天文學家研製恆星罩：遮擋星光探索外星生命

新浪科技訊 北京時間11月23日消息，據國外媒體報導，為了探索宇宙中的類地行星及行星上的生命跡象，美國宇航局科學家計劃研製一種被稱為“恆星罩”的奇特裝置。這個花形奇特裝置像一頂巨型深空太陽傘，一旦與太空望遠鏡一同發射升空抵達深空預定位置就會自動伸展打開，阻斷來自恆星的光線，以利太空望遠鏡對恆星周圍光線微弱的行星進行觀測探索。目前“恆星罩”尚處於試驗階段，如果項目資金充足並能良好推進，美國宇航局預計將於2026年發射升空“恆星罩”。

尋找外星生命已不再是小報素材了。在過去的數年中，天文學家通過不斷的探索，在太陽系外發現了成千上萬顆行星，這意味整個宇宙都充斥星球世界——每顆恆星平均至少有一顆行星。既然在浩瀚的宇宙中存在如此繁多的行星，那麼這些行星中很可能會有外星生命。天文學家甚至猜想，宇宙中是否還存在一顆跟地球一樣的“孿生”行星。這麼一想起來，搜尋外星生命就變成令人心旌蕩漾且充滿嚮往的科學之旅了。美國宇航局太陽系外行星探測計劃分析小組首席科學家尼克-西格勒宣稱：“如今，我們不再問‘太陽系外存在行星嗎？’，而是要問‘這些系外行星上存在生命嗎？’這是美國宇航局科學探索理念的一個重大轉變，它意味科學家將致力於搜索系外行星上的生命跡象，以及行星科學世界中可能發生的事情。”

然而，這些系外行星距離我們數百萬英裏遠。問題來了，如何觀測這些行星並探測生命跡象，特別是如果它們還不是智慧生命呢？上周，英國廣播公司“背后的天才”系列節目講述了這樣一個故事：科學家薩拉-西格爾致力於在另一顆地球上尋找生命的跡象。故事中，科學家西格爾篤定認為，尋找外星生命跡象的關鍵在於細緻觀測、認真梳理外星世界的大氣。為了實現科學夢想，西格爾等研究人員使用一個被稱為“恆星罩”的奇特花形裝置。這個奇特裝置像一頂巨型太空陽傘，可以阻斷來自恆星的光線，以利望遠鏡規避恆星射線，深空探測繞軌道運行的行星，以期發現外星生命跡象。目前就職於麻省理工學院的西格爾表示：“如果我們想在不久的將來，比方十年或二十年后，發現一個地球真正的孿生行星，就必須製造出這樣一個‘恆星罩’。我們之所以要這麼做，是因為類似太陽的恆星比地球大小的行星要明亮100億倍，窺測到諸如微生物形態生命信號的唯一希望就是：阻斷來自恆星的強烈光線，以便天文望遠鏡直接對深空中的行星進行觀測。”

這一策略與天文學家迄今為止發現並研究行星的主要手段有本質的區別。由於行星距離遙遠，體積較小且光芒微弱，天文學家對大多數行星的探測都是間接的，例如探測當行星從恆星前面通過時星光的減弱，或者測量當行星引力發生拖拽時恆星的不穩定情況。但是，尋找外星生命需要一種全新的策略手段。科學家希望鑒別出行星大氣中的氣體成分，探測其中能證實生命存在的化學物質，例如占地球大氣20%的氧氣。西格爾指出：“沒有生命，如植物或光合細菌，我們就不可能擁有氧氣，可以氧氣是最有前景的生物特徵之一。既然地球上的生命能生各種氣體，那麼外星生命或許能生更為複雜多樣的氣體。目前，我們所面臨的挑戰是，如何確定這些化學物質是否為生物起源物。”盡管迄今為止還沒有人發現過外星生命跡象，但是天文學家已能敏地嗅出一些行星大氣。當行星從恆星前面通過時，星光穿透包裹行星的氣體層，大氣分子會因其所含化學物質的不同，而吸收不同波長的光。通過測量這些被吸收的光波長，天文學家能夠確定大氣中的氣體成分。

計劃於2018年發射升空的“詹姆斯-韋伯”大型太空望遠鏡將利用這種技術解決大氣化學成分問題，甚至還能探測到生物特徵。然而，該探測手段僅適應於諸如M矮星這種小型恆星周圍的行星系統，不適應類似太陽這種大型恆星周圍的行星系統。鑒於這一問題，西格爾等天文學家就需要製做真正的“恆星罩”。“恆星罩”與太空望遠鏡一同發射升空，一旦抵達深空中的預定位置，它就會自動打開，伸展開后直徑達34米。“恆星罩”的花瓣成像剃刀一樣鋒利，能夠清除衍射效應，即光波遇到罩的邊緣后發生不同程度的彎散傳播。之后“恆星罩”與太空望遠鏡分離，間距大約為5萬公里。

要做到這些，實屬不易。盡管如此，研究人員還是決定將這一理念付諸實踐，在沙漠中進行試驗，使用一盞燈、一個模型恆星罩和一台照相機。作為“恆星罩”項目的主要負責人，普林斯頓大學科學家傑瑞姆-卡斯汀利用迷你模型進行了多次實驗室測試：設備伸展範圍達78米，其中“恆星罩”寬僅5厘米。如果該項目資金充足並能良好推進，美國宇航局將於2026年發射升空“恆星罩”。卡斯汀表示：“目前，我們在完成‘恆星罩’任務中未發現任何技術障礙，因此它有望於2020年左右發射升空。”不過，“恆星罩”並非唯一阻斷星光的手段，它或許會與廣域紅外線巡天望遠鏡一同發射。廣域紅外線巡天望遠鏡是新一代太空望遠鏡，搭載有日冕觀測儀，可從望遠鏡內部阻斷星光。西爾格解釋：“我們需要多種探測手段，以防其中一個失靈。”

日冕觀測儀是一種試驗測試技術，最初研發於20世紀30年代，被用來研究太陽外層被稱為“日冕”的部分，也有可能發現地球的孿生行星。不過，西格爾表示這項技術還不成熟。日冕觀測儀是一項複雜設備，脆弱易碎，易受太陽高熱以及望遠鏡反應輪震動的影響。一旦望遠鏡失衡，零散的星光就會進入照相機設備，導致觀測失敗。雖然變形反射鏡可以抵消光線變形，但是現有的觀測系統無法在一片星光中找到地球大小的行星。然而，在“恆星罩”幫助下，望遠鏡就不會再接觸到星光。這樣一來，科學家就可以選擇使用相對簡單的小型望遠鏡，它們價格更低廉且易於製造。又或許，“恆星罩”將不需要其自身的望遠鏡，而可以依賴廣域紅外線巡天望遠鏡工作。

如此一來，科學家搜尋地球孿生行星的行動計劃就要開始升溫。卡斯汀：“搜尋探索與地球類似大小的行星具有重大的科學意義，不過我們的最終目標還是找到類地行星。”如果真有那麼一天，人類就能解開類地行星是否宜居之謎，而“恆星罩”將功不可沒。(彬彬)