恒星罩如巨型太陽(yáng)傘 遮擋星光探索外星生命

這是在地面展開(kāi)來(lái)的用以支撐“恒星罩”的部件結(jié)構(gòu)

為了探索宇宙中的類地行星及行星上的生命跡象，美國(guó)宇航局科學(xué)家計(jì)劃研制一種被稱為“恒星罩”的奇特裝置。這個(gè)花形奇特裝置像一頂巨型深空太陽(yáng)傘，一旦與太空望遠(yuǎn)鏡一同發(fā)射升空抵達(dá)深空預(yù)定位置就會(huì)自動(dòng)伸展打開(kāi)，阻斷來(lái)自恒星的光線，以利太空望遠(yuǎn)鏡對(duì)恒星周圍光線微弱的行星進(jìn)行觀測(cè)探索。目前“恒星罩”尚處于試驗(yàn)階段，如果項(xiàng)目資金充足并能良好推進(jìn)，美國(guó)宇航局預(yù)計(jì)將于2026年發(fā)射升空“恒星罩”。

尋找外星生命已不再是小報(bào)素材了。在過(guò)去的數(shù)年中，天文學(xué)家通過(guò)不斷的探索，在太陽(yáng)系外發(fā)現(xiàn)了成千上萬(wàn)顆行星，這意味著整個(gè)宇宙都充斥著星球世界——每顆恒星平均至少有一顆行星。既然在浩瀚的宇宙中存在著如此繁多的行星，那么這些行星中很可能會(huì)有外星生命。

在“恒星罩”測(cè)試中，遙遠(yuǎn)星光的明晃刺眼，這顯示對(duì)恒星附近狀況進(jìn)行細(xì)致入微的觀測(cè)非常不易

天文學(xué)家甚至猜想，宇宙中是否還存在一顆跟地球一樣的“孿生”行星。這么一想起來(lái)，搜尋外星生命就變成令人心旌蕩漾且充滿向往的科學(xué)之旅了。美國(guó)宇航局太陽(yáng)系外行星探測(cè)計(jì)劃分析小組首席科學(xué)家尼克-西格勒宣稱：“如今，我們不再問(wèn)‘太陽(yáng)系外存在行星嗎？’，而是要問(wèn)‘這些系外行星上存在生命嗎？’這是美國(guó)宇航局科學(xué)探索理念的一個(gè)重大轉(zhuǎn)變，它意味著科學(xué)家將致力于搜索系外行星上的生命跡象，以及行星科學(xué)世界中可能發(fā)生的事情?！?/p>

然而，這些系外行星距離我們數(shù)百萬(wàn)英里遠(yuǎn)。問(wèn)題來(lái)了，如何觀測(cè)這些行星并探測(cè)生命跡象，特別是如果它們還不是智慧生命呢？上周，英國(guó)廣播公司“背后的天才”系列節(jié)目講述了這樣一個(gè)故事：科學(xué)家薩拉-西格爾致力于在另一顆地球上尋找生命的跡象。故事中，科學(xué)家西格爾篤定認(rèn)為，尋找外星生命跡象的關(guān)鍵在于細(xì)致觀測(cè)、認(rèn)真梳理外星世界的大氣。

測(cè)試“恒星罩”比最終版本小很多，科學(xué)家用它在沙漠中進(jìn)行技術(shù)試驗(yàn)

為了實(shí)現(xiàn)科學(xué)夢(mèng)想，西格爾等研究人員使用一個(gè)被稱為“恒星罩”的奇特花形裝置。這個(gè)奇特裝置像一頂巨型太空陽(yáng)傘，可以阻斷來(lái)自恒星的光線，以利望遠(yuǎn)鏡規(guī)避恒星射線，深空探測(cè)繞軌道運(yùn)行的行星，以期發(fā)現(xiàn)外星生命跡象。

目前就職于麻省理工學(xué)院的西格爾表示：“如果我們想在不久的將來(lái)，比方說(shuō)十年或二十年后，發(fā)現(xiàn)一個(gè)地球真正的孿生行星，就必須制造出這樣一個(gè)‘恒星罩’。我們之所以要這么做，是因?yàn)轭愃铺?yáng)的恒星比地球大小的行星要明亮100億倍，窺測(cè)到諸如微生物形態(tài)生命信號(hào)的唯一希望就是：阻斷來(lái)自恒星的強(qiáng)烈光線，以便天文望遠(yuǎn)鏡直接對(duì)深空中的行星進(jìn)行觀測(cè)?！?/p>

這一策略與天文學(xué)家迄今為止發(fā)現(xiàn)并研究行星的主要手段有著本質(zhì)的區(qū)別。由于行星距離遙遠(yuǎn)，體積較小且光芒微弱，天文學(xué)家對(duì)絕大多數(shù)行星的探測(cè)都是間接的，例如探測(cè)當(dāng)行星從恒星前面通過(guò)時(shí)星光的減弱，或者測(cè)量當(dāng)行星引力發(fā)生拖拽時(shí)恒星的不穩(wěn)定情況。

在沙漠試驗(yàn)中，科學(xué)家對(duì)恒星進(jìn)行模擬，并利用這項(xiàng)技術(shù)看到遠(yuǎn)處的一小束光

但是，尋找外星生命需要一種全新的策略手段。科學(xué)家希望鑒別出行星大氣中的氣體成分，探測(cè)其中能證實(shí)生命存在的化學(xué)物質(zhì)，例如占地球大氣20%的氧氣。西格爾指出：“沒(méi)有生命，如植物或光合細(xì)菌，我們就不可能擁有氧氣，可以說(shuō)氧氣是最有前景的生物特征之一。既然地球上的生命能產(chǎn)生各種氣體，那么外星生命或許能產(chǎn)生更為復(fù)雜多樣的氣體。

目前，我們所面臨的挑戰(zhàn)是，如何確定這些化學(xué)物質(zhì)是否為生物起源物?！北M管迄今為止還沒(méi)有人發(fā)現(xiàn)過(guò)外星生命跡象，但是天文學(xué)家已能敏銳地嗅出一些行星大氣。當(dāng)行星從恒星前面通過(guò)時(shí)，星光穿透包裹行星的氣體層，大氣分子會(huì)因其所含化學(xué)物質(zhì)的不同，而吸收不同波長(zhǎng)的光。通過(guò)測(cè)量這些被吸收的光波長(zhǎng)，天文學(xué)家能夠確定大氣中的氣體成分。

計(jì)劃于2018年發(fā)射升空的“詹姆斯-韋伯”大型太空望遠(yuǎn)鏡將利用這種技術(shù)解決大氣化學(xué)成分問(wèn)題，甚至還能探測(cè)到生物特征。然而，該探測(cè)手段僅適應(yīng)于諸如M矮星這種小型恒星周圍的行星系統(tǒng)，不適應(yīng)類似太陽(yáng)這種大型恒星周圍的行星系統(tǒng)。鑒于這一問(wèn)題，西格爾等天文學(xué)家就需要制做真正的“恒星罩”。

“恒星罩”與太空望遠(yuǎn)鏡一同發(fā)射升空，一旦抵達(dá)深空中的預(yù)定位置，它就會(huì)自動(dòng)打開(kāi)，伸展開(kāi)后直徑達(dá)34米?！昂阈钦帧钡幕ò瓿上裉甑兑粯愉h利，能夠清除衍射效應(yīng)，即光波遇到罩的邊緣后發(fā)生不同程度的彎散傳播。之后“恒星罩”與太空望遠(yuǎn)鏡分離，間距大約為5萬(wàn)公里。

科學(xué)家模擬“恒星罩”在數(shù)百萬(wàn)英里外觀測(cè)太陽(yáng)系的情形

要做到這些，實(shí)屬不易。盡管如此，研究人員還是決定將這一理念付諸實(shí)踐，在沙漠中進(jìn)行試驗(yàn)，使用一盞燈、一個(gè)模型恒星罩和一臺(tái)照相機(jī)。作為“恒星罩”項(xiàng)目的主要負(fù)責(zé)人，普林斯頓大學(xué)科學(xué)家杰瑞姆-卡斯汀利用迷你模型進(jìn)行了多次實(shí)驗(yàn)室測(cè)試：設(shè)備伸展范圍達(dá)78米，其中“恒星罩”寬僅5厘米。如果該項(xiàng)目資金充足并能良好推進(jìn)，美國(guó)宇航局將于2026年發(fā)射升空“恒星罩”。

卡斯汀表示：“目前，我們?cè)谕瓿伞阈钦帧蝿?wù)中未發(fā)現(xiàn)任何技術(shù)障礙，因此它有望于2020年左右發(fā)射升空?！辈贿^(guò)，“恒星罩”并非唯一阻斷星光的手段，它或許會(huì)與廣域紅外線巡天望遠(yuǎn)鏡一同發(fā)射。廣域紅外線巡天望遠(yuǎn)鏡是新一代太空望遠(yuǎn)鏡，搭載有日冕觀測(cè)儀，可從望遠(yuǎn)鏡內(nèi)部阻斷星光。西爾格解釋說(shuō)：“我們需要多種探測(cè)手段，以防其中一個(gè)失靈?！?/p>

日冕觀測(cè)儀是一種試驗(yàn)測(cè)試技術(shù)，最初研發(fā)于20世紀(jì)30年代，被用來(lái)研究太陽(yáng)外層被稱為“日冕”的部分，也有可能發(fā)現(xiàn)地球的孿生行星。不過(guò)，西格爾表示這項(xiàng)技術(shù)還不成熟。日冕觀測(cè)儀是一項(xiàng)復(fù)雜設(shè)備，脆弱易碎，易受太陽(yáng)高熱以及望遠(yuǎn)鏡反應(yīng)輪震動(dòng)的影響。一旦望遠(yuǎn)鏡失衡，零散的星光就會(huì)進(jìn)入照相機(jī)設(shè)備，導(dǎo)致觀測(cè)失敗。

雖然變形反射鏡可以抵消光線變形，但是現(xiàn)有的觀測(cè)系統(tǒng)無(wú)法在一片星光中找到地球大小的行星。然而，在“恒星罩”幫助下，望遠(yuǎn)鏡就不會(huì)再接觸到星光。這樣一來(lái)，科學(xué)家就可以選擇使用相對(duì)簡(jiǎn)單的小型望遠(yuǎn)鏡，它們價(jià)格更低廉且易于制造。又或許，“恒星罩”將不需要其自身的望遠(yuǎn)鏡，而可以依賴廣域紅外線巡天望遠(yuǎn)鏡工作。

如此一來(lái)，科學(xué)家搜尋地球?qū)\生行星的行動(dòng)計(jì)劃就要開(kāi)始升溫?？ㄋ雇≌f(shuō)：“搜尋探索與地球類似大小的行星具有重大的科學(xué)意義，不過(guò)我們的最終目標(biāo)還是找到類地行星?！比绻嬗心敲匆惶?，人類就能解開(kāi)類地行星是否宜居之謎，而“恒星罩”將功不可沒(méi)