6月13日，美国宇航局的系外行星（太阳系以外的行星）官方统计数字突破了 4000 颗。该主列表中包括围绕微小的中子星和肿胀的、正在死亡的太阳运转的遥远世界，位于我们银河系拥挤中心的行星，以及漂浮在星际空间深处的行星。然而，有一个地方明显缺失：半人马座α星，我们太阳系的邻近恒星系。由于一系列令人困惑的情况，这个引人入胜的目标仍然是一个谜——至少，直到现在。
技术正在进步，并且星星们正在排列，从字面上来说，是为了揭示可能隐藏在半人马座α星周围的潜在宜居世界。“寻找它们的兴趣无疑在增加，”美国宇航局艾姆斯研究中心的天体物理学家鲁斯兰·贝利科夫说。
在过去的几周里，贝利科夫的团队和另一个由欧洲南方天文台的马库斯·卡斯帕领导的团队一直在尝试借助智利的两架不同的巨型望远镜来窥视半人马座α星的假定世界。研究人员正在使用新的高精度星光筛选仪器，为更加微妙的搜索做准备。如果这些努力一无所获，几个小组正在开发低成本卫星，将行星搜索范围扩大到太空。如果美国宇航局未能资助这些项目，还有另一个备用计划：两个私人项目——由亿万富翁支持的突破性计划和众筹的蓝色项目——正在准备无论如何都要完成这些任务。
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“这存在风险，因为我们不知道是否会看到任何东西。在我看来，获得地球 2.0 图像的回报与风险是平衡的，”贝利科夫说。
星际亲密伙伴
半人马座α星的诱惑很容易理解：对于渴望在我们自己的世界之外找到生命世界的科学家来说，这个星系似乎好得令人难以置信。它不仅包含一颗类似于我们太阳的恒星，而是 两颗 恒星，分别称为半人马座α星A和B。恒星A在温度、大小、亮度和组成方面几乎是太阳的孪生兄弟；恒星B略小且更冷。它们都比我们的太阳系年长约 10%，为任何外星进化留下了充足的时间来发挥作用。半人马座α星也是银河系中最接近的星系，距离仅 4.37 光年，为观察那里任何可能的行星提供了独特的亲密视角。此外，半人马座α星A和B还有一个第三个伴星，一颗名为比邻星的昏暗的红矮星，它本身就有一个地球大小的世界。
不幸的是，使半人马座α星在概念上如此吸引人的事物在实践中也使其极具挑战性。寻找系外行星最成功的方法之一是寻找恒星光线的轻微摆动。一颗轨道上的行星会来回拉扯其母恒星，使星光看起来交替地比正常情况下稍微蓝一点和稍微红一点。对于一颗孤立的恒星，检测这些颜色变化是一个极其精细的过程。在像半人马座α星这样的双星系统中，情况变得更加复杂。来自两颗相邻恒星的光线往往会混合在一起，从而掩盖摆动信号。如果两颗恒星在天空中看起来非常靠近，情况会变得更加棘手——而且，不幸的是，恒星 A 和 B 在 2016 年达到了它们 80 年轨道中最紧密的点。
耶鲁大学的年轻行星猎手莉莉·赵最近总结了这些棘手情况的后果。将整整十年的径向速度测量结果拼接在一起后，赵和她的同事只能说半人马座α星A没有质量超过地球质量约50倍的行星，而半人马座α星B没有质量超过地球质量8倍的行星。许多较小的地球大小的世界可能在围绕这两颗恒星运行，而我们却一无所知。“这几乎标志着到目前为止搜索的极限，”赵说。
由于这种模糊不清的情况而感到沮丧，一些勇敢的天文学家试图透过混乱的数据来窥视更精确的答案。这些尝试进展不顺利。2012 年，由当时在日内瓦大学的泽维尔·杜穆斯克领导的一个小组宣布在半人马座α星B周围发现了一颗地球质量的行星，这引起了巨大的轰动。但是三年后，一项独立的分析没有显示该行星的迹象，这表明它只是一个数据伪影。杜穆斯克承认“可能行星不存在。”
尽管如此，赵宣称，下一轮在半人马座α星周围寻找行星的“前景广阔”。首先，恒星 A 和 B 之间的距离正在增加，到 2020 年，距离将足够远，强大的望远镜将能够单独观察每颗恒星。更重要的是，经过大幅改进的新版本的光谱仪将允许比杜穆斯克和他的同事使用的 HARPS 检测器更灵敏地搜索摆动。
赵正在亚利桑那州发现频道望远镜上研究一种名为 EXPRES（极端精度光谱仪的缩写）的高分辨率光谱仪。一种名为 ESPRESSO（用于岩石系外行星和稳定光谱观测的阶梯光谱仪）的类似设备已安装在智利的甚大望远镜 (VLT) 上，该望远镜在南部天空中可以清晰地看到半人马座α星。这些光谱仪旨在拾取每秒 10 厘米的轻微摆动。这种灵敏度比它们的上一代好 10 倍，并且恰好处于足以拾取由围绕半人马座α星的任何一颗恒星运行的类地行星引起的来回拉力的水平。
ESPRESSO 和 EXPRES 都已经在监测天空中的恒星。目前还没有针对半人马座α星的专门搜索计划，但是如果——当——新的结果出现时，赵承诺，它们将是值得信赖的。“每个人都在提高赌注，在你发布之前，你对检测结果的确定程度，”她说。
灯塔和萤火虫
假设摆动搜索成功地在半人马座α星周围找到行星，它们仍然会留下关于这些外星世界的许多未知数。此类研究将表明行星的质量以及它们的运行轨道，但不会揭示它们的物理性质。它们根本不会揭示行星的外观。获得此类信息的唯一方法是直接观察这些天体。对于真正雄心勃勃的半人马座α星探险家来说，目标是捕获一张“淡蓝色圆点”图像：一个包含可能围绕另一颗恒星的真正类地行星的第一张肖像的光点。
尚未创造出足够灵敏和精确的仪器来做到这一点。“为一个明亮的恒星附近的系外行星成像，就像试图看到几百公里外的灯塔附近的萤火虫。在半人马座α星的情况下，我们有两个灯塔，所以问题甚至更严重，”SETI 研究所的弗兰克·马奇斯说，他是蓝色项目的科学运营负责人。但是略大的世界现在已经触手可及，寻找它们已经可以告诉我们很多信息了。
听起来可能很奇怪，首要任务是弄清楚半人马座α星周围 不 存在哪些行星。由于恒星 A 和 B 之间的距离很近，稳定的行星只能存在于距离每颗恒星都相当近的地方，距离太阳的距离不超过地球距离的约 2.5 倍。任何在这些内部圣殿中运行的巨大木星大小的行星早就摧毁了在宜居带（液态水（因此，我们所知的生命）可能存在的温和区域）中运行的任何较小的、潜在的类地行星。
到目前为止，摆动尚未显示出半人马座α星周围存在巨大行星的迹象，这令人鼓舞。“我们知道，没有一颗大型行星会挤出宜居带中的行星，”贝利科夫说。不过，他仍然担心“半巨行星”的前景——海王星级的世界，它们可能足够小，以至于到目前为止可能避免了检测，但仍然可能足够大，以至于会破坏生命的前景。
为此，贝利科夫和他的同事首次认真尝试直接为半人马座α星周围的行星成像。他们在智利塞罗帕琼山顶的双子座南望远镜上的双子座行星成像仪仪器上预定了两轮观测时间。今年夏天的观测运行完全被云层遮挡，但贝利科夫打算明年春天再次尝试。他去年进行的类似搜索一无所获，这是一个好消息：到目前为止，也没有任何迹象表明半人马座α星系统中存在讨厌的海王星大小的行星。
更好的消息是，贝利科夫的观测结果已经被取代。卡斯帕正在使用一种名为 VISIR（甚大望远镜中红外成像仪和光谱仪的缩写）的甚大望远镜仪器逼近更小的行星，它们只比地球略重，该仪器已重建并更名为 NEAR（半人马座α星区域的近地行星）。NEAR 是欧洲南方天文台（负责运营甚大望远镜）和私人突破性计划（为关键设备升级提供资金）之间不寻常的合作成果。它是第一个专门为寻找半人马座α星周围的行星而建造和运行的设备。
在 5 月下旬和 6 月初的 NEAR 首航期间，卡斯帕的团队也受到了恶劣天气的困扰。尽管如此，研究人员还是设法挤出了 100 个小时的观测时间，收集了 6 太字节的原始数据。“我们将对半径是地球的两倍以上的行星敏感，”卡斯帕说。这远远超出了贝利科夫的能力，比最好的摆动研究好五倍。
不久之后，全世界将了解 NEAR 在半人马座α星周围看到了什么（如果有的话）。卡斯帕说，结果应该会在 10 月公布。如果数据看起来不错，他希望在 2020 年 3 月之后再次进行观测运行，届时半人马座α星将再次处于在智利观测的最佳位置。
突破即将到来
正如其名，NEAR 正在帮助我们更接近找到地球 2.0 的目标——但仍有很长的路要走。一颗比我们地球大两倍的行星（这是该仪器的下限）很可能拥有厚重、令人窒息的大气层，不适合生命生存。“目前的努力还不足以达到探测到真正的地球类似物的灵敏度，”亚利桑那大学的天文学家、突破性计划的行星搜寻项目 突破性观测 的首席科学家奥利维尔·盖恩说。“因此，当出现更好、更强大的仪器时，我们肯定会继续使用它们来观察半人马座阿尔法星系统。”
一种改进方法是摆脱我们星球上散射星光的大气层，将搜索转移到太空。贝利科夫多年来一直以一种名为“半人马座阿尔法星系外行星卫星”（ACESat）的任务概念来推动这一论点。它将包含一个带有 45 厘米宽镜面的望远镜和一个名为日冕仪的星光阻挡装置，以消除半人马座阿尔法星 A 和 B 的强烈灯塔眩光，从而有可能发现附近小行星微弱 100 亿倍的萤火虫光芒。
2014 年，NASA 为 ACESat 技术提供了一些资金，但该机构后来放弃了这项任务。“当时这项技术还不成熟，但现在它变得成熟多了，”贝利科夫坚持说。他正在向 NASA 再次提出一项名为“半人马座阿尔法星直接成像仪”（ACEND）的新提案。他还同时在押注，与 蓝色项目 合作开发一个类似的概念。与所有这类前沿项目一样，资金至少与技术一样重要。
蓝色项目卫星的预计总成本约为 5000 万美元，与詹姆斯·韦伯太空望远镜的 90 亿美元预算相比，这只是小菜一碟。然而，为一项单一用途的私人任务筹集这类资金并非易事。蓝色项目最初计划在 2021 年发射，但“我认为以目前的资金状况来看，这是不可能实现的，”马尔基斯说。“我们需要一位富有的捐助者或一群捐助者的支持，以提高技术准备水平并开始建造仪器。”
突破性计划的优势在于拥有一个由捐助者组成的内置网络，包括其亿万富翁联合创始人尤里·米尔纳。作为突破性观测的一部分，该组织正在研究一个类似于 ACESat 的小型日冕仪太空望远镜。突破性观测还在推进一项名为 TOLIBOY 的独立任务，暂定于 2021 年发射，该任务将使用一种称为天体测量的技术，通过精确绘制半人马座阿尔法星 A 和 B 的运动来搜寻行星。
所有这些项目都将为未来更宏大的努力奠定基础。贝利科夫正在努力将 ACESat 技术应用于 NASA 即将推出的空间宽视场红外巡天望远镜（WFIRST），该望远镜计划于 2020 年代中期发射，以及计划于 2030 年代问世的哈勃太空望远镜的继任者。卡斯珀正在帮助将 NEAR 的经验教训应用于一种名为 METIS（中红外 ELT 成像仪和光谱仪）的新仪器，该仪器将安装在智利目前正在建造的 39 米超大型望远镜上。TOLIBOY 卫星的目的是作为一项更大、更强大的空间天体测量任务的前身，该任务自然地被命名为 TOLIMAN。
所有这些方法加在一起，最终应该能够填补半人马座阿尔法星周围的空白。“我们所知道的一切都指向在 A 和 B 周围存在潜在宜居行星的可能性，我甚至会说这种可能性很大，”贝利科夫说。这种有限的知识即将受到考验。如果半人马座阿尔法星最终被证明是贫瘠的，这将表明类地行星并不像人们曾经认为的那样常见。也许像半人马座阿尔法星这样的双星——它们占所有恒星系统的大多数——并不是寻找生命的有希望的地方。或者，也许我们会发现半人马座阿尔法星的行星在大小上与地球相似，但在环境上却完全不同。我们的家园星球可能是一个充满敌意的宇宙中罕见的异常值。
另一方面，在半人马座阿尔法星周围发现一颗暗淡的蓝色系外行星光点可能会讲述一个完全不同的故事。“如果我们发现其中一颗行星像我们的地球一样，意味着它有大陆和海洋，那么它将成为我们家门口一个新的、潜在的生命世界，”马尔基斯说。在我们家门口发现另一个地球意味着我们的星系中有数百万甚至数十亿个这样的星球。“这将是下个世纪天文学的亮点，也可能是扩大我们整个文明对太空探索兴趣的一种方式。”