探尋“下一個地球”的新方法

　　SETI計劃 （圖片來源：科技日報）

　　核動力火箭 （圖片來源：科技日報）

　　攝星計劃 （圖片來源：科技日報）

　　開普勒望遠鏡 （圖片來源：科技日報）

　　月球基地 （圖片來源：科技日報）

（圖片來源：科技日報）

　　1992年，第一顆圍繞恆星運轉的系外行星被發現，自此人類開始大規模鋪就行星搜索之路，積極確認著地球的“同類”。但那些系外行星，隻要居住在幾光年或者幾十光年外就已經算是“近鄰”了，大部分距離我們動輒幾百上千光年遠，這給人類的好奇心蒙上一層陰影。我們的“觸角”顯然夠不到那麼遠，不過，我們的“視野”卻可以。

　　現今，科技進步讓人們掌控了多樣化的觀測手法，也使我們得以快速發現大量系外行星。脈沖星計時法、凌日法、重力微透鏡法和徑向速度法等手段已問世多年，傳統而精確。

　　譬如，目前為止，確認行星最具有成效的徑向速度法，就在今年向世人展示了其發現比鄰星b的“穩准狠”——該發現源於比鄰星有時會以每小時5公裡的速度靠近地球，有時又以相同速度遠離地球，天文學家由此推算出徑向速度的重復周期為11.2天，並進一步分析出，造成這種結果的原因，可能是存在著一顆質量約為地球1.27倍的行星，從而讓比鄰星b露出了馬腳。

　　但除了傳統型算法外，還有不少新穎且有代表性的手段正在向系外行星招手，其中一些仍處於萌芽中，另一些已然為人們奉上碩果。

　　方法一：巨型望遠鏡“直接拍照”

　　安裝在拉斯坎帕納斯天文台的巨型麥哲倫望遠鏡，有著四塊直徑為27英尺的大型鏡面，而它僅僅只是三台巨型望遠鏡中的一個。當整個觀測系統在2020年投入使用時，其直徑或將達到驚人的22米。不過，這還不足為奇，另一個項目小組已經在夏威夷建造直徑30米的望遠鏡。當然，以上這些在直徑39米、同樣坐落在智利安第斯山脈的歐洲超大型望遠鏡面前，都不算個事。

　　日趨大型化的望遠鏡，毫無疑問增強了人們發現新行星的能力。我們將不僅通過高分辨率的近紅外望遠鏡觀測目標行星的大氣成分，甚至有可能發現正在進化中的智慧生命。

　　這種“直接成像”手法原則上是觀察系外行星的最重要方式，但該法要求行星的自身尺寸要足夠巨大，與恆星的距離還不能近到被其光芒所掩蓋——因此更是對技術的巨大挑戰，非常不易實現。實際上，所有人類迄今已確認的太陽系外行星中，能直接確認其形態的少之又少，大部分都是間接推測出來的。

　　方法二：利用狹義相對論算法

　　這是系外行星探索“技術庫”裡增添的一個新手段。

　　從效果上來說，並沒有任何方法比直接發射飛行器到太空中進行觀測更好。但正如以色列特拉維夫大學和美國哈佛大學的一個聯合小組曾經做過的那樣，新方法同樣也可以讓人們收獲意外驚喜。借助由狹義相對論的規則發展而來的方法“BEER”，即通過觀察行星圍繞恆星運行時產生的“聚束效應（BE）、橢球形拉伸（E）以及行星反光（R）效應”來發現行星存在的方法，他們成功利用開普勒望遠鏡提供的數據，發現了一顆新的熱木星。

　　這種方法也曾令開普勒太空望遠鏡獲得了新生，因為其原理就是觀測行星繞行過恆星正面時后者亮度發生的變化。依照“BEER”，美以聯合小組觀察到恆星“開普勒-76”亮度發生的細微變化，並判斷是由一顆不可見的行星衛星運行經過時所導致，最終發現了行星“開普勒76-b”。

　　方法三：在月球基地瞭望遠方

　　“坐地觀天”可以使我們建造越來越巨型的望遠鏡，但缺點是大氣會帶來很多干擾，而這也正是軌道太空望遠鏡廣受歡迎的原因。

　　其實，從太空中觀測的方式有很多，除了直接在軌道放置太空望遠鏡，也有科學家建議在大氣稀薄的月球上建立觀測基地。當然，這意味著人類必須花費力氣再次登陸月球，親自用雙手來完成相關建設工作。不過一旦付諸實施，我們所獲得的回報將是更加深遠與清晰的“視線”。

　　2016年3月，歐洲空間局毫不掩飾地宣布了自己想建立月球永久基地的計劃﹔今年8月，美國私人航天公司“月球捷運”表示，將獨立開展登月活動——這也是商業實體首次獲准前往外太空目的地，他們打算開通到月球的貨物“快遞”業務，在月球上開採水和其他資源，並將這些資源轉化為燃料出售給太空探險者。可見，盡管NASA官方任務表裡“重返月球”計劃被遺棄，但不代表美國人就要放棄未來的月球基地。而這一基地一旦落月生根，更深遠的太空探索指日可待。

　　方法四：遮蔽器幫助拍攝

　　在目前已知的系外行星中，絕大部分都是通過數學、物理等理論方法發現的，很少有直接觀測到的成果，其根本原因在於，要從其繞行恆星散發出的強烈光芒中挑出行星的單獨影像極為困難——目標行星距離我們過於遙遠，其反射的光在被望遠鏡接收之前，就常被臨近的恆星光芒所干擾。

　　麻省理工學院的研究人員決心克服這一難題，以提高可“直接看到”的行星比例。他們的方式是制作一扇能夠置於望遠鏡鏡頭正前方、外形類似向日葵般的遮蔽裝置，這種裝置在太空中展開后，能夠自動將自身的位置精確固定在太空望遠鏡與被觀測的行星之間，當望遠鏡進行工作時，星光抑制器即可阻擋或過濾掉多余的、產生干擾的恆星光芒進入鏡頭，從而令行星反射的光更加明顯和突出。

　　在它的幫助下，天文學家就可以操控望遠鏡拍攝到清晰程度前所未有的系外行星圖像，進而研究它們中是否存在與我們類似的生命。簡而言之，其原理很像人們在烈日下常用手搭涼棚的方式，來看清遠方的事物。

　　方法五：光散射技術成就“激光梳”

　　這是一種可以幫助人們利用地基望遠鏡找尋新行星的工具，其秘密在於觀察行星與所屬恆星之間的引力作用。

　　“激光梳”實際算不上一種嶄新的方法，這裡所謂的“新”，其實是指當前的精准程度已遠超過去。借助激光及其衍生的原子鐘，天文學家們能夠精確獲得有關距離的數據。

　　隨著光散射技術的成熟，“激光梳”逐漸成為精確測量多普勒效應的主要工具。它將光線散射，使用大型質譜儀進行分析。在地面望遠鏡越來越先進的前提下，人們已經能夠用其找尋類似海王星的新行星。

　　方法六：抓住瞬息即逝的閃光

　　荷蘭有一個肩負多項研究任務的無線電天文望遠鏡陣列，名為低頻搜索與測距望遠鏡。其囊括的一個任務便是監測遠地類木行星上發生的類似極光之類的閃光事件。通常情況下，這些持續時間極短、非常明亮的射電現象來自脈沖星，持續時間甚至小於千分之一秒，起源點距離銀河系非常遙遠。

　　雖然目前這種技術隻能支持觀測距離我們與木星一樣遠的氣態行星，但科學家認為，它同樣可以作為研究類似太陽系的恆星系統的手段之一。

　　方法七：嘗試發現其他磁場

　　如果真的存在“下一個地球”，那麼它一定有保護生命免受宇宙輻射傷害的手段。磁場就是其中之一，這有望成為人類發現新行星的方法。

　　關於行星磁場我們所知甚少。其實，除地球外，目前人類對其他行星的一切都隻有零星的初步認知。不過，由於空間探測技術的發展，情況正在迅速改變。到目前為止，人類已對太陽系內的水星、金星、火星、木星和土星的磁場進行了空間探測。以此類推，通過尋找磁場遭遇恆星風時弓形激波間的相互作用，科學家們就有望找到地球的同類。

　　方法八：接收來自地外文明的信號

　　與以上辦法相比，最后這種做法有些另類，因為它的前提是：堅信外星智慧生物存在。

　　2015年5月，俄羅斯天文學家稱“俄羅斯科學院射電望遠鏡-600”（RATAN-600）探測到的波長為2.7厘米、波束寬度水平方向大約20弧度秒、垂直方向大約2弧度分的無線電信號，來源於武仙星座內HD164595恆星系，距地球大約95光年，這意味著那裡可能存在外星文明。然而，今年8月底，美國科學家動用艾倫射電望遠鏡陣列，連續兩天搜尋相關信號，卻沒有得到令人滿意的結果——這一信號被無情地否定。

　　向俄羅斯天文學家“潑冷水”的，正是活躍在大眾視野裡的“搜索外星文明”（SETI）項目，該團隊除了試圖通過分析阿雷西博射電望遠鏡採集的無線電信號，搜尋証實外星智能生物存在的証據，還嘗試給無線電編碼並試圖發送到太陽系外。這一做法究竟是聰慧還是愚蠢？似乎沒有答案比知曉結果更令人安心。（張夢然）