迄今為止，人類一共發(fā)現(xiàn)了超過5000顆系外行星，不過我們看到的新聞都是來自于國(guó)外的。這樣的歷史即將告一段落，我國(guó)也將發(fā)射自己的太空望遠(yuǎn)鏡，尋找宇宙中的第二個(gè)地球了！
據(jù)中科院紫金山天文臺(tái)的消息，我國(guó)科學(xué)家最近提出了“近鄰宜居行星巡天計(jì)劃”（以下簡(jiǎn)稱“CHES”），希望能夠?qū)ふ?2光年內(nèi)的系外行星，而且是類似于地球的巖石行星！
我們知道，在已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的幾千顆系外行星中，大部分都是巨大的氣體行星，這是因?yàn)樵酱蟮男行窃饺菀妆话l(fā)現(xiàn)。可問題在于，氣體行星是不適宜生命居住的，沒有穩(wěn)定的固體表面，生物分子都沒有辦法穩(wěn)定結(jié)合，怎么能孕育生命呢？因此，如果我們想要尋找宜居行星，那么一定是體積比較小的巖石行星。
體積小，意味著更難以發(fā)現(xiàn)。不過，我國(guó)科學(xué)家藝高人膽大，提出了CHES這個(gè)項(xiàng)目，希望能夠在銀河系中找到“地球2.0”。
中國(guó)科學(xué)院紫金山天文臺(tái)研究員季江徽是“近鄰宜居行星巡天計(jì)劃”的項(xiàng)目負(fù)責(zé)人，他介紹說，我們將要發(fā)射一臺(tái)太空望遠(yuǎn)鏡，專門尋找系外行星。國(guó)外已經(jīng)有很多專門尋找系外行星的太空望遠(yuǎn)鏡了，比如NASA的開普勒望遠(yuǎn)鏡和TESS衛(wèi)星等；我國(guó)也計(jì)劃了其他的太空望遠(yuǎn)鏡，比如明年發(fā)射的巡天光學(xué)艙，但這將是一臺(tái)全新的太空望遠(yuǎn)鏡。
據(jù)介紹，該望遠(yuǎn)鏡的口徑為1.2米，具有非常高的分辨率。CHES的目標(biāo)，就是尋找地球周圍32光年內(nèi)的類地行星。
那么，CHES到底是通過什么方法尋找系外行星呢？
我們介紹過，人類發(fā)現(xiàn)系外行星的方法有很多，其中兩種最常用，那就是凌日法和徑向速度法。所謂的凌日法，就是系外行星運(yùn)行到宿主恒星和地球之間時(shí)，會(huì)導(dǎo)致恒星亮度短暫下降的現(xiàn)象，我們可以借此發(fā)現(xiàn)系外行星。徑向速度法指的是系外行星的引力拖動(dòng)宿主恒星輕微擺動(dòng)時(shí)，會(huì)導(dǎo)致其光譜出現(xiàn)多普勒效應(yīng)，從而被科學(xué)家發(fā)現(xiàn)。
不過，這兩種方法都不是CHES要利用的原理，我國(guó)科學(xué)家希望利用另一種手段來尋找系外行星，這種方法叫作天體測(cè)量法。
天體測(cè)量法的原理并不難，其本質(zhì)也是通過系外行星對(duì)宿主恒星的拖動(dòng)效應(yīng)進(jìn)行觀測(cè)，這一點(diǎn)和徑向速度法相同。不過，徑向速度法是根據(jù)恒星擺動(dòng)時(shí)光譜發(fā)生的紅移或藍(lán)移判斷系外行星的存在，而天體測(cè)量法是直接觀測(cè)恒星在空間上的位置變化。也就是說，天體測(cè)量法要更加直接一點(diǎn)。
不過，這種方法在二十多年的時(shí)間里極少被使用，僅有很少的系外行星是通過這個(gè)方法發(fā)現(xiàn)的，截至2016年，僅有HD 176051 b這一顆系外行星是通過天體測(cè)量法發(fā)現(xiàn)的。
為什么會(huì)這樣呢？原因很簡(jiǎn)單，因?yàn)檫@樣的觀測(cè)太難了。
我們知道，盡管行星的質(zhì)量比恒星小得多，但也足以拖動(dòng)恒星在空間中擺動(dòng)。以太陽(yáng)系為例，木星的質(zhì)量?jī)H有太陽(yáng)的1/1000左右，但它的引力足以將太陽(yáng)系的質(zhì)心最多拖出太陽(yáng)表面幾十萬(wàn)公里！這是這樣的引力作用，成為了天體測(cè)量法和徑向速度法能夠被人類利用的基礎(chǔ)。
但是，銀河系中的恒星距離我們都太遙遠(yuǎn)了，最近的比鄰星在4.22光年以外，遠(yuǎn)一點(diǎn)的在幾十、幾百甚至幾千光年以外。在這么遠(yuǎn)的距離下，幾十萬(wàn)公里的變化幾乎等于不存在。這就是天文觀測(cè)中最重要的一個(gè)參數(shù)：分辨率。
我做過一個(gè)比喻，假設(shè)尋找系外行星是一個(gè)人計(jì)算自己每天走多少步一樣，徑向速度法相當(dāng)于借助手機(jī)軟件來統(tǒng)計(jì)，簡(jiǎn)單快捷；天體測(cè)量法類似于自己數(shù)數(shù)，雖然準(zhǔn)確一些，但難度更大。
因此，天體測(cè)量法的要求是比較高的，一是儀器精度要足夠高，二是觀測(cè)時(shí)間足夠長(zhǎng)，三是系外行星的質(zhì)量足夠大并且軌道足夠遠(yuǎn)。
根據(jù)我國(guó)科學(xué)家的介紹，CHES將會(huì)達(dá)到前所未有的微角秒級(jí)觀測(cè)精度。季江徽比喻說：“這相當(dāng)于在地球上看向月球，分辨出放在月球上的一元硬幣的邊緣?！?/p>
我國(guó)之所以敢于采用天體測(cè)量法，得益于CHES團(tuán)隊(duì)多年以來在微像素星間距測(cè)量等關(guān)鍵技術(shù)方面的鉆研與突破，這在全球范圍內(nèi)也將是人類首次利用高精度天體測(cè)量法專門尋找宜居行星的空間探測(cè)任務(wù)！
據(jù)介紹，CHES太空望遠(yuǎn)鏡將會(huì)被送到150萬(wàn)公里外的第二拉格朗日點(diǎn)，在這里，它不需要額外的動(dòng)力就可以長(zhǎng)時(shí)間保持和地球之間不變的相對(duì)位置，并且不會(huì)被太陽(yáng)光干擾。
該望遠(yuǎn)鏡的設(shè)計(jì)壽命是5年，在這5年的時(shí)間里，它會(huì)對(duì)100顆類太陽(yáng)恒星進(jìn)行觀測(cè)，其中每顆恒星的觀測(cè)次數(shù)都不少于50次，也就是天體測(cè)量法的第二條比較高的要求。
它不僅會(huì)觀測(cè)目標(biāo)恒星，還會(huì)觀測(cè)它背后的其他恒星，以這些恒星作為固定的背景板，才能判斷目標(biāo)恒星是否出現(xiàn)微弱的位置變化。只要排除恒星自己的移動(dòng)的可能性，就能判定這種變化是來自于它周圍的行星了。這種變化的幅度能夠幫助科學(xué)家推測(cè)行星的質(zhì)量，這是凌日法所不具備的優(yōu)勢(shì)，而行星的質(zhì)量決定了它是固體行星還是氣體行星。
根據(jù)我國(guó)科學(xué)家的預(yù)想，CHES將能夠發(fā)現(xiàn)大約50顆類地行星。至于這些類地行星到底適不適合生命存在，還需要更多的觀測(cè)和分析。這些分析需要留到未來才能解決，但前提是我們得先發(fā)現(xiàn)這些行星的存在。
季江徽介紹，CHES項(xiàng)目不僅能夠?qū)ふ翌惖匦行?，甚至還能探測(cè)宇宙中的暗物質(zhì)和黑洞等最前沿的天文難題，這對(duì)于人類在這些領(lǐng)域的發(fā)展也至關(guān)重要。
