宇宙“長征”計劃：尋找“地球2.0”
宇宙“長征”計劃：
尋找“地球2.0”
葛健
浩瀚宇宙，人類除了地球之外，還能找到第二個可以星際移民的“家園”嗎？對于宇宙的想象，人類從未停止探索，二十年前，抱著這樣的疑問，天文學家設計了開普勒太空望遠鏡，開展對宇宙的“行星普查”，希望找到和地球相似的繞著類太陽恒星周圍的宜居行星，即“地球2.0”；但受限于此前的技術和對銀河系其他恒星的認識，那些遙遠的“地球2.0”的行星信號總是如此微弱，以至于人類未能發現它們的存在，更無法解讀它們的奧秘；隨著科技的進步，科學家們終于將目光再次投向遙遠的太陽系外的“地球2.0”行星。
根據4月12日英國《自然》雜志網站報道指出，中國正在計劃的、名為“地球2.0”的任務有望改變這種狀況。
文/廣州日報全媒體記者 程依倫、武威
圖/廣州日報全媒體記者 程依倫（除署名外）
按計劃，這項名為“地球2.0”的任務將由中國科學院資助。根據項目負責人、中國科學院上海天文臺葛健教授介紹，目前該團隊進入了工程立項論證的第二階段，正在完成科學衛星的概念設計和關鍵技術攻關；如果技術論證得以在今年6月完成并通過最終專家評審，任務小組將進入工程階段開始建造衛星，這顆衛星將于2026年底前，隨著“長征”火箭進入宇宙，開始它的漫長征途，并于2027年夏天開始科學觀測，開始搜尋第一顆在類日恒星宜居區內運動的類地行星的征程。
而天文學家認為，這樣一顆“地球2.0”行星將具備適合液態水（甚至生命）存在的條件。
彌補“開普勒”遺憾：
微引力透鏡望遠鏡有望“巡天”
迄今為止，科學家已經在銀河系中發現了5000多顆系外行星，其中大部分由美國國家航空航天局（NASA）的開普勒空間望遠鏡發現。
開普勒衛星打開了觀察宇宙的大窗口，這顆于2009年發射升空的望遠鏡，在運行的短短四年內就“單槍匹馬”地發現了近三千顆系外行星，大大顛覆了人類對于系外行星世界的認知。開普勒計劃的核心目標是發現繞著類日恒星運行的宜居類地行星，遺憾的是，在開普勒望遠鏡發現的系外行星中，只有一些是圍繞小型紅矮星運轉的類地巖石天體，但沒有一顆繞類日恒星的“地球2.0”。
不過開普勒的失敗也給了“后來者”兩個經驗：第一，恒星不“恒”。恒星表面大氣復雜多變，使得其亮度不穩定，以至于開普勒捕捉到的信號也存在閃爍不定的情況；第二，探測時間。開普勒在運行四年之后，曾出現兩個反作用輪連續失靈的問題，無法再繼續觀測同一個天區的恒星目標并希望以此發現極其微弱的“地球2.0”的信號。在運行9年后，開普勒太空望遠鏡于2018年耗盡燃料不再繼續觀測，最終成了游蕩在太陽系的“孤膽英雄”。
美國加州理工學院NASA系外行星科學研究所天體物理學家杰西·克里斯蒂安森表示，在目前的技術和望遠鏡條件下，很難探測到類地小行星的信號。中國在尋找系外類地行星方面雖處于起步階段，也一直不曾停止探索，并取得了一定的成績：如由南大謝基偉教授牽頭，使用我國LAMOST望遠鏡對開普勒的行星“候選者”的光譜研究發現熱海王星的新種群的原創工作；由清華大學毛淑德教授牽頭，利用和韓國的KMTNet團隊合作，發現了幾顆質量最小的冷行星和流浪行星；上海天文臺的青年引進人才鄧洪平和李亞平博士，在類地行星的行星形成理論方面也做出一些原創的工作等。
“地球2.0”計劃，是中國空間科學又一次的大膽的系外行星搜尋的嘗試。該項目是中科院戰略先導支持的空間科學衛星的背景型研究，目標是發射一個到日-地拉格朗日L2點處的、由6臺凌星望遠鏡和1臺微引力透鏡望遠鏡載荷的科學衛星。根據葛健介紹，這顆衛星上安裝的6臺凌星望遠鏡將在接下來的4年開展凌星行星巡天，希望能發現約5000顆類地行星，其中包括10多顆和地球相似的“地球2.0”行星，即繞著類太陽宜居軌道上地球大小（0.8~1.25地球半徑）的行星；另1臺微引力透鏡望遠鏡將同時開展微引力透鏡巡天，希望能發現上千顆冷行星和流浪行星。
而與開普勒等單個大型望遠鏡相比，同時使用多個小型望遠鏡可為科學家提供更廣闊的視野。“6個望遠鏡疊加，可以獲得開普勒望遠鏡5倍的視場，再用非常低噪聲的儀器，獲得超過開普勒2到3倍的觀測深度，我們的探測器的搜尋能力將是開普勒任務的10到15倍。”
而微引力透鏡望遠鏡，則用于探測流浪行星（不圍繞任何恒星運行的自由漫游天體）以及遠離其恒星的在和木星、土星以及海王星相似軌道上的冷的系外行星。葛健表示，該望遠鏡將瞄準銀河系的中心，那里存在大量恒星，便于發現由這些冷行星或流浪行星產生的微引力透鏡事件。如果發射成功，這將是第一臺在太空運行的微引力透鏡望遠鏡。他說：“我們的衛星基本上可以確定不同大小、質量和年齡的系外行星，為未來的系外行星研究提供豐富的數據。”
尋找另一顆地球：
“星際旅行依舊可能實現”
用什么去尋找真正的“地球2.0” ？據葛健介紹，目前在觀測技術中，科學家們最主要的是采用空間凌星方法和地面的視向速度法。篩選類地行星的過程大致分為以下幾個步驟：“首先是通過凌星觀測，發現大小和軌道滿足類地行星的‘候選者’，尤其是‘地球2.0’的候選者；然后進行后續觀測，尤其是視向速度觀測，來幫助確定質量。有了大小和質量，就可以確定它的密度；有了密度就基本可以確定是否為與地球相似的巖質行星。如是巖質行星，再對其中繞著較亮的恒星的主星進行光譜觀測，希望能探測到它的大氣成分，正如大氣中有水，氧氣、二氧化碳等分子成分；如果存在，那么這一顆行星多半和地球一樣適合生命的生存和繁衍。”
但受限于技術，只有空間凌星法已實現可以探測到“地球2.0”的測量精度，而地面的視向速度的精度還差3~5倍才可以發現第二顆地球。因此在目前發現的宜居行星中，科學家們發現的都是繞著小質量的紅矮星附近類地行星，由于這些行星離它們的主星太近（大約日地距離的1/10左右），這些行星都像月亮那樣處于潮汐鎖定狀態：其中一面永遠朝著主星，氣候炎熱干燥；另一面背著主星，氣候嚴寒潮濕。更重要的是這些紅矮星表面還會噴射比太陽更強烈100~1000倍的火焰，很可能把表面燒焦，讓生命無法產生。
而一顆理想的、真正的“地球2.0”，將是一顆與地球的大小、質量相當的行星，且它與我們的恒星有著類似的日地距離，“同時宜居行星的世界和我們太陽系相似，有可能也有塵埃，有能產生塵埃的小行星和彗星等成分以及它們的活動現象。”今年一月份，由葛健帶領的團隊在三顆潛在的宜居行星系統中發現了由行星際塵埃產生的熱輻射，這些行星分別是由開普勒太空望遠鏡探測發現的Kepler-69c、Kepler-1229b和Kepler-395c，都是超級地球，比類地行星的大小和質量要大，大約離我們1000 光年左右。未來，“地球2.0”計劃將有希望發現太陽系外的可居住的類地行星。
“雖然很遙遠，但未來的星際旅行依舊是可能實現的。”葛健暢想。而在尋求另一顆地球的路上，葛健還表示，他計劃在收集數據后一兩年內向外公布，“目前，‘地球2.0’團隊已有大約300名科學家和工程師，其中大部分來自中國，但我們仍然希望有更多天文學家加入，通過開展國際合作，共同尋找‘地球2.0’。”
