行星的诱惑

天文学家们即将发现其他地球,但距离了解它们是否适宜居住还很遥远

3月6日,美国宇航局的开普勒太空望远镜开始了为期四年的任务,旨在发现银河系中类地行星。与它的前辈——法国主导的COROT任务(于2006年12月发射)类似,开普勒将监测一系列恒星的亮度暂时下降的情况。一次下降可能意味着任何事情,很可能只是恒星能量输出中的一个小波动;第二次下降仍然意义不大;第三次下降,发生在与第一次和第二次之间相同的时间间隔之后,则会显得非常具有启发性;而第四次在相同间隔后发生的下降几乎可以肯定地意味着一颗行星正在轨道上运行,它直接运行在恒星和我们之间。每当行星经过,或凌日,穿越其恒星表面时,它都会阻挡一部分星光。一个大致与我们地球大小的世界会使其恒星的光线减少约万分之一[参见“寻找其他地球的阴影”,作者:劳伦斯·R·多伊尔,汉斯-约格·迪格和蒂莫西·M·布朗;《大众科学》,2000年9月]。

今年早些时候,COROT发现了一颗直径约为地球两倍的行星,它离其母星太近,以至于每次公转仅需20小时。开普勒的反射镜比COROT的宽三倍半,应该会发现数十或数百颗在离其恒星更舒适距离处运行的地球。目前大多数寻找行星对其母星产生的轻微引力牵引的搜索,都无法探测到如此相对较小的世界。其缺点是行星的轨道必须与我们的视线对齐,而概率定律表明,只有大约百分之一的行星会如此幸运。然而,开普勒将能够创建一个具有统计学意义的地球银河系近亲样本。

但是,如果这一胜利发生,天文学家们会发现自己缺乏他们最想获得的信息:这些行星上存在什么条件?它们适合生命居住吗?当一个气态巨行星凌日其恒星时,天文学家可以通过测量不同波长产生的变暗量来分析其大气层。但是,地球大小的行星太小了,这种技术无法工作。因此,COROT和开普勒采用的搜索策略可以找到地球,但不能告诉我们关于它们的太多信息。它们无法辨别任何生命迹象,例如叶绿素或其外星等效物的独特颜色[参见“其他世界植物的颜色”,作者:南希·Y·姜;《大众科学》,2008年4月]。即使是松散计划在2015年发射的空间干涉仪任务(SIM),也对其发现的地球知之甚少。


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能够评估宜居性的仪器仍然在未来更远的地方,主要是因为它们非常昂贵。美国宇航局的陆地行星探测器(TPF)和欧洲航天局的达尔文任务可以对行星的表面和大气进行光谱测量,但两者都尚未超出设计研究阶段。即使各机构汇集资源,该任务也可能耗资约20亿美元,并需要近十年的时间才能建成。目前,获取更多关于行星信息的最佳希望是詹姆斯·韦伯太空望远镜(JWST)(计划于2013年发射)和下一代地面望远镜[参见“未来的巨型望远镜”,作者:罗伯托·吉尔莫齐;《大众科学》,2006年5月]。

尽管这些望远镜并非专门为行星分析而设计,但它们将配备日冕仪,旨在阻挡星光,从而使研究人员能够看到隐藏在眩光中的任何小天体。如果存在的话,这些仪器可以产生一些最近恒星周围的年轻气态巨行星的图像。它们也可能能够拼凑出关于紧密轨道物体的光谱信息。

最重要的是,未来几年COROT和开普勒任务将非常令人兴奋,然后我们将进入一个令人沮丧的时期,梦想着可能被发现的东西。这并不罕见:科学理解是逐步进行的。积极的结果可能会激发对新的太空观测站的资助和完成。在极端环境中,例如中子星、白矮星和棕矮星周围寻找行星将向我们展示行星形成的稳健性[参见主要文章]。但是,我们需要为发现我们星球在宇宙中的应有地位而进行长期斗争做好准备。

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