行星的誘惑

天文學家們即將發現其他地球,但距離了解它們是否適宜居住還很遙遠

3月6日,美國宇航局的開普勒太空望遠鏡開始了為期四年的任務,旨在發現銀河系中類地行星。與它的前輩——法國主導的COROT任務(於2006年12月發射)類似,開普勒將監測一系列恆星的亮度暫時下降的情況。一次下降可能意味著任何事情,很可能只是恆星能量輸出中的一個小波動;第二次下降仍然意義不大;第三次下降,發生在與第一次和第二次之間相同的時間間隔之後,則會顯得非常具有啟發性;而第四次在相同間隔後發生的下降幾乎可以肯定地意味著一顆行星正在軌道上執行,它直接執行在恆星和我們之間。每當行星經過,或凌日,穿越其恆星表面時,它都會阻擋一部分星光。一個大致與我們地球大小的世界會使其恆星的光線減少約萬分之一[參見“尋找其他地球的陰影”,作者:勞倫斯·R·多伊爾,漢斯-約格·迪格和蒂莫西·M·布朗;《大眾科學》,2000年9月]。

今年早些時候,COROT發現了一顆直徑約為地球兩倍的行星,它離其母星太近,以至於每次公轉僅需20小時。開普勒的反射鏡比COROT的寬三倍半,應該會發現數十或數百顆在離其恆星更舒適距離處執行的地球。目前大多數尋找行星對其母星產生的輕微引力牽引的搜尋,都無法探測到如此相對較小的世界。其缺點是行星的軌道必須與我們的視線對齊,而機率定律表明,只有大約百分之一的行星會如此幸運。然而,開普勒將能夠建立一個具有統計學意義的地球銀河系近親樣本。

但是,如果這一勝利發生,天文學家們會發現自己缺乏他們最想獲得的資訊:這些行星上存在什麼條件?它們適合生命居住嗎?當一個氣態巨行星凌日其恆星時,天文學家可以透過測量不同波長產生的變暗量來分析其大氣層。但是,地球大小的行星太小了,這種技術無法工作。因此,COROT和開普勒採用的搜尋策略可以找到地球,但不能告訴我們關於它們的太多資訊。它們無法辨別任何生命跡象,例如葉綠素或其外星等效物的獨特顏色[參見“其他世界植物的顏色”,作者:南希·Y·姜;《大眾科學》,2008年4月]。即使是鬆散計劃在2015年發射的空間干涉儀任務(SIM),也對其發現的地球知之甚少。


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能夠評估宜居性的儀器仍然在未來更遠的地方,主要是因為它們非常昂貴。美國宇航局的陸地行星探測器(TPF)和歐洲航天局的達爾文任務可以對行星的表面和大氣進行光譜測量,但兩者都尚未超出設計研究階段。即使各機構彙集資源,該任務也可能耗資約20億美元,並需要近十年的時間才能建成。目前,獲取更多關於行星資訊的最佳希望是詹姆斯·韋伯太空望遠鏡(JWST)(計劃於2013年發射)和下一代地面望遠鏡[參見“未來的巨型望遠鏡”,作者:羅伯託·吉爾莫齊;《大眾科學》,2006年5月]。

儘管這些望遠鏡並非專門為行星分析而設計,但它們將配備日冕儀,旨在阻擋星光,從而使研究人員能夠看到隱藏在眩光中的任何小天體。如果存在的話,這些儀器可以產生一些最近恆星周圍的年輕氣態巨行星的影像。它們也可能能夠拼湊出關於緊密軌道物體的光譜資訊。

最重要的是,未來幾年COROT和開普勒任務將非常令人興奮,然後我們將進入一個令人沮喪的時期,夢想著可能被發現的東西。這並不罕見:科學理解是逐步進行的。積極的結果可能會激發對新的太空觀測站的資助和完成。在極端環境中,例如中子星、白矮星和棕矮星周圍尋找行星將向我們展示行星形成的穩健性[參見主要文章]。但是,我們需要為發現我們星球在宇宙中的應有地位而進行長期鬥爭做好準備。

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