在實現星際飛行的宏偉夢想之前，突破攝星——由億萬富翁尤里·米爾納資助的私人專案，旨在進行高速機器人星際航行，並在一代人的時間內完成——必須首先找到目的地。
該專案的主要目標是三星系統半人馬座α星，我們最近的星際鄰居，距離僅略多於四光年。在其三顆恆星中，只有紅矮星比鄰星已知擁有一顆行星，一顆地球質量的世界，位於一顆近星軌道上，那裡可能存在液態水——以及我們所知的生命。天文學家已經計劃密切研究這顆行星，但由於其受到來自附近主恆星的強烈耀斑的轟擊，可能會發現它並不適宜居住。許多人認為，該系統中更大、更亮、更像太陽的恆星，即雙星半人馬座α星A和B，為類地世界提供了更好的前景，儘管之前所有在那裡的行星搜尋都一無所獲。徹底檢查這兩顆恆星需要昂貴的新儀器和世界上最好、最受歡迎的望遠鏡的多個夜晚——這些好處就像半人馬座α星的行星一樣難以捉摸。多年來，資源的相對匱乏使得半人馬座α星A或B周圍的任何世界對我們來說實際上是不可見的，迷失在這些恆星壓倒性的光芒中。
然而，在本十年末之前，它們可能會清晰可見。本週，米爾納的突破倡議組織宣佈與歐洲南方天文臺（ESO）建立合作伙伴關係，以儘早在2019年搜尋和成像半人馬座α星A和B的行星。這項合作關係中，突破組織出資購買了儀器升級和在ESO位於智利的甚大望遠鏡（VLT）上的觀測時間，金額未公開，這只是該組織更宏偉計劃的第一階段，該計劃旨在搜尋附近的恆星，尋找有希望的世界，以便其攝星探測器有朝一日可以訪問。
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“人類早就應該更好地瞭解其鄰近的恆星系統，並找出它是否包含更多行星，”米爾納說。“這項合作將開發最先進的儀器，以增強已經令人印象深刻的VLT，以追求共同的目標。” 突破組織的代表表示，該組織已經在討論增加南方半球其他天文臺以增強其搜尋能力，並且還在調查發射小型行星探測太空望遠鏡的可能性。
突破組織的豪賭
亞利桑那大學的天文學家奧利維爾·蓋昂幫助制定了突破組織的行星搜尋目標，他表示，米爾納的支援對於說服ESO和其他規避風險的公共機構冒險嘗試半人馬座α星至關重要。“這不僅僅是一位億萬富翁資助一些無人感興趣的東西；我們中的許多人多年來一直在推動這項工作，但沒有成功，因為這是一項昂貴且冒險的風險投資，”他說。“大多數人說我們可能找不到任何東西，但我認為無論如何我們都必須尋找，而突破組織正在提供足夠的資源並承擔足夠的風險來使其成為可能。”
來自NASA的行星搜尋開普勒任務和其他調查的數千個世界的統計資料表明，實際上所有恆星都應該擁有行星——可能百分之二十的類太陽恆星在“宜居帶”中擁有一顆行星，那裡的溫度可能允許我們所知的生命蓬勃發展。但同樣的統計資料也表明，行星在像半人馬座α星A和B這樣的雙星周圍不太常見，之前的研究在很大程度上排除了那裡存在像木星或海王星這樣的大型世界。所有這些可能意味著，即使搜尋完全找不到行星的可能性也大於一半，ESO科學主管馬庫斯·卡斯帕說。“但是[半人馬座α星A和B]周圍可能存在宜居行星，我們已經可以用當前的望遠鏡看到它們，所以我們將嘗試一下，”卡斯帕說。
卡斯帕說，透過突破組織的計劃升級，VLT可以在大約60小時的觀測中探測到半人馬座α星A或B宜居帶中大小為地球兩倍的行星。目前尚無人知曉這樣的“超級地球”會像我們自己的地球一樣成為一個宜居世界，還是一個無空氣的岩石或被氣體籠罩的微型海王星。可以肯定的是，在已經探測到的所有其他恆星周圍的世界中，這種中等大小的行星既是最豐富的，也是最神秘的。更重要的是，蓋昂和其他天文學家表示，進一步的、尚未獲得資助的升級也可能使VLT能夠窺探半人馬座α星中任何更小的、地球大小的行星。
斯坦福大學的天文學家布魯斯·麥金託什曾為突破組織提供諮詢，他說，即使那裡有行星可以被發現，“這將是一項艱難的測量，所以這是一個漫長的過程”。“對於這類事情，我總是有點悲觀——只觀察兩顆恆星，即使是像超級地球這樣的常見行星，也是一場賭博。”
假設這場賭博獲得了回報，並且VLT在我們最近的鄰近恆星系統中發現了一顆行星，那麼這一發現可能會催化人們對後續調查的興趣和跟進。研究半人馬座α星的行星可能會從邊緣愛好轉變為天文學的主流。其他在不同波長下執行的望遠鏡可能會嘗試揭示行星的確切軌道和大小，以及其主體成分和表面溫度。最終，一支新興的下一代天文臺艦隊甚至可以探測該世界是否具有所謂的“生物特徵”——例如氧氣和甲烷等氣體，無論如何，在地球上，這些氣體主要由生物體產生。當然，米爾納和他快樂的突破組織研究人員將努力向那裡發射機器人探測器。
來自旋渦的行星
VLT是一個龐大的研究綜合體，由四臺八米望遠鏡組成，每臺望遠鏡本身都將是世界一流的設施。鏡面小得多的望遠鏡將難以分辨出任何微弱的行星，它們像螢火蟲一樣在半人馬座α星的恆星周圍飛舞。但是，VLT作為全球地面天文學主力軍的地位並非僅僅歸功於龐大的硬體。它坐落在智利北部荒涼的阿塔卡瑪沙漠中一座山頂的高處，遠離光汙染的城市，並且遠高於大多數雲層和其他天氣模式。在沒有月亮的夜晚，遊客可能會在寒冷、稀薄的空氣和吞噬一切的黑暗中迷失方向並感到興奮，無數的星星像無名的巨獸一樣從天上的深處浮現出來，淹沒了星座。在那片異域太陽的海洋中，半人馬座α星的恆星——南方天空中最亮的恆星之一——像熟悉的、召喚的燈塔一樣閃耀。
為了瞥見半人馬座α星的行星，突破組織和ESO計劃升級一種名為VISIR（甚大望遠鏡中紅外成像儀和光譜儀）的儀器，該儀器在10微米的熱波長下掃描天空。在該波長下，一顆類似地球的行星會像燈泡一樣發光，儘管它仍然比其類太陽恆星暗數百萬倍——但這仍然比可見光下暗數十億倍要好。
一種稱為日冕儀的裝置可以內建到望遠鏡中，以阻擋來自遙遠恆星光芒的大部分光子，從而使來自行星的微弱光線進入望遠鏡的感測器並建立無眩光的影像。突破組織和ESO與比利時列日大學和瑞典烏普薩拉大學合作，計劃在VISIR上開發和安裝一種特殊的高對比度“旋渦”日冕儀。該裝置是一個釐米寬的合成金剛石圓盤，上面蝕刻著同心波紋，像開瓶器一樣扭曲星光，並將其漏斗到圓盤的邊緣。列日大學正在開發日冕儀的天文學家奧利維爾·阿布西爾說，這“使得能夠非常靠近恆星進行觀測，儘可能靠近望遠鏡的解析度所允許的範圍”。阿布西爾說，使用VLT上的VISIR，“我們將能夠首次釋放旋渦日冕儀的全部潛力”。
對於VLT的巨型八米鏡面之一，這樣的日冕儀將能夠相對清晰地觀察半人馬座α星A和B宜居帶中的溫暖行星。或者更確切地說，如果地球上會使星光模糊的大氣層不在那裡的話。現代天文臺使用“自適應光學”——計算機控制的可變形鏡面，每秒改變形狀數千次——來抵消大氣湍流對星光的最壞影響。VISIR在升級了日冕儀以及來自慕尼黑Kampf Telescope Optics的校準模組後，將安裝在VLT的八米4號單元望遠鏡上，該望遠鏡擁有天文臺最先進的自適應光學系統。
用於在VLT上成像半人馬座α星行星的相同技術可以想象地出口到配備自適應光學系統的其他大型南方望遠鏡，即雙子6.5米麥哲倫望遠鏡和8米雙子座南望遠鏡。這將加強搜尋，提高其靈敏度以及發現任何潛伏行星的可能性。突破組織的代表表示，該組織現在正在與這兩個天文臺的領導層討論合作事宜。“10微米VLT專案——以及麥哲倫/雙子座專案如果繼續進行——很可能是人類首次嘗試直接成像另一顆類太陽恆星周圍的類地行星，”加拿大國家研究委員會的天文學家和突破組織顧問克里斯蒂安·馬魯瓦說。“未來十年對於尋找宜居行星來說將是非常激動人心的，而半人馬座α星是第一個值得關注的恆星系統。”
可能的未來
在突破組織的地面工作之外，其他專案也可能揭示半人馬座α星的行星。新一代地面“極大望遠鏡”將在2020年代首次亮相。這些天文臺擁有超過30米寬的超大鏡面，可以在中紅外波長下相對容易地成像半人馬座α星的世界。這些巨型望遠鏡將建立在突破組織和其他組織現在正在開發的技術之上，並將有望探測行星大氣層中的生物特徵和其他氣體，以揭示它們是否宜居——甚至是否有人居住。
NASA的6.5米紅外詹姆斯·韋伯太空望遠鏡將於2018年發射，它也可能在中紅外範圍內監測該恆星系統——但可能不會。作為通用天文臺，韋伯有限的壽命中的大部分時間已經用於其他天文研究。此外，由於半人馬座α星A和B非常明亮且彼此靠近，韋伯的日冕儀只能阻擋一顆恆星的光線，而來自另一顆恆星的光線會在望遠鏡脆弱且不可修復的感測器上照射數十小時——任務操作員不太可能冒這個風險。
除此之外，其他天基資源可以在可見的反射光而不是紅外光下研究半人馬座α星——提供關鍵的多波長分析，可以確定任何已發現世界的真實性質。NASA的韋伯繼任者，一個名為WFIRST的2.4米太空望遠鏡計劃於2020年代中期發射，它有可能觀測半人馬座α星。但與韋伯一樣，它已經有了一整套其他研究優先事項，並且可能也會受到兩顆目標恆星的亮度和接近度的類似挑戰。
相反，在可見光中瞥見行星可能需要與政府資助的大型專案完全相反的東西。NASA艾姆斯研究中心的兩位科學家魯斯蘭·貝利科夫和愛德華多·本德克概述了小型太空望遠鏡的創新計劃，該望遠鏡配備半米鏡面，可以在本十年末之前發射，執行專門的任務，以獲取半人馬座α星行星的初步影像。這個概念的估計成本為數千萬美元，已被證明足夠有吸引力，足以引起私人投資者的關注。據報道，突破組織也在調查自己發起的小型太空任務，一臺致力於觀測半人馬座α星A和B擺動的望遠鏡，而不是直接成像行星。這種擺動是由看不見的世界的引力牽引產生的，可以用來確定每顆行星的精確質量和軌道，而無需首先拍攝行星肖像。
“我將所有這些努力都視為非常互補的，如果可以，我們應該全部都做，因為它們共同描繪了半人馬座α星周圍可能存在的任何行星的更完整的圖景，”貝利科夫說。“當然，我有一部分希望[我們的概念]是第一個，但這與我對那裡有什麼的好奇心以及任何方法的發現將帶來的好處相比，是微不足道的……我不認為這是一場競賽，而是一場集體的協同搜尋。當同事或朋友得分時，我會歡呼。”