天博发现我们的近邻—新闻—科学网

人类于宇宙中是独一的吗？这个间接打击魂灵的问题自从提出，就始终困扰着人类，出格是那些无时不存眷着宇宙以及太空的天文学家们。不久前，于第六届世界闻名的星乐论坛（STARMUSVI）上，我与老伴侣、曾经因发明以及确认第一颗系生手星在2019年得到诺贝尔物理学奖的瑞士天文学家米歇尔 马约尔（Michel Mayor），谈起了这个问题。

咱们回首了人类今朝已经经取患上的结果 由美国2009年发射的开普勒规划，已经发明了数千颗系生手星，此中有许多还被由马约尔带领的课题组的地面千里镜所确认。可是，于这些系生手星中，尚未一颗是真正以及咱们地球相似的类地行星。咱们以为，于回覆 人类是否独一 的问题上，另有一个很主要的问题亟待解决：咱们没有对于太阳系四周的那些恒星举行过普查。这也是咱们最需要回覆的问题：咱们有无近邻？

那为何不先寻觅一下太阳系四周那些恒星呢？这就不能不注释下此刻用到的探测系生手星的几种要领。

于太空千里镜最先这项事情以前，人类是用地面千里镜来寻觅系生手星的，也就是马约尔传授牵头最先的摸索性事情。这类要领称为 视向速率法 。简朴来讲，就是用地面千里镜注视一个恒星，丈量其光谱的多普勒频移变迁。假如这个光谱呈现周期性的频次变迁，就注解这个恒星遭到了它四周行星的引力扰动，其变迁周期就正好是这颗行星缭绕其公转的周期，好比数天、数十天等。这类要领最合适丈量行星轨道面（恒星周围行星体系的黄道面）正幸亏地球到阿谁恒星的视野标的目的上的行星。由于只要如许，其多普勒频移才呈现最年夜值，才气被咱们不雅测到。固然，于发明这个多普勒频次变迁周期以前，咱们其实不知道哪一个恒星的行星轨道面正幸亏这个标的目的上，以是马约尔传授他们于发明第一个系生手星以前，曾经不雅测过许多个恒星，并屡次革新光谱丈量的精度，终究于1995年发明了第一个缭绕近似太阳的恒星公转的系生手星（51 Pegasi b），并在2019年得到诺贝尔物理学奖。

另外一个发明系生手星的要领更为间接 不雅测行星颠末恒星前面时对于光通量的遮挡，称为 凌星法 。因为凌星惹起的恒星光度的变迁很是幽微，于地面上不雅测又会遭到年夜气湍流的影响，没法实现切确的不雅测，必需发射太空千里镜。为此，美国国度航空宇航局（NASA）在2009年发射了第一个用在此目的太空千里镜开普勒（Kepler）规划。至2018年使命终止，该规划共发明了6000多颗候选系生手星，此中3000多颗已经经获得了确认。然而，最年夜的问题是这些行星间隔咱们都很远很远，100光年之内的少之又少；与地球近似的岩石类行星少之又少；宿主恒星与太阳相似、同时行星又与地球相似，照旧咱们近邻的行星底子没有。

这与 凌星法 必需要求行星轨道面与咱们看到它们的视野靠近平行，并发生凌星征象有关。由于于咱们太阳系的四周，可以或许满意这个前提的恒星太少了。

那到底有无更好的措施来发明系生手星呢？有，这就是天体丈量法。由我国科学家提出的近邻宜居行星巡天规划（Closeby Habitable Exoplanet Survey,CHES）接纳的就是这个要领。这一规划属在中国科学院先导专项配景型号，今朝已经经冲破了要害技能研发。

一颗恒星，遭到其周围行星的扰动，位置必然会发生周期性变迁，这个变迁发生于由行星与恒星运动界说的一个二维平面内，即阿谁行星轨道面内。从太阳系看已往，不管该行星轨道面是于哪一个标的目的上，其扰动城市被咱们看到 假如行星轨道面正幸亏咱们视野标的目的上，咱们看到的将是一个一维的运动；假如行星轨道面刚好面向咱们视野标的目的，咱们看到的将是一个二维的运动。是以，这类探测要领凡是不会遗漏任何行星体系。

问题是，咱们能看到这个微小的变迁吗？天体丈量就是要解决这个问题。

第一步，咱们要于被不雅测恒星的视野标的目的周围找到几颗参考星。之以是管它们叫 参考星 ，其实不是由于它们不动（由于所有恒星可能都有行星体系，是以其位置也城市被扰动），而是由于它们比被不雅测的方针恒星离咱们更远。也就是说，它们的微小位置变迁，不影响对于被不雅测恒星的位置的丈量。

第二步，咱们用各类技能来解决切确丈量的问题。起首，对于被不雅测的这几颗恒星（包孕近邻的方针恒星以及远处的参考星）举行定位。这些恒星的光斑，每个落于千里镜成像半导体器件上后，凡是都要笼罩数十个分辩单位。那末，恒星的位置怎样确定呢？是简朴的选择最中间的一个吗？不是。最佳的措施是经由过程软件来计较光斑的中央于哪里，称为 质心定位（Centroiding） 。今朝，于地面试验室真空前提下，切确度已经经到达了十万分之一的分辩单位。这就可以满意用丈量方针恒星与参考星之间间隔变迁，来发明方针恒星周围行星的要求了。其次，千里镜需要具备很是高的机械以及温度不变性。这个经由过程航天项目中已经经成熟的温控技能、质料选择以及布局设计是可以到达的，并颠末了地口试验的验证。再次，为了更好地实现温度的不变节制，千里镜需要发射到日地体系的拉格朗日L2点，并朝违向太阳的标的目的不雅测。

CHES规划可以或许取患上甚么探测成果呢？起首，它会对于间隔太阳系100光年之内的约莫100颗与太阳相似的恒星举行普查。由于任何一颗方针恒星的行星体系中的所有行星（不管其行星轨道面的标的目的怎样）的品质、公转周期，城市表现于对于恒星的位置扰动上，以是这个规划是对�첩于近邻恒星的行星体系的周全普查。其次，经由过程3-5年的不雅测数据堆集，可以发明宜居带内的类地行星。由于CHES规划所选择的方针恒星都是太阳类型的，是以宜居带老手星的公转周期都应该与地球近似，约莫于1年摆布。堆集3年以上的数据，就会笼罩宜居带内险些所有的类地行星。

可见，CHES规划恰是要回覆 人类是否孤傲 、出格是回覆 咱们的近邻于哪里 问题所必需的。

回到我以及马约尔传授的谈话，他火急地但愿人类于寻觅类地行星方面尽快得到冲破。于评论辩论了几个正于论证的相干规划以后，他于我耳边小声说，但愿中国的CHES规划可以或许尽快立项实行，由于这是他最为看好的一个。

我越发期盼的是，假如CHES规划发明了或许只间隔地球十几个光年的、真正意思上的类地行星，也就是凡是所说的地球的兄弟后，咱们该怎样对于它开展进一步的探测，以至经由过程无线电旌旗灯号与那里可能存于的聪明生命举行点对于点的沟通？

（作者：吴季，系中国空间科学学会理事长，中国科学院国度空间科学中央研究员）

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