就在 20 多年前——宇宙之眼中眨眼一瞬——天文學家發現了第一批繞太陽以外的恆星執行的行星。所有這些新世界都是像木星或土星那樣被氣體籠罩的巨行星，對於我們所知的生命來說完全不適宜居住。但多年來，每一項發現都盡職盡責地作為頭版新聞報道，而科學家和公眾都夢想著有一天我們會找到一個可居住的世界。一個類似地球的地方，擁有豐富的地表水，既不冰凍也不汽化，而是以液態存在，這對生命至關重要。那時，穩妥的猜測是，發現這樣一顆行星將會在幾十年後才到來，並且當一個有希望的新世界的朦朧海岸線出現在我們的望遠鏡另一端時，它將被證明太遙遠和微弱而無法進行詳細研究。
顯然，穩妥的猜測是錯誤的。週三，天文學家釋出了一項在人類歷史上只能發生一次的公告：發現了太陽系之外最近的潛在可居住世界。這個世界可能像我們的一樣是岩石行星，並在太陽最近的恆星鄰居，紅矮星比鄰星 (Proxima Centauri)，僅僅超過四光年之外的溫帶軌道上旋轉。他們的發現發表在《自然》雜誌上的一篇研究中。
儘管在技術上仍被認為是等待驗證的“候選”行星，但為此報道諮詢的大多數天文學家都相信這個世界的存在。人們對這顆行星的軌道週期和近似質量知之甚少，但這足以讓人不寒而慄。比鄰星 (Proxima Centauri) 的亮度僅為我們太陽亮度的千分之一左右，這意味著任何適合生命生存的行星都必須緊靠它。這顆新發現的世界被科學家們命名為“比鄰星b (Proxima b)”，它在一個 11.2 天的軌道上執行，那裡可能存在水——以及我們所理解的那種生命。而且它可能只比地球重三分之一多一點，這表明它提供了一個堅實的表面，海洋可以在其上彙集。在一次可能重塑科學史和人類星際未來夢想的發現壯舉中，我們的物種已經揭開了一顆潛在的可居住行星，它就在隔壁。
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“在太陽系之外最近的類地行星的搜尋中取得成功，是一生難忘的經歷，它彙集了眾多國際研究人員的奉獻和熱情，”該研究的主要作者，倫敦瑪麗女王大學的天文學家吉列姆·安格拉達-埃斯庫德 (Guillem Anglada-Escude) 說，他領導了這項觀測。“我們希望這些發現能夠激勵後代展望星空之外。接下來是對比鄰星b (Proxima b) 上生命的探索。”
對於某些人來說，比鄰星b (Proxima b) 是對首次發現系外行星時開始的天文革命的完美總結。“20 多年來，系外行星的歷史一直由研究距離我們數十到數百光年的恆星來定義，而聖盃——一顆小型、岩石、潛在可居住的行星——卻正在等待在我們最近的鄰居周圍被發現，”耶魯大學的資深行星獵手，天文學家黛布拉·費舍爾 (Debra Fischer) 說，她領導了對半人馬座阿爾法星 (Alpha Centauri) 系統的獨立調查。“當我們發射第一批前往太陽系以外恆星的機器人探測器時，我們知道我們應該把它們送到哪裡！”
哥倫比亞大學天體生物學研究主任迦勒·沙夫 (Caleb Scharf) 表示，這顆新行星代表著“對於該領域以及我們物種來說，這是一個極其重要的心理時刻。發現住在隔壁房子裡的人可以改變觀點和優先事項——而這正是比鄰星b (Proxima b) 將會做到的。”
儘管比鄰星 (Proxima Centauri) 距離我們僅四光年多一點，但它太暗淡了，肉眼無法看到。它漂浮在類太陽雙星半人馬座阿爾法星A和B (Alpha Centauri A and B) 的外圍，形成了一個恆星三重星系統，在南半人馬座 (Centaurus) 星座中，它看起來像一個閃耀的光點。這顆微小的恆星註定會在銀河系的宇宙洋流中緩慢地離我們越來越遠，但在未來大約 40,000 年內，它仍將是擁有行星的最鄰近的恆星。
“有史以來第一次，我們擁有一顆觸手可及的系外行星，它可能成為生物有機體的宿主，”赫特福德大學的天文學家，研究合著者米科·圖米 (Mikko Tuomi) 說。“這使得比鄰星b (Proxima b) 不僅成為天文學家最令人著迷的發現之一，也成為可能做出的最重要的發現之一。”
即便如此，這仍然是一項差點沒有發生的發現。“人們似乎認為我們剛剛發現了這顆行星。但是不，我們多年來一直相信它在那裡，”安格拉達-埃斯庫德 (Anglada-Escude) 說。“我們只是必須建立一個論據來說服其他人它的存在。”
暗淡的紅點
圖米 (Tuomi) 是在 2013 年與安格拉達-埃斯庫德 (Anglada-Escudé) 一起尋找行星時，第一個看到這個世界跡象的人。作為相對資歷較淺的研究人員，這兩位天文學家努力爭取寶貴的望遠鏡時間來尋找行星，而是透過仔細重新分析其他團隊釋出的公開資料來尋找被忽視的世界。比鄰星b (Proxima b) 的微弱訊號首先出現在來自兩個行星搜尋攝譜儀 HARPS 和 UVES 的多年綜合觀測資料中，這兩個攝譜儀由歐洲南方天文臺 (ESO) 在智利的望遠鏡上執行。HARPS 和 UVES 都對比鄰星 (Proxima Centauri) 進行了多年的監測，觀察恆星是否受到任何看不見的旋轉行星的拉扯，但執行它們的團隊聲稱沒有探測到任何行星。軌道執行的世界會對它們的恆星施加獨特的週期性擺動，有時這種擺動非常輕微，以至於它們搖晃太陽的速度比嬰兒爬行的速度還要慢。圖米 (Tuomi) 認為他在 HARPS 和 UVES 比鄰星 (Proxima Centauri) 綜合資料中看到的 11 天擺動略強一些——每秒 1.4 米，相當於成年人的平均步行速度。圖米 (Tuomi) 和安格拉達-埃斯庫德 (Anglada-Escudé) 與幾位同事一起，迅速撰寫並提交了一篇論文，報告潛在的行星訊號。
但是很多東西都可以移動恆星。例如，恆星表面磁化等離子體的洶湧波浪和渦流可以模仿或掩蓋小行星引起的擺動。即使是最好的行星探測攝譜儀也會受到校準誤差的影響，這可能會造成進一步的混亂。2012 年，HARPS 團隊宣佈，半人馬座阿爾法星B (Alpha Centauri B) 周圍可能存在一顆小型岩石世界引起的擺動——但這顆行星最終被證明是虛幻的，是由星斑、恆星自轉和有問題的統計分析產生的幻影。這是一個警示故事：如果 HARPS 團隊被天空中最平靜的恆星之一半人馬座阿爾法星B (Alpha Centauri B) 愚弄了，那麼在鄰近的比鄰星 (Proxima Centauri) 周圍尋找行星的希望似乎渺茫，比鄰星 (Proxima Centauri) 不斷爆發“超級耀斑”，這很容易破壞仔細的觀測。
比鄰星 (Proxima) 作為一顆脾氣暴躁的耀斑星的聲譽使其未能成為 HARPS 團隊的首要任務——這也讓圖米 (Tuomi) 和安格拉達-埃斯庫德 (Anglada-Escude) 的主張受到質疑。他們的論文被拒絕了；審稿人發現他們的證據沒有說服力。安格拉達-埃斯庫德 (Anglada-Escude) 的回應是，在接下來的兩年裡，他開發了“暗淡紅點 (Pale Red Dot)”觀測活動，該活動以天文學家卡爾·薩根 (Carl Sagan) 推廣的著名的“暗淡藍點 (Pale Blue Dot)”旅行者1號深空地球影像命名。這將是對之前大多數行星搜尋活動的膽大妄為的背離，之前的行星搜尋活動傾向於掠過大量恆星來尋找更容易、更明顯的行星世界，而不是猛攻任何單一目標。
安格拉達-埃斯庫德 (Anglada-Escude) 和暗淡紅點 (Pale Red Dot) 團隊的其他成員說服了 ESO，讓他們在今年春季連續 60 個晚上，在 HARPS 上分配了 20 分鐘的專注於比鄰星 (Proxima) 的時間。該團隊利用來自另外兩臺望遠鏡的同步觀測來加強他們的 HARPS 工作，以監測可能偽裝成行星的耀斑和星斑。隨著觀測活動的開始，安格拉達-埃斯庫德 (Anglada-Escude) 還與研究合著者兼卡內基科學研究所 (Carnegie Institution for Science) 天文學家保羅·巴特勒 (Paul Butler) 合作——一位經驗豐富的行星獵手，他在 20 年前幫助創立了這個領域——成功地從 UVES 的資料中單獨提取了 11 天的擺動。將舊資料與新資料配對，訊號飆升到恆星噪聲海之上，達到了毋庸置疑的統計顯著性。在為期數月的觀測執行的前 10 天內，暗淡紅點 (Pale Red Dot) 團隊就知道他們找到了比鄰星b (Proxima b)。“我完全相信，”巴特勒 (Butler) 說。“大自然是惡意的，試圖隱藏事物，但你不會意外地從兩臺獨立的儀器中找到兩個完全匹配的訊號。”
HARPS 團隊的成員也確信這一點，他們的資料被證明對這一發現至關重要。“訊號是顯著的，並且是由一顆行星引起的，”日內瓦天文臺 (Observatory of Geneva) 的天文學家克里斯托夫·洛維斯 (Christophe Lovis) 說，他開發了 HARPS 團隊的資料分析軟體。“正是最近的高節奏資料集發揮了作用……[暗淡紅點 (Pale Red Dot) 團隊] 只是碰碰運氣，結果成功了。”
金髮姑娘夢想與噩夢
關於比鄰星b (Proxima b)，最令人驚訝的事情也許是它的存在實際上一點也不令人驚訝。
近年來，在很大程度上歸功於 HARPS 團隊的工作以及 NASA 的行星搜尋開普勒太空望遠鏡 (Kepler space telescope) 的結果，天文學家們已經趨於一致地估計了我們銀河系中潛在的宜居世界的數量。似乎銀河系中大約有 15% 到 30% 的恆星應該擁有“金髮姑娘”世界——行星既不太大，不會被厚厚的大氣層窒息，也不太小，不會將它們寶貴的空氣散失到太空中，它們執行在不太熱、不太冷的軌道上，液態水可能存在於它們的岩石表面上。
類似於沙灘上小石子的數量超過巨石的方式，像比鄰星 (Proxima Centauri) 這樣的小恆星比像我們太陽這樣的大恆星要多得多。小恆星的核燃料效率也更高，它們的發光時間比類太陽恆星長數千億甚至數萬億年。因此，我們應該期望大多數金髮姑娘世界都存在於像比鄰星 (Proxima Centauri) 這樣的紅矮星周圍。但是我們應該期望它們實際上是可居住的嗎？對此，即使是專家也不確定。
儘管比鄰星b (Proxima b) 在質量和星光照射方面與地球相似，但波爾多大學 (University of Bordeaux) 的系外行星大氣專家弗蘭克·塞爾西斯 (Franck Selsis) 說，“它不是地球的雙胞胎”。使比鄰星b (Proxima b) 位於其恆星宜居帶的 11.2 天軌道也使它受到一系列危險影響的影響，這些影響可能會消除生物圈——或者阻止生物圈從一開始就形成。
對於華盛頓大學 (University of Washington) 的天體生物學家羅裡·巴恩斯 (Rory Barnes) 來說，他對宜居性的悲觀展望為他贏得了“世界毀滅者”的聲譽，所有這些潛在的障礙都表明，比鄰星b (Proxima b) 可能不是我們正在尋找的宜居行星。“總的來說，任何行星都應該被認為不太可能支援生命，”巴恩斯 (Barnes) 認為。“這顆行星與我們自己的行星有不同的要求，並且可能比地球克服了更多的障礙。”
巴恩斯 (Barnes) 說，其中最主要的是，紅矮星往往擁有暴力、不穩定的幼年時期——很像一個可以活數千年的人，但因此遭受了數百年的動盪青春期。由於它們太小，人們認為這類恆星形成得非常緩慢，花費數百萬年的時間來積聚質量，並且發光時間遠比它們餘生所發的光要亮得多。巴恩斯 (Barnes) 說，如果比鄰星b (Proxima b) 在我們今天看到它的地方形成，那麼為了能夠居住，“它將不得不以某種方式避免在數億年內被烘烤成類似金星的失控溫室狀態。”然而，巴恩斯 (Barnes) 也提供了一種可能的補救措施，他使用了另一種富有創意的金髮姑娘推理：不太厚、也不太薄的氫氣層，它可以充當年輕行星的防曬霜，在強烈的星光下逐漸蒸發，並且只在比鄰星 (Proxima Centauri) 進入成年期後才會消散。
比鄰星 (Proxima Centauri) 對其微小伴星的引力產生的極端潮汐可能是另一個殺手。這些潮汐效應可能會導致比鄰星b (Proxima b) 每軌道只旋轉一次，有效地“鎖定”世界的一側處於黑暗中，而另一側則面向恆星——儘管許多研究人員現在認為，大多數可以想象到的大氣層都會在兩側之間迴圈熱量，以保持對生物圈的希望。更令人擔憂的是一種稱為“潮汐加熱”的現象，即行星內部因恆星潮汐力拉扯引起的彎曲而產生的摩擦。如果比鄰星b (Proxima b) 的軌道是（或曾經是）顯著拉長的，一端靠近恆星，另一端遠離恆星，那麼由此產生的潮汐加熱可能會自行煮沸任何海洋，而無需任何星光的幫助。
西華盛頓大學 (Western Washington University) 的博士後研究員吉姆·達文波特 (Jim Davenport) 認為，比鄰星b (Proxima b) 地球般條件的最大障礙很可能是比鄰星 (Proxima Centauri) 不斷發生的耀斑，這些耀斑的能量可能比我們在太陽上觀測到的任何耀斑都要強十倍。來自耀斑的強烈 X 射線和紫外線輻射可能會剝奪比鄰星b (Proxima b) 的大氣層，使其變得貧瘠和沒有空氣。但希望仍然存在，即使在這種情況下——類似於地球的保護性磁場或濃密而蒸汽騰騰的大氣層也可能抵擋住最嚴重的耀斑。“套用《哈姆雷特》中的話，天堂和系外行星中的事物比我們教科書中所夢想的要多，”達文波特 (Davenport) 說。“但現在我們只是不知道。”
遲早，這種情況會改變。這項發現已經激發了人們對尋找從行星上任何具有技術對話能力的外星人向地球發射的基於無線電或雷射的訊息的新興趣，以及未來主義的提議，即派遣機器人探測器前往我們最近的恆星系統——即使這些努力不太可能在近期內取得成果。在短期內，隨著比鄰星b (Proxima b) 的訊息在科學界傳播，天文學家們正在準備全力以赴地觀測和研究它。
與鄰居會面
安格拉達-埃斯庫德 (Anglada-Escude) 說，由於比鄰星b (Proxima b) 的軌道週期很短，除了 HARPS 和 UVES 之外的行星搜尋攝譜儀也可能在幾周內證實這顆行星的存在。對比鄰星 (Proxima Centauri) 擺動的更廣泛研究可以更好地限制這顆行星的質量和軌道，從而更嚴格地限制那裡存在生命的可能性，並可能揭示更多的行星。
但行星獵手們最大的希望是，比鄰星b (Proxima b) 會凌星，即從地球上看，偶然地從其恆星表面經過，從而向我們等待著的儀器投下微小但可測量的陰影。哥倫比亞大學的天文學家大衛·基平 (David Kipping) 現在正在領導一個團隊，在加拿大航天局 (Canadian Space Agency) 的 MOST 太空望遠鏡最近對比鄰星 (Proxima Centauri) 的觀測中尋找比鄰星b (Proxima b) 可能凌星的跡象。“我們對比鄰星b (Proxima b) 會凌星感到樂觀，”基平 (Kipping) 說。“如果它確實凌星，它就勾選了最後一個框，並變得幾乎儘可能地最佳，這看起來太完美了，讓我感到擔憂。”基平 (Kipping) 說，考慮到恆星耀斑引起的亮度波動，要到 9 月份才能得出最終結果。如果 MOST 資料中出現令人信服的凌星跡象，天文學家可能會尋求使用更大的硬體——NASA 的紅外斯皮策太空望遠鏡 (Spitzer space telescope) 進行確鑿的確認。
凌星對於天文學家來說將是一筆寶貴的財富。行星輪廓將使他們能夠直接測量比鄰星b (Proxima b) 的大小，精確地確定其質量，甚至計算其密度和估計成分。此外，凌星的比鄰星b (Proxima b) 邊緣的星光可以讓天文學家確定該世界大氣層的存在和主要成分（如果它有大氣層的話）。這樣的觀測可能需要 NASA 6.5 米的觀測能力 詹姆斯·韋伯太空望遠鏡 (James Webb Space Telescope)，該望遠鏡將於 2018 年 10 月發射。
即使比鄰星b (Proxima b) 被證明不會凌星，它仍然為即將到來的新一代極大地面望遠鏡提供了獨特的機會，這些望遠鏡目前正在世界各地建造。這些望遠鏡計劃於 2020 年代首次亮相，並配備了跨度達 30 米或更大的集光鏡，它們可以想象獲得比鄰星b (Proxima b) 的直接影像——實際照片——從而揭示關於其成分和歷史的其他無法獲得的資訊。這些下一代龐然大物中最大的是 ESO 的歐洲極大望遠鏡 (E–ELT)，它最早可能在 2024 年在智利開始執行。“比鄰星b (Proxima b) 可能是唯一可以用 E–ELT 成像的宜居帶行星[或至少是非常罕見的行星之一]，”塞爾西斯 (Selsis) 說。“即使不談論生命，這也可能代表行星科學的一場革命。”對凌星行星的觀測——或來自巨型地面望遠鏡的直接影像——可以揭示這顆行星是否擁有濃厚的水汽大氣層。塞爾西斯 (Selsis) 說，如果它確實有，“那麼我們就會知道，儘管恆星活動頻繁，但紅矮星行星仍然可以保持水分並適宜居住。那將是太棒了。”
展望 2020 年代後期以及詹姆斯·韋伯 (James Webb) 之後，NASA 的下一個大型太空天文臺將是WFIRST，這是該機構非常成功的哈勃望遠鏡 (Hubble telescope) 的升級版，具有更寬的、紅外最佳化的視野。目前的計劃要求 WFIRST 搭載高效能日冕儀，這是一種可以阻擋恆星光線的儀器，以便可以直接拍攝到暗淡的伴隨行星的影像。唉，WFIRST 的日冕儀針對像我們太陽這樣的恆星進行了最佳化，而不是像比鄰星 (Proxima Centauri) 這樣的紅矮星。據領導該專案日冕儀開發的普林斯頓大學 (Princeton University) 天文學家傑里米·卡斯丁 (Jeremy Kasdin) 稱，WFIRST“將無法看到比鄰星b (Proxima b)，因為它離其主恆星太近，而且這顆行星在望遠鏡的波長處的強度很低。”
就目前而言，這意味著徹底探測比鄰星b (Proxima b) 和其他附近世界，以尋找令人信服的生命跡象——所謂的“生物特徵”——的目標可能在幾十年內仍然遙不可及。“直接成像這些行星的長期目標是看看它們的大氣層是否有助於生物圈，甚至受到生物圈的影響，尋找像氧氣這樣的遠離熱力學平衡的氣體，在地球上，這些氣體是由生物產生的，”行星獵手老將巴特勒 (Butler) 說，他一生都在追求這個夢想。“人們問我，‘你將如何證明一顆行星上有生命？’如果你拍攝一顆潛在可居住行星的光譜，並看到水和一些超出平衡的氣體，你就會將問題從‘證明有生命’轉變為‘證明沒有生命’。我最大的希望是，這種情況會在一代人內發生。”
就幾代人而言，許多年輕的天文學家沒有那麼耐心。一些人現在說，比鄰星b (Proxima b) 改變了規則，他們沒有等待 WFIRST 之後未來更大型的太空望遠鏡，就像它的發現需要一項專注的、高度集中的觀測活動一樣，尋找生命跡象的最佳方法可能是推動開發比 NASA 笨重的多用途旗艦任務更小、更便宜、更快速的專用太空望遠鏡。已經有一些特立獨行的 NASA 研究人員建議，對比鄰星 (Proxima Centauri) 的鄰近的、更像太陽的恆星，半人馬座阿爾法星A和B (Alpha Centauri A and B) 採取這種方法。“我們現在可能正在進行一場新的競賽，”安格拉達-埃斯庫德 (Anglada-Escude) 說。“建造一個大型天文臺來拍攝一百顆恆星周圍的行星非常昂貴。但是人們現在確切地知道要尋找什麼，因此您可以設計您的望遠鏡和儀器僅用於觀察這顆行星，並針對這項單一任務進行最佳化。”
麻省理工學院 (Massachusetts Institute of Technology) 的天體物理學家薩拉·西格 (Sara Seager) 幫助規劃了 WFIRST 和其他下一代任務，她認為這一結果為系外行星科學帶來了深刻的新機遇。“這讓我們這些在該領域的人有理由將所有的雞蛋都放在一個籃子裡，而不是在天空中隨機投擲飛鏢，”西格 (Seager) 說。“在比鄰星b (Proxima b) 之前，你幾乎無法想象為一顆恆星發射太空望遠鏡，但現在這是可以想象的。缺點是：如果我們都選擇了錯誤的東西，那會發生什麼？人們可能要做的工作會減少嗎，因為我們將專注於更少的物體？我們最終可能會像粒子物理學家一樣，一篇論文有數千名作者。但這才是找到最靠近恆星周圍最有希望的行星的道路。”