6月13日，美國宇航局的系外行星（太陽系以外的行星）官方統計數字突破了 4000 顆。該主列表中包括圍繞微小的中子星和腫脹的、正在死亡的太陽運轉的遙遠世界，位於我們銀河系擁擠中心的行星，以及漂浮在星際空間深處的行星。然而，有一個地方明顯缺失：半人馬座α星，我們太陽系的鄰近恆星系。由於一系列令人困惑的情況，這個引人入勝的目標仍然是一個謎——至少，直到現在。
技術正在進步，並且星星們正在排列，從字面上來說，是為了揭示可能隱藏在半人馬座α星周圍的潛在宜居世界。“尋找它們的興趣無疑在增加，”美國宇航局艾姆斯研究中心的天體物理學家魯斯蘭·貝利科夫說。
在過去的幾周裡，貝利科夫的團隊和另一個由歐洲南方天文臺的馬庫斯·卡斯帕領導的團隊一直在嘗試藉助智利的兩架不同的巨型望遠鏡來窺視半人馬座α星的假定世界。研究人員正在使用新的高精度星光篩選儀器，為更加微妙的搜尋做準備。如果這些努力一無所獲，幾個小組正在開發低成本衛星，將行星搜尋範圍擴大到太空。如果美國宇航局未能資助這些專案，還有另一個備用計劃：兩個私人專案——由億萬富翁支援的突破性計劃和眾籌的藍色專案——正在準備無論如何都要完成這些任務。
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“這存在風險，因為我們不知道是否會看到任何東西。在我看來，獲得地球 2.0 影像的回報與風險是平衡的，”貝利科夫說。
星際親密夥伴
半人馬座α星的誘惑很容易理解：對於渴望在我們自己的世界之外找到生命世界的科學家來說，這個星系似乎好得令人難以置信。它不僅包含一顆類似於我們太陽的恆星，而是 兩顆 恆星，分別稱為半人馬座α星A和B。恆星A在溫度、大小、亮度和組成方面幾乎是太陽的孿生兄弟；恆星B略小且更冷。它們都比我們的太陽系年長約 10%，為任何外星進化留下了充足的時間來發揮作用。半人馬座α星也是銀河系中最接近的星系，距離僅 4.37 光年，為觀察那裡任何可能的行星提供了獨特的親密視角。此外，半人馬座α星A和B還有一個第三個伴星，一顆名為比鄰星的昏暗的紅矮星，它本身就有一個地球大小的世界。
不幸的是，使半人馬座α星在概念上如此吸引人的事物在實踐中也使其極具挑戰性。尋找系外行星最成功的方法之一是尋找恆星光線的輕微擺動。一顆軌道上的行星會來回拉扯其母恆星，使星光看起來交替地比正常情況下稍微藍一點和稍微紅一點。對於一顆孤立的恆星，檢測這些顏色變化是一個極其精細的過程。在像半人馬座α星這樣的雙星系統中，情況變得更加複雜。來自兩顆相鄰恆星的光線往往會混合在一起，從而掩蓋擺動訊號。如果兩顆恆星在天空中看起來非常靠近，情況會變得更加棘手——而且，不幸的是，恆星 A 和 B 在 2016 年達到了它們 80 年軌道中最緊密的點。
耶魯大學的年輕行星獵手莉莉·趙最近總結了這些棘手情況的後果。將整整十年的徑向速度測量結果拼接在一起後，趙和她的同事只能說半人馬座α星A沒有質量超過地球質量約50倍的行星，而半人馬座α星B沒有質量超過地球質量8倍的行星。許多較小的地球大小的世界可能在圍繞這兩顆恆星執行，而我們卻一無所知。“這幾乎標誌著到目前為止搜尋的極限，”趙說。
由於這種模糊不清的情況而感到沮喪，一些勇敢的天文學家試圖透過混亂的資料來窺視更精確的答案。這些嘗試進展不順利。2012 年，由當時在日內瓦大學的澤維爾·杜穆斯克領導的一個小組宣佈在半人馬座α星B周圍發現了一顆地球質量的行星，這引起了巨大的轟動。但是三年後，一項獨立的分析沒有顯示該行星的跡象，這表明它只是一個數據偽影。杜穆斯克承認“可能行星不存在。”
儘管如此，趙宣稱，下一輪在半人馬座α星周圍尋找行星的“前景廣闊”。首先，恆星 A 和 B 之間的距離正在增加，到 2020 年，距離將足夠遠，強大的望遠鏡將能夠單獨觀察每顆恆星。更重要的是，經過大幅改進的新版本的光譜儀將允許比杜穆斯克和他的同事使用的 HARPS 檢測器更靈敏地搜尋擺動。
趙正在亞利桑那州發現頻道望遠鏡上研究一種名為 EXPRES（極端精度光譜儀的縮寫）的高解析度光譜儀。一種名為 ESPRESSO（用於岩石系外行星和穩定光譜觀測的階梯光譜儀）的類似裝置已安裝在智利的甚大望遠鏡 (VLT) 上，該望遠鏡在南部天空中可以清晰地看到半人馬座α星。這些光譜儀旨在拾取每秒 10 釐米的輕微擺動。這種靈敏度比它們的上一代好 10 倍，並且恰好處於足以拾取由圍繞半人馬座α星的任何一顆恆星執行的類地行星引起的來回拉力的水平。
ESPRESSO 和 EXPRES 都已經在監測天空中的恆星。目前還沒有針對半人馬座α星的專門搜尋計劃，但是如果——當——新的結果出現時，趙承諾，它們將是值得信賴的。“每個人都在提高賭注，在你釋出之前，你對檢測結果的確定程度，”她說。
燈塔和螢火蟲
假設擺動搜尋成功地在半人馬座α星周圍找到行星，它們仍然會留下關於這些外星世界的許多未知數。此類研究將表明行星的質量以及它們的執行軌道，但不會揭示它們的物理性質。它們根本不會揭示行星的外觀。獲得此類資訊的唯一方法是直接觀察這些天體。對於真正雄心勃勃的半人馬座α星探險家來說，目標是捕獲一張“淡藍色圓點”影像：一個包含可能圍繞另一顆恆星的真正類地行星的第一張肖像的光點。
尚未創造出足夠靈敏和精確的儀器來做到這一點。“為一個明亮的恆星附近的系外行星成像，就像試圖看到幾百公里外的燈塔附近的螢火蟲。在半人馬座α星的情況下，我們有兩個燈塔，所以問題甚至更嚴重，”SETI 研究所的弗蘭克·馬奇斯說，他是藍色專案的科學運營負責人。但是略大的世界現在已經觸手可及，尋找它們已經可以告訴我們很多資訊了。
聽起來可能很奇怪，首要任務是弄清楚半人馬座α星周圍 不 存在哪些行星。由於恆星 A 和 B 之間的距離很近，穩定的行星只能存在於距離每顆恆星都相當近的地方，距離太陽的距離不超過地球距離的約 2.5 倍。任何在這些內部聖殿中執行的巨大木星大小的行星早就摧毀了在宜居帶（液態水（因此，我們所知的生命）可能存在的溫和區域）中執行的任何較小的、潛在的類地行星。
到目前為止，擺動尚未顯示出半人馬座α星周圍存在巨大行星的跡象，這令人鼓舞。“我們知道，沒有一顆大型行星會擠出宜居帶中的行星，”貝利科夫說。不過，他仍然擔心“半巨行星”的前景——海王星級的世界，它們可能足夠小，以至於到目前為止可能避免了檢測，但仍然可能足夠大，以至於會破壞生命的前景。
為此，貝利科夫和他的同事首次認真嘗試直接為半人馬座α星周圍的行星成像。他們在智利塞羅帕瓊山頂的雙子座南望遠鏡上的雙子座行星成像儀儀器上預定了兩輪觀測時間。今年夏天的觀測執行完全被雲層遮擋，但貝利科夫打算明年春天再次嘗試。他去年進行的類似搜尋一無所獲，這是一個好訊息：到目前為止，也沒有任何跡象表明半人馬座α星系統中存在討厭的海王星大小的行星。
更好的訊息是，貝利科夫的觀測結果已經被取代。卡斯帕正在使用一種名為 VISIR（甚大望遠鏡中紅外成像儀和光譜儀的縮寫）的甚大望遠鏡儀器逼近更小的行星，它們只比地球略重，該儀器已重建並更名為 NEAR（半人馬座α星區域的近地行星）。NEAR 是歐洲南方天文臺（負責運營甚大望遠鏡）和私人突破性計劃（為關鍵裝置升級提供資金）之間不尋常的合作成果。它是第一個專門為尋找半人馬座α星周圍的行星而建造和執行的裝置。
在 5 月下旬和 6 月初的 NEAR 首航期間，卡斯帕的團隊也受到了惡劣天氣的困擾。儘管如此，研究人員還是設法擠出了 100 個小時的觀測時間，收集了 6 太位元組的原始資料。“我們將對半徑是地球的兩倍以上的行星敏感，”卡斯帕說。這遠遠超出了貝利科夫的能力，比最好的擺動研究好五倍。
不久之後，全世界將瞭解 NEAR 在半人馬座α星周圍看到了什麼（如果有的話）。卡斯帕說，結果應該會在 10 月公佈。如果資料看起來不錯，他希望在 2020 年 3 月之後再次進行觀測執行，屆時半人馬座α星將再次處於在智利觀測的最佳位置。
突破即將到來
正如其名，NEAR 正在幫助我們更接近找到地球 2.0 的目標——但仍有很長的路要走。一顆比我們地球大兩倍的行星（這是該儀器的下限）很可能擁有厚重、令人窒息的大氣層，不適合生命生存。“目前的努力還不足以達到探測到真正的地球類似物的靈敏度，”亞利桑那大學的天文學家、突破性計劃的行星搜尋專案 突破性觀測 的首席科學家奧利維爾·蓋恩說。“因此，當出現更好、更強大的儀器時，我們肯定會繼續使用它們來觀察半人馬座阿爾法星系統。”
一種改進方法是擺脫我們星球上散射星光的大氣層，將搜尋轉移到太空。貝利科夫多年來一直以一種名為“半人馬座阿爾法星系外行星衛星”（ACESat）的任務概念來推動這一論點。它將包含一個帶有 45 釐米寬鏡面的望遠鏡和一個名為日冕儀的星光阻擋裝置，以消除半人馬座阿爾法星 A 和 B 的強烈燈塔眩光，從而有可能發現附近小行星微弱 100 億倍的螢火蟲光芒。
2014 年，NASA 為 ACESat 技術提供了一些資金，但該機構後來放棄了這項任務。“當時這項技術還不成熟，但現在它變得成熟多了，”貝利科夫堅持說。他正在向 NASA 再次提出一項名為“半人馬座阿爾法星直接成像儀”（ACEND）的新提案。他還同時在押注，與 藍色專案 合作開發一個類似的概念。與所有這類前沿專案一樣，資金至少與技術一樣重要。
藍色專案衛星的預計總成本約為 5000 萬美元，與詹姆斯·韋伯太空望遠鏡的 90 億美元預算相比，這只是小菜一碟。然而，為一項單一用途的私人任務籌集這類資金並非易事。藍色專案最初計劃在 2021 年發射，但“我認為以目前的資金狀況來看，這是不可能實現的，”馬爾基斯說。“我們需要一位富有的捐助者或一群捐助者的支援，以提高技術準備水平並開始建造儀器。”
突破性計劃的優勢在於擁有一個由捐助者組成的內建網路，包括其億萬富翁聯合創始人尤里·米爾納。作為突破性觀測的一部分，該組織正在研究一個類似於 ACESat 的小型日冕儀太空望遠鏡。突破性觀測還在推進一項名為 TOLIBOY 的獨立任務，暫定於 2021 年發射，該任務將使用一種稱為天體測量的技術，透過精確繪製半人馬座阿爾法星 A 和 B 的運動來搜尋行星。
所有這些專案都將為未來更宏大的努力奠定基礎。貝利科夫正在努力將 ACESat 技術應用於 NASA 即將推出的空間寬視場紅外巡天望遠鏡（WFIRST），該望遠鏡計劃於 2020 年代中期發射，以及計劃於 2030 年代問世的哈勃太空望遠鏡的繼任者。卡斯珀正在幫助將 NEAR 的經驗教訓應用於一種名為 METIS（中紅外 ELT 成像儀和光譜儀）的新儀器，該儀器將安裝在智利目前正在建造的 39 米超大型望遠鏡上。TOLIBOY 衛星的目的是作為一項更大、更強大的空間天體測量任務的前身，該任務自然地被命名為 TOLIMAN。
所有這些方法加在一起，最終應該能夠填補半人馬座阿爾法星周圍的空白。“我們所知道的一切都指向在 A 和 B 周圍存在潛在宜居行星的可能性，我甚至會說這種可能性很大，”貝利科夫說。這種有限的知識即將受到考驗。如果半人馬座阿爾法星最終被證明是貧瘠的，這將表明類地行星並不像人們曾經認為的那樣常見。也許像半人馬座阿爾法星這樣的雙星——它們佔所有恆星系統的大多數——並不是尋找生命的有希望的地方。或者，也許我們會發現半人馬座阿爾法星的行星在大小上與地球相似，但在環境上卻完全不同。我們的家園星球可能是一個充滿敵意的宇宙中罕見的異常值。
另一方面，在半人馬座阿爾法星周圍發現一顆暗淡的藍色系外行星光點可能會講述一個完全不同的故事。“如果我們發現其中一顆行星像我們的地球一樣，意味著它有大陸和海洋，那麼它將成為我們家門口一個新的、潛在的生命世界，”馬爾基斯說。在我們家門口發現另一個地球意味著我們的星系中有數百萬甚至數十億個這樣的星球。“這將是下個世紀天文學的亮點，也可能是擴大我們整個文明對太空探索興趣的一種方式。”