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硬件跟不上!科学家称寻找外星生命需要一款全新的太空望远镜

2018-09-10 10:34:41 来源: 前瞻网 作者:
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图片来源:NASA
如果NASA真的想要认真寻找外星生命,那么科学家认为,太空机构应该向太空发射一种新的大型望远镜,能够直接捕捉太阳系外行星图像的望远镜。而目

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如果NASA真的想要认真寻找外星生命,那么科学家认为,太空机构应该向太空发射一种新的大型望远镜,能够直接捕捉太阳系外行星图像的望远镜。而目前这种技术并不完全存在。但是天文学家说,这是我们找到另一个拥有生物有机体的地球的最好办法。

这项概念任务是由美国国家科学院、工程学院和医学院成员编写的一份新报告中的最佳建议。该学院的任务是由国会提出研究和探索太阳系外太空系统的最佳战略。在收集了该领域专家的意见后,国家科学院提出了七项建议,望远镜位于该名单的首条。

考虑到NASA试图建造下一个大型空间天文台,即詹姆斯韦伯太空望远镜(JWST)时所面临的严峻现实,这个想法十分理想化。最初设想耗资10亿美元,并于2007年推出。今年6月,NASA承认整个项目将耗资96.6亿美元,望远镜最早将于2021年投放。而本报告推荐的望远镜类型需要尚未在太空中测试的新技术,这可能使设备比JWST更复杂、更昂贵。

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但是,在撰写此报告时,作者没有考虑潜在的财务限制。 “我们特意没考虑成本或时间表或任何类似的东西。” 报告作者俄亥俄州立大学的天文学教授斯科特·高迪(Scott Gaudi)告诉The Verge,“这只是一个关于外行星社区所思考的最重要事情的共识,需要完成来解释我们的科学目标。” 高迪正在研究一款名为HabEx的太空望远镜的新概念任务。

这些目标相对简单。报告概述的第一个议程是我们需要了解行星是如何形成的。当恒星诞生时,它们通常形成一个旋转的气体和尘埃盘,然后各个行星在这些圆盘内聚结。那么这些圆盘如何从简单的气体转变为成熟的行星呢?

第二个目标是地球上大多数人都想要找到的:有其他类似地球可以容纳生命的行星吗?这就是新望远镜如此重要的原因。拍摄行星的直接图像可以告诉我们很多关于它们的样子以及它们大气成分。围绕行星的气体可以保存关于表面下物质的重要线索。例如,与生命息息相关的气体,如氧气和甲烷,将是于遥远世界存在生物有机体的一个重要标志。哈佛大学系外行星天文学家Laura Kreidberg告诉The Verge说:“我们可以对大量类地行星的大气成分进行普查。”

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如今,天文学家大多通过巧妙而间接的方法找到系外行星。也许观测遥远世界最常见的方式是观测它们在母星面前经过,即所谓的凌日。这些交叉点略微阻挡了恒星发出的光,导致可以从地球测量的亮度小幅下降。已经在地球轨道上运行的NASA苔丝宇宙飞船就是以这种方式寻找行星,未来的詹姆斯韦伯太空望远镜也是如此。另一种方法是观察行星的引力如何影响其主恒星。即使它们很小,行星也会让它们的恒星略微摆动,而这是它们存在的标志。

然而,系外行星直接成像是一项艰巨的任务,尤其是地球大小的行星。这些行星与其母星非常接近,并被附近的星光淹没。例如,一颗遥远的,可能像地球一样的行星比绕它运转的恒星要暗10亿倍。因此,为了直接对这些行星进行成像,科学家们需要为未来的太空望远镜配备遮挡或减少恒星光线的特殊工具。

幸运的是,天文学家一直在努力。一个概念就是被称为日冕仪的光学仪器,可以连接到望远镜上,用镜子抑制恒星发出的光,使得更容易看到潜伏在附近的行星。地球和太空中的望远镜已经配备了日冕仪以帮助研究太阳,但是这种高对比度的仪器阻挡了来自遥远恒星的光线,尚未在太空中进行全面测试。NASA目前计划首次在其即将推出的太空望远镜WFIRST上展示这项技术,也是美国国家科学院强烈推崇的。

但是除了日冕仪之外还有另一种选择。天文学家一直渴望尝试一种称为遮星板的东西。一个巨大的花形结构,可以在望远镜前飞出,通过投射阴影阻挡恒星发出的光。 “所有的星光不会出现在你的望远镜上,但来自地球的光线会进入你的望远镜。”高迪说。

但问题是,这项技术非常复杂。恒星必须飞行距离太空望远镜大约10万公里,必须非常精确,才能正确阻挡来自遥远恒星的光线。和日冕仪一样,遮星板还不是一种完全成熟的技术。因此,天文学家希望建造直接成像系外行星的望远镜,任务将十分艰巨。例如,目前正在研究的一个概念,称为LUVOIR,将比JWST的反射镜大得多。

任何直接成像望远镜项目都需要花费数十亿美元才能启动,美国国会可能很难批准,特别是考虑到JWST的延期和成本超支。与此同时,特朗普政府已经提议取消WFIRST望远镜,理由是该项目的成本超支,这将有助于测试日冕仪技术。但系外行星天文学家表示,他们乐观地认为这种性质的大型项目有朝一日会实现。 “与我们已经完成的目标相比,例如人类第一次登月,我认为这是一个雄心勃勃但可实现的目标。” Kreidberg说, “这是我们触手可及的。”

高迪也理解完成这样的任务挑战有多大。 但该报告仅仅是为了反映系外行星社区希望实现的目标。 不久,科学家们将齐聚一堂,优先考虑NASA应该资助的哪项任务,作为十年调查的巨大努力的一部分。 该报告将在建议执行哪些任务时考虑财务现实。

但高迪希望立法者能够看到像这样雄心勃勃的使命的重要性。 “就财政能力而言,这些任务并非立即可用。”他说,“这只是我们必须做的事情。 我们认为现在进行这些任务的时机非常成熟,我们可以在下一代得到这个深奥问题的答案。”

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