中国科学家提出寻找地球2.0计划:拟探测距地球32光年的100个恒星
“首先,想看到凌星现象,对行星的公转轨道有特殊要求,行星需要正好通过恒星朝向地球的方向,几乎在观测者的视线方向;但行星的轨道是随机分布的,所以有的空间望远镜探测到的凌星的发生概率只有千分之五。其次,恒星光度减弱变暗,有可能是由于恒星的黑子或恒星活动等引起的,因此凌星法还需要地面其他探测方法证认。所以即便目前‘苔丝’观测到近4000个行星候选体,但能证认的只有200多颗行星。第三,凌星法仅能测出行星的半径,无法直接给出行星的质量,而行星质量是刻画地球2.0的关键参数。”季江徽说。
创新探测方法,CHES探测精度将达微角秒级
与苔丝等卫星采用凌星探测方法不同,CHES计划将采用空间微角秒级别的高精度天体测量法,精确测量一颗目标恒星和6-8颗参考恒星之间的微角秒级别的星间距,这一细微的变化反映了目标恒星因其绕转行星的引力扰动而引起的非常微小的摆动。
“通俗地说,如果一颗恒星周围存在行星,行星会使恒星产生一个小幅度的周期性摆动。排除恒星自身运动后,恒星摆动幅度越小,说明其周围行星的质量越小,反之亦然。通过观测恒星位置的微小变化,就能发现恒星周围是否存在宜居行星,并算出它们的真实质量和轨道参数。”季江徽说。
在浩瀚宇宙中探测“地球2.0”,需要一双明察秋毫的眼睛。季江徽表示,CHES的科学载荷是一台口径为1.2米、焦距为36米的高像质、低畸变、高稳定光学望远镜,可实现全视场近衍射极限成像。
系外行星艺术构想图。
根据计划,CHES空间望远镜将被送入日地系统第二拉格朗日点的Halo轨道,并在该轨道维持至少5年的稳定运行时间,期间将对100颗类太阳型恒星进行科学探测,其中每颗恒星观测不少于50次,预计发现约50颗类地行星。
CHES的探测精度将达到前所未有的微角秒级,季江徽打了个比方,“这相当于在地球上看向月球,分辨出放在月球上的一元硬币的边缘。”他说,CHES团队经过多年的努力,在微像素星间距测量等关键技术上取得了突破,可以满足宜居行星的探测精度要求。如果CHES得到立项,将是国际上首次利用高精度天体测量法专门寻找宜居行星的空间探测任务。
季江徽表示,这一任务除了探测宜居行星外,对于暗物质、黑洞等前沿科学研究也会作出相应的贡献。
如果CHES能成功 “捕捉”到这些类地行星的轨迹,如何判断它们会不会成为宜居的“天选之子”?季江徽解释,“除了判断行星的质量、是否宜居,还要看它们是否有水、氧气,看看这些行星与已经发现的行星有何差异等。”此外,生命的稳定存在还有许多其他条件,如以供生命产生的足够长的恒星和行星寿命,适宜的恒星光度、稳定的近圆行星轨道和自转倾斜度、合适的行星大气和行星磁场等。
距离地球32光年的宜居带类地行星,人类又如何能够抵达?季江徽畅想,“这首先需要星际航行能力的加持,例如飞行速度可能需要达到亚光速,此外也需要了解这些行星的分布情况,这需要对距离地球32光年的类太阳型恒星,进行全面‘星际普查’,为人类的未来发展拓展空间。”