硬體跟不上！科學家稱尋找外星生命需要一款全新的太空望遠鏡

圖片來源：NASA

如果NASA真的想要認真尋找外星生命，那麼科學家認為，太空機構應該向太空發射一種新的大型望遠鏡，能夠直接捕捉太陽系外行星圖像的望遠鏡。而目前這種技術並不完全存在。但是天文學家說，這是我們找到另一個擁有生物有機體的地球的最好辦法。

這項概念任務是由美國國家科學院、工程學院和醫學院成員編寫的一份新報告中的最佳建議。該學院的任務是由國會提出研究和探索太陽系外太空系統的最佳戰略。在收集了該領域專家的意見後，國家科學院提出了七項建議，望遠鏡位於該名單的首條。

考慮到NASA試圖建造下一個大型空間天文台，即詹姆斯韋伯太空望遠鏡(JWST)時所面臨的嚴峻現實，這個想法十分理想化。最初設想耗資10億美元，並於2007年推出。今年6月，NASA承認整個項目將耗資96.6億美元，望遠鏡最早將於2021年投放。而本報告推薦的望遠鏡類型需要尚未在太空中測試的新技術，這可能使設備比JWST更複雜、更昂貴。

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但是，在撰寫此報告時，作者沒有考慮潛在的財務限制。 「我們特意沒考慮成本或時間表或任何類似的東西。」 報告作者俄亥俄州立大學的天文學教授斯科特·高迪(Scott Gaudi)告訴The Verge，「這只是一個關於外行星社區所思考的最重要事情的共識，需要完成來解釋我們的科學目標。」 高迪正在研究一款名為HabEx的太空望遠鏡的新概念任務。

這些目標相對簡單。報告概述的第一個議程是我們需要了解行星是如何形成的。當恆星誕生時，它們通常形成一個旋轉的氣體和塵埃盤，然後各個行星在這些圓盤內聚結。那麼這些圓盤如何從簡單的氣體轉變為成熟的行星呢?

第二個目標是地球上大多數人都想要找到的：有其他類似地球可以容納生命的行星嗎?這就是新望遠鏡如此重要的原因。拍攝行星的直接圖像可以告訴我們很多關於它們的樣子以及它們大氣成分。圍繞行星的氣體可以保存關於表面下物質的重要線索。例如，與生命息息相關的氣體，如氧氣和甲烷，將是於遙遠世界存在生物有機體的一個重要標誌。哈佛大學系外行星天文學家Laura Kreidberg告訴The Verge說：「我們可以對大量類地行星的大氣成分進行普查。」

如今，天文學家大多通過巧妙而間接的方法找到系外行星。也許觀測遙遠世界最常見的方式是觀測它們在母星面前經過，即所謂的凌日。這些交叉點略微阻擋了恆星發出的光，導致可以從地球測量的亮度小幅下降。已經在地球軌道上運行的NASA苔絲宇宙飛船就是以這種方式尋找行星，未來的詹姆斯韋伯太空望遠鏡也是如此。另一種方法是觀察行星的引力如何影響其主恆星。即使它們很小，行星也會讓它們的恆星略微擺動，而這是它們存在的標誌。

然而，系外行星直接成像是一項艱巨的任務，尤其是地球大小的行星。這些行星與其母星非常接近，並被附近的星光淹沒。例如，一顆遙遠的，可能像地球一樣的行星比繞它運轉的恆星要暗10億倍。因此，為了直接對這些行星進行成像，科學家們需要為未來的太空望遠鏡配備遮擋或減少恆星光線的特殊工具。

幸運的是，天文學家一直在努力。一個概念就是被稱為日冕儀的光學儀器，可以連接到望遠鏡上，用鏡子抑制恆星發出的光，使得更容易看到潛伏在附近的行星。地球和太空中的望遠鏡已經配備了日冕儀以幫助研究太陽，但是這種高對比度的儀器阻擋了來自遙遠恆星的光線，尚未在太空中進行全面測試。NASA目前計劃首次在其即將推出的太空望遠鏡WFIRST上展示這項技術，也是美國國家科學院強烈推崇的。

但是除了日冕儀之外還有另一種選擇。天文學家一直渴望嘗試一種稱為遮星板的東西。一個巨大的花形結構，可以在望遠鏡前飛出，通過投射陰影阻擋恆星發出的光。 「所有的星光不會出現在你的望遠鏡上，但來自地球的光線會進入你的望遠鏡。」高迪說。

但問題是，這項技術非常複雜。恆星必須飛行距離太空望遠鏡大約10萬公里，必須非常精確，才能正確阻擋來自遙遠恆星的光線。和日冕儀一樣，遮星板還不是一種完全成熟的技術。因此，天文學家希望建造直接成像系外行星的望遠鏡，任務將十分艱巨。例如，目前正在研究的一個概念，稱為LUVOIR，將比JWST的反射鏡大得多。

任何直接成像望遠鏡項目都需要花費數十億美元才能啟動，美國國會可能很難批准，特別是考慮到JWST的延期和成本超支。與此同時，特朗普政府已經提議取消WFIRST望遠鏡，理由是該項目的成本超支，這將有助於測試日冕儀技術。但系外行星天文學家表示，他們樂觀地認為這種性質的大型項目有朝一日會實現。 「與我們已經完成的目標相比，例如人類第一次登月，我認為這是一個雄心勃勃但可實現的目標。」 Kreidberg說， 「這是我們觸手可及的。」

高迪也理解完成這樣的任務挑戰有多大。 但該報告僅僅是為了反映系外行星社區希望實現的目標。 不久，科學家們將齊聚一堂，優先考慮NASA應該資助的哪項任務，作為十年調查的巨大努力的一部分。 該報告將在建議執行哪些任務時考慮財務現實。

但高迪希望立法者能夠看到像這樣雄心勃勃的使命的重要性。 「就財政能力而言，這些任務並非立即可用。」他說，「這只是我們必須做的事情。 我們認為現在進行這些任務的時機非常成熟，我們可以在下一代得到這個深奧問題的答案。」

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