在離我們最近的恆星系——半人馬座阿爾法星中，是否存在任何宜居世界？多年來，科學家們一直在努力回答這個問題，他們一直嘗試穿透兩顆類太陽恆星——半人馬座阿爾法星A和B——的強烈光芒，以尋找環繞行星的跡象（已知該系統的第三個成員，紅矮星比鄰星，至少擁有一顆伴星）。
揭示半人馬座阿爾法星行星隨從的科學回報可能是巨大的。這些恆星距離我們僅有四年多一點的光年，在宇宙距離中只是一小段距離，它們近在咫尺——就在我們的天體門前。那裡的任何行星都將是進一步研究的主要目標，但可能孕育生命的類地世界將是最偉大的發現。現在，一群科學家計劃以前所未有的方式搜尋這樣的世界，他們將使用一架私人資助的望遠鏡來徹底改變我們對半人馬座阿爾法星的認識。“我們有這個獨特的機會來揭示該系統中是否存在‘宜居帶’行星，”亞利桑那大學的奧利維爾·吉永說，他是望遠鏡團隊的成員。“這是以前從未做過的事情。”
這架相對低成本的望遠鏡名為託利曼，已獲得澳大利亞政府超過 50 萬美元的資金以繼續開發，該團隊於 2021 年 11 月 16 日宣佈。該望遠鏡由悉尼大學的彼得·圖希爾領導，他和他的同事在幾年前首次構思了託利曼的概念，此前曾獲得 NASA 噴氣推進實驗室、澳大利亞的太空工程公司 Saber Astronautics 和總部位於加利福尼亞州的突破計劃（由科技億萬富翁尤里·米爾納資助）的支援。
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這架小型鞋盒大小的望遠鏡的設計有一個明確的目標：尋找半人馬座阿爾法星系統中的行星，特別是其宜居帶中的任何行星，即恆星光照溫暖的區域，在這個區域中，液態水可能存在於岩石世界的表面。它將以其他望遠鏡目前無法比擬的方式做到這一點。目標是在 2023 年完成望遠鏡的製造並將其發射到地球軌道，準備從太空開始搜尋。“這個公告太棒了，”麻省理工學院的行星獵人薩拉·西格說，她與該專案無關。“看到私人基金會加速我們尋找另一顆地球的步伐，真是太棒了。”
人們已經為尋找半人馬座阿爾法星的行星做出了許多努力，成功程度各不相同。2012 年，科學家們認為他們發現了一顆繞半人馬座阿爾法星 B 執行的行星，稱為半人馬座阿爾法星 Bb，但在 2015 年，其他研究人員似乎排除了該行星的存在。對比鄰星的調查已被證明更有成果，揭示了一個可能是地球大小的世界，稱為比鄰星 b；另一顆行星——比鄰星 c——也已被暗示存在。與此同時，在 2021 年初，可能發現了一顆海王星大小的世界繞半人馬座阿爾法星 A 執行。
託利曼是一個古老的阿拉伯語名稱，用於稱呼半人馬座阿爾法星，在這種情況下，它也代表用於軌道軌跡干涉監測我們天文鄰域的望遠鏡，它旨在搜尋半人馬座阿爾法星 A 和 B 周圍的行星。圖希爾說，望遠鏡的部分部件“已經在合同中”進行建造，並且該任務的先驅，用於測試該技術的託利男孩，於 2021 年在 CUAVA-1 衛星上發射到國際空間站。圖希爾說，悉尼大學一直在對託利曼技術進行實驗室測試和模擬工作，該團隊目前正在開發一個全尺寸原型。儘管該任務的一些方面尚未敲定，例如其太空火箭之旅及其在地球軌道上的位置，但該技術本身已基本準備就緒。“這個[望遠鏡]的元件相當成熟，”吉永說，他也是米爾納突破計劃中突破觀測專案的負責人，該專案的目標是尋找半人馬座阿爾法星和其他附近恆星周圍的行星。“它們今天就可以製造出來。”
該望遠鏡的主要特點是利用半人馬座阿爾法星 A 和 B 的雙星性質，它們之間的距離略大於天王星與太陽之間的距離，來探測這兩顆恆星的宜居帶中是否存在行星。該望遠鏡將使用一種稱為衍射光瞳的技術來研究恆星，這是一種變革性的方法，它採用“一點光學技巧”，圖希爾說。這架 12 釐米寬的望遠鏡不會拍攝恆星的超高解析度影像，而是會將恆星的光線分散到數千個畫素中，從而建立一個精細的圖案影像，在其中可以看到每顆恆星在天空中的空間位置的光子指紋。科學家們希望從這些資料中看到每顆恆星的位置因任何環繞行星的引力牽引而產生的微小位移。由於存在兩顆恆星而不是一顆，因此可以更準確地測量兩顆恆星之間的距離，從而使這項任務——所謂的星體測量——變得更加簡單。“半人馬座阿爾法星只是這種特殊技術的甕中捉鱉，”圖希爾說。“宇宙幾乎就像是為了這個特殊任務把它放在那裡。”
使用託利曼進行為期兩年的星體測量觀測應該可以讓該團隊梳理出在與地球相似的距離軌道上執行的行星的存在——或不存在——也就是說，在半人馬座阿爾法星 A 或 B 的宜居帶內。但是，星體測量最強大的能力可以說是它能夠透過評估每個世界對恆星的引力拉力強度來為任何新發現的行星提供精確的質量測量。大多數其他行星探測技術僅產生質量估計值，這模糊了對類地岩石天體和被氣體籠罩的“迷你海王星”的觀測區分。
然而，也存在一些小的缺點：託利曼的研究最初不會揭示任何此類行星繞哪顆恆星執行。但我們可以近乎肯定地知道，該系統中是否存在任何潛在宜居的地球質量行星。“我們將能夠判斷它是否是宜居帶或地球質量行星，”圖希爾說。“如果我們探測到什麼，我們希望這會引發一場淘金熱，人們將使用更精密的任務來追尋它。”
託利曼任務預示著系外行星科學領域的兩個有趣的發展。第一個是使用私人資金，而不是僅僅依靠太空機構和其他政府機構的支援，來進行地外空間科學研究，重點關注一項充滿風險且無法保證成功的嘗試。“這些型別的高風險任務一直很難向公共資助機構推銷，因為半人馬座阿爾法星系統中可能沒有行星，”吉永說，但潛在的回報是巨大的。“如果有什麼發現，我們就會知道離我們最近的恆星系擁有一顆[潛在]宜居行星。這將徹底改變各機構的計劃。”該專案還標誌著一個備受追捧的轉變，即從過去二十年中發現數千顆系外行星轉變為詳細研究某些恆星系。“我們已經經歷了發現如此多行星的趨勢，”西格說。“但我們社群中的一些人已經準備好專注於個別恆星。”
巴爾的摩太空望遠鏡科學研究所的艾米麗·裡克曼說，鑑於這些恆星與我們自己的恆星如此接近，託利曼望遠鏡背後的技術“令人興奮”。她說：“在我們天體的後院發現任何外星生命存在的跡象都將是一件非常重要的事情。”即使它沒有探測到任何東西，該任務也將對半人馬座阿爾法星系統施加有用的約束。“如果一無所獲，那要麼告訴我們那裡有一些極其微小且靠近恆星的東西是我們無法看到的，要麼就是那些恆星周圍什麼都沒有，”她說，這將是一個引人入勝且有價值的結果。
圖希爾說，在半人馬座阿爾法星之後，還可以使用託利曼望遠鏡檢查次要目標，即其他附近的雙星系統，例如 61 天鵝座，它距離我們 11 光年。但是，這些其他恆星不夠近，無法提供如此高的精度，因此只能對它們進行調查，以尋找更重、可能不太宜居的世界。“我們希望在探測那些其他恆星周圍的行星時，質量能夠達到超級地球或海王星的水平，”圖希爾說。
然而，就目前而言，半人馬座阿爾法星是主要目標，一個巨大的發現可能即將到來。在短短幾年內，我們可能就會知道那裡是否存在一個或多個潛在宜居的地球質量世界，它們如此近在咫尺，以至於我們可能不僅會尋求用望遠鏡研究它們，還會尋求拜訪它們，透過跨星際深淵發射的機器人探測器向外延伸。此類航行的提案已經存在，包括突破觀測計劃更受矚目的親屬——突破攝星計劃，突破計劃的一個姊妹專案，旨在以光速的十分之一左右的速度向半人馬座阿爾法星傳送微型航天器。託利曼將為這樣一項長達數十年的任務提供關鍵資料支援。
突破計劃執行主任皮特·沃登說：“我們知道該系統中至少有一顆行星，比鄰星 b。”“如果我們最終確認半人馬座阿爾法星 A 和 B 沒有潛在的生命承載行星，那麼我可能會專注於比鄰星。”如果一切按計劃進行，我們可能很快就會知道結果。