我们银河系中潜在的宜居世界的数量。似乎银河系中大约有 15% 到 30% 的恒星应该拥有“金发姑娘”世界——行星既不太大，不会被厚厚的大气层窒息，也不太小，不会将它们宝贵的空气散失到太空中，它们运行在不太热、不太冷的轨道上，液态水可能存在于它们的岩石表面上。
类似于沙滩上小石子的数量超过巨石的方式，像比邻星 (Proxima Centauri) 这样的小恒星比像我们太阳这样的大恒星要多得多。小恒星的核燃料效率也更高，它们的发光时间比类太阳恒星长数千亿甚至数万亿年。因此，我们应该期望大多数金发姑娘世界都存在于像比邻星 (Proxima Centauri) 这样的红矮星周围。但是我们应该期望它们实际上是可居住的吗？对此，即使是专家也不确定。
尽管比邻星b (Proxima b) 在质量和星光照射方面与地球相似，但波尔多大学 (University of Bordeaux) 的系外行星大气专家弗兰克·塞尔西斯 (Franck Selsis) 说，“它不是地球的双胞胎”。使比邻星b (Proxima b) 位于其恒星宜居带的 11.2 天轨道也使它受到一系列危险影响的影响，这些影响可能会消除生物圈——或者阻止生物圈从一开始就形成。
对于华盛顿大学 (University of Washington) 的天体生物学家罗里·巴恩斯 (Rory Barnes) 来说，他对宜居性的悲观展望为他赢得了“世界毁灭者”的声誉，所有这些潜在的障碍都表明，比邻星b (Proxima b) 可能不是我们正在寻找的宜居行星。“总的来说，任何行星都应该被认为不太可能支持生命，”巴恩斯 (Barnes) 认为。“这颗行星与我们自己的行星有不同的要求，并且可能比地球克服了更多的障碍。”
巴恩斯 (Barnes) 说，其中最主要的是，红矮星往往拥有暴力、不稳定的幼年时期——很像一个可以活数千年的人，但因此遭受了数百年的动荡青春期。由于它们太小，人们认为这类恒星形成得非常缓慢，花费数百万年的时间来积聚质量，并且发光时间远比它们余生所发的光要亮得多。巴恩斯 (Barnes) 说，如果比邻星b (Proxima b) 在我们今天看到它的地方形成，那么为了能够居住，“它将不得不以某种方式避免在数亿年内被烘烤成类似金星的失控温室状态。”然而，巴恩斯 (Barnes) 也提供了一种可能的补救措施，他使用了另一种富有创意的金发姑娘推理：不太厚、也不太薄的氢气层，它可以充当年轻行星的防晒霜，在强烈的星光下逐渐蒸发，并且只在比邻星 (Proxima Centauri) 进入成年期后才会消散。
比邻星 (Proxima Centauri) 对其微小伴星的引力产生的极端潮汐可能是另一个杀手。这些潮汐效应可能会导致比邻星b (Proxima b) 每轨道只旋转一次，有效地“锁定”世界的一侧处于黑暗中，而另一侧则面向恒星——尽管许多研究人员现在认为，大多数可以想象到的大气层都会在两侧之间循环热量，以保持对生物圈的希望。更令人担忧的是一种称为“潮汐加热”的现象，即行星内部因恒星潮汐力拉扯引起的弯曲而产生的摩擦。如果比邻星b (Proxima b) 的轨道是（或曾经是）显著拉长的，一端靠近恒星，另一端远离恒星，那么由此产生的潮汐加热可能会自行煮沸任何海洋，而无需任何星光的帮助。
西华盛顿大学 (Western Washington University) 的博士后研究员吉姆·达文波特 (Jim Davenport) 认为，比邻星b (Proxima b) 地球般条件的最大障碍很可能是比邻星 (Proxima Centauri) 不断发生的耀斑，这些耀斑的能量可能比我们在太阳上观测到的任何耀斑都要强十倍。来自耀斑的强烈 X 射线和紫外线辐射可能会剥夺比邻星b (Proxima b) 的大气层，使其变得贫瘠和没有空气。但希望仍然存在，即使在这种情况下——类似于地球的保护性磁场或浓密而蒸汽腾腾的大气层也可能抵挡住最严重的耀斑。“套用《哈姆雷特》中的话，天堂和系外行星中的事物比我们教科书中所梦想的要多，”达文波特 (Davenport) 说。“但现在我们只是不知道。”
迟早，这种情况会改变。这项发现已经激发了人们对寻找从行星上任何具有技术对话能力的外星人向地球发射的基于无线电或激光的消息的新兴趣，以及未来主义的提议，即派遣机器人探测器前往我们最近的恒星系统——即使这些努力不太可能在近期内取得成果。在短期内，随着比邻星b (Proxima b) 的消息在科学界传播，天文学家们正在准备全力以赴地观测和研究它。
与邻居会面
安格拉达-埃斯库德 (Anglada-Escude) 说，由于比邻星b (Proxima b) 的轨道周期很短，除了 HARPS 和 UVES 之外的行星搜寻摄谱仪也可能在几周内证实这颗行星的存在。对比邻星 (Proxima Centauri) 摆动的更广泛研究可以更好地限制这颗行星的质量和轨道，从而更严格地限制那里存在生命的可能性，并可能揭示更多的行星。
但行星猎手们最大的希望是，比邻星b (Proxima b) 会凌星，即从地球上看，偶然地从其恒星表面经过，从而向我们等待着的仪器投下微小但可测量的阴影。哥伦比亚大学的天文学家大卫·基平 (David Kipping) 现在正在领导一个团队，在加拿大航天局 (Canadian Space Agency) 的 MOST 太空望远镜最近对比邻星 (Proxima Centauri) 的观测中寻找比邻星b (Proxima b) 可能凌星的迹象。“我们对比邻星b (Proxima b) 会凌星感到乐观，”基平 (Kipping) 说。“如果它确实凌星，它就勾选了最后一个框，并变得几乎尽可能地最佳，这看起来太完美了，让我感到担忧。”基平 (Kipping) 说，考虑到恒星耀斑引起的亮度波动，要到 9 月份才能得出最终结果。如果 MOST 数据中出现令人信服的凌星迹象，天文学家可能会寻求使用更大的硬件——NASA 的红外斯皮策太空望远镜 (Spitzer space telescope) 进行确凿的确认。
凌星对于天文学家来说将是一笔宝贵的财富。行星轮廓将使他们能够直接测量比邻星b (Proxima b) 的大小，精确地确定其质量，甚至计算其密度和估计成分。此外，凌星的比邻星b (Proxima b) 边缘的星光可以让天文学家确定该世界大气层的存在和主要成分（如果它有大气层的话）。这样的观测可能需要 NASA 6.5 米的观测能力 詹姆斯·韦伯太空望远镜 (James Webb Space Telescope)，该望远镜将于 2018 年 10 月发射。
即使比邻星b (Proxima b) 被证明不会凌星，它仍然为即将到来的新一代极大地面望远镜提供了独特的机会，这些望远镜目前正在世界各地建造。这些望远镜计划于 2020 年代首次亮相，并配备了跨度达 30 米或更大的集光镜，它们可以想象获得比邻星b (Proxima b) 的直接图像——实际照片——从而揭示关于其成分和历史的其他无法获得的信息。这些下一代庞然大物中最大的是 ESO 的欧洲极大望远镜 (E–ELT)，它最早可能在 2024 年在智利开始运行。“比邻星b (Proxima b) 可能是唯一可以用 E–ELT 成像的宜居带行星[或至少是非常罕见的行星之一]，”塞尔西斯 (Selsis) 说。“即使不谈论生命，这也可能代表行星科学的一场革命。”对凌星行星的观测——或来自巨型地面望远镜的直接图像——可以揭示这颗行星是否拥有浓厚的水汽大气层。塞尔西斯 (Selsis) 说，如果它确实有，“那么我们就会知道，尽管恒星活动频繁，但红矮星行星仍然可以保持水分并适宜居住。那将是太棒了。”
展望 2020 年代后期以及詹姆斯·韦伯 (James Webb) 之后，NASA 的下一个大型太空天文台将是WFIRST，这是该机构非常成功的哈勃望远镜 (Hubble telescope) 的升级版，具有更宽的、红外优化的视野。目前的计划要求 WFIRST 搭载高性能日冕仪，这是一种可以阻挡恒星光线的仪器，以便可以直接拍摄到暗淡的伴随行星的图像。唉，WFIRST 的日冕仪针对像我们太阳这样的恒星进行了优化，而不是像比邻星 (Proxima Centauri) 这样的红矮星。据领导该项目日冕仪开发的普林斯顿大学 (Princeton University) 天文学家杰里米·卡斯丁 (Jeremy Kasdin) 称，WFIRST“将无法看到比邻星b (Proxima b)，因为它离其主恒星太近，而且这颗行星在望远镜的波长处的强度很低。”
就目前而言，这意味着彻底探测比邻星b (Proxima b) 和其他附近世界，以寻找令人信服的生命迹象——所谓的“生物特征”——的目标可能在几十年内仍然遥不可及。“直接成像这些行星的长期目标是看看它们的大气层是否有助于生物圈，甚至受到生物圈的影响，寻找像氧气这样的远离热力学平衡的气体，在地球上，这些气体是由生物产生的，”行星猎手老将巴特勒 (Butler) 说，他一生都在追求这个梦想。“人们问我，‘你将如何证明一颗行星上有生命？’如果你拍摄一颗潜在可居住行星的光谱，并看到水和一些超出平衡的气体，你就会将问题从‘证明有生命’转变为‘证明没有生命’。我最大的希望是，这种情况会在一代人内发生。”
就几代人而言，许多年轻的天文学家没有那么耐心。一些人现在说，比邻星b (Proxima b) 改变了规则，他们没有等待 WFIRST 之后未来更大型的太空望远镜，就像它的发现需要一项专注的、高度集中的观测活动一样，寻找生命迹象的最佳方法可能是推动开发比 NASA 笨重的多用途旗舰任务更小、更便宜、更快速的专用太空望远镜。已经有一些特立独行的 NASA 研究人员建议，对比邻星 (Proxima Centauri) 的邻近的、更像太阳的恒星，半人马座阿尔法星A和B (Alpha Centauri A and B) 采取这种方法。“我们现在可能正在进行一场新的竞赛，”安格拉达-埃斯库德 (Anglada-Escude) 说。“建造一个大型天文台来拍摄一百颗恒星周围的行星非常昂贵。但是人们现在确切地知道要寻找什么，因此您可以设计您的望远镜和仪器仅用于观察这颗行星，并针对这项单一任务进行优化。”
麻省理工学院 (Massachusetts Institute of Technology) 的天体物理学家萨拉·西格 (Sara Seager) 帮助规划了 WFIRST 和其他下一代任务，她认为这一结果为系外行星科学带来了深刻的新机遇。“这让我们这些在该领域的人有理由将所有的鸡蛋都放在一个篮子里，而不是在天空中随机投掷飞镖，”西格 (Seager) 说。“在比邻星b (Proxima b) 之前，你几乎无法想象为一颗恒星发射太空望远镜，但现在这是可以想象的。缺点是：如果我们都选择了错误的东西，那会发生什么？人们可能要做的工作会减少吗，因为我们将专注于更少的物体？我们最终可能会像粒子物理学家一样，一篇论文有数千名作者。但这才是找到最靠近恒星周围最有希望的行星的道路。”