尋找宜居星球和系外生命使命艱巨，NASA再推新一代太空望遠鏡

20年前，你或許手腳並用就能數出宇宙中的所有已知行星，還能回憶出它們的名字。但是今天，你可能需要一個計算器和一個大圖表，成千上萬的系外行星填滿了我們的表格。天文學家正準備再找到一萬顆甚至更多的行星。

這些美麗的行星絕大多數超級炎熱，不宜居住，木星和海王星就是如此，但是有一些看起來就像我們居住地球的巨大翻版，我們稱之為「超級地球」。少數天體在大小、質量和軌道方面都幾乎是地球的鏡像。

數據顯示，行星必須圍繞恆星做繞軌運動，甚至提示最近的地球雙胞胎兄弟可能在距離地球12光年的距離之內，從星際的空間距離看，這幾乎就在「隔壁」。行星尋找者還不能確定這樣的天體是否存在？什麼時候、如何找到它？美國航空航天局（NASA）對此已有自己的計劃。

尋找「宜居星球」靠「開普勒」不夠

很多迄今為止讓人興奮的發現都來自於NASA的行星獵人——開普勒計劃任務，但是這個空間望遠鏡對於接下來的研究來說，眼光顯得似乎昏暗了些。

開普勒的最新任務階段被稱作「K2」，致力於宣召那些圍繞較近和較明亮的恆星做繞軌運行的行星。但在2017年開普勒的繼任者——掠過地外行星的搜尋衛星（TESS）被發射升空前，新任務還不會立刻啟動。

與開普勒相似的是，TESS會通過飛掠其他恆星來搜尋神秘莫測的世界。TESS將可能找到附近數以千計的行星，其中數百個可能比較小且布滿岩石。少數幾個將沐浴在名為「M矮人」的恆星充足的陽光下，其上或許還有液態水。

也就是說，TESS可能找到一些宜居星球。為了了解更多信息，天文學家們會仔細考察每個星球的大氣環境，用分光鏡來分辨和煦的氣候環境，比如說水蒸氣、二氧化碳，以及從光合作用植物中釋放的氧氣，或者從細菌中釋放的甲烷等存在生命的潛在信號。

韋伯望遠鏡有望接續尋找任務

在本世紀20年代，一些反射鏡面直徑超過30米的地基「超大望遠鏡」，將用於處理TESS和其他任務找到的潛在宜居系外行星的測量數據，但是科學家一致認為，要想在這樣的星球上研究生命的跡象，最好還是在太空中比較實際些，如此才能避免受到地球大氣氣流的影響。

天文學家已經讓不再年輕的哈勃太空望遠鏡超越自身極限去觀察一些大的、極熱的、不宜居星球的空氣環境了。只有NASA斥資90億美元建造的、將於2018年發射升空的詹姆斯·韋伯太空望遠鏡才有希望隨時接續TESS誘人的發現任務。這一觀點也成為該望遠鏡開發者在與公眾和國會溝通時候從來沒有忘記強調的一點。

只是要問詹姆斯·韋伯望遠鏡究竟有多大本事，直接取決於你提問的對象是誰。在太空望遠鏡科學研究所工作的韋伯望遠鏡項目科學家傑森·凱利萊就很樂觀：「我們可以測量溫暖的超級地球大氣中的很多分子，包括二氧化碳、甲烷和水蒸氣等。」但是天文學家傑夫·瓦倫提則相對保守：「並不能斷言一定會在『M矮人』軌道上找到潛在的宜居星球，我們會儘力嗎？答案是肯定的；能確定找到嗎？我保持懷疑態度。」

能否找到系外生命還靠運氣

韋伯望遠鏡攜帶的低溫冷卻探測器和超大6.5米鏡面具有鷹眼紅外視野，可以對TESS飛掠的一些行星的大氣層進行檢測。當一個行星處在飛掠過程，韋伯可以通過搜集照耀其大氣上的光線進行研究，獲取有關大氣成分和結構的信息；它還能通過TESS的幫助來評估這顆行星的日間溫度。

韋伯究竟能否在太陽系外搜尋到生命的爭論，要看它是否足夠幸運了。如果TESS沒能找到任何令人著迷的超級地球，韋伯就不會有很多工作可做。韋伯被設計用來研究宇宙的一級恆星，而並非潛在的宜居星球，它所攜帶的設備在設計之初，就有料到如今天文學家對潛在系外行星的認識走到如此之遠。檢測類地行星的任務超出了韋伯望遠鏡的能力範圍，完成新任務所需要的新的光學技術在其發射升空之前沒法應用。

最安全的方案是，至少為一個潛在宜居超級地球檢測是否存有大氣層。儘管如此，要求韋伯對「M矮人」附近的星球進行「潛在宜居性」的檢測都是強人所難，因為「M矮人」恆星為其行星的宜居性設置了大量不確定和挑戰性因素：在宜居區域的星球可能受到潮汐影響，其中某個半球始終面朝恆星而被異常強烈的恆星光耀猛烈衝擊。

完成目標需要大量「觀測時間」

研究顯示，為了韋伯能穩定地探測水蒸氣，這顆行星很可能需要被包裹在厚厚的氫毯下面。「系外行星探索項目分析組」（ExoPAG)是一批有影響力的科學家組成的委員會，他們幫助NASA優先策劃接下來要開展的項目和任務。該組織的一項最新研究表明，類似探測和測量水蒸氣的任務可能需要對每個行星進行長達數月的觀測。

探測生命的希望或許很讓人沮喪，韋伯望遠鏡若要考察「潛在宜居」目標，都需要花費大量的望遠鏡操作時間。「即使我們能夠在TESS飛掠過的行星上探測到水，對於宜居性來說也未必是個好消息。」主導這項研究的馬塞諸塞州阿姆赫斯特學院天文學家尼克·科萬說，一個在其大氣層富含水分子的類地行星很可能正在失水過程中，正如金星那樣終將變成又干又熱的星球。

在其最初的五年任務時間內，假設韋伯必須與整個天文物理學家團體分享時間，恐怕最多也只有1/4觀測時間能夠用於研究系外行星。科學家目前正在爭論，望遠鏡到底該給邊緣的宜居星球研究多大的重視程度。總之，如果傳回了很多低質量的觀察結果會帶來更多問題，畢竟望遠鏡可以很輕鬆地提供更大、更熱、完全不宜居的行星的形成和大氣的大量評估新數據。

「TESS和韋伯將我們從『任務有限』帶入到了『時間有限』的決策困境。」ExoPAG主席、俄亥俄州立大學天文學家斯考特·高迪如是說，「韋伯並非不能檢測潛在宜居行星，只是這要佔據現實中可供使用的更多時間。」

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