寻找宜居行星，NASA在行动

胡定坤

地球面临毁灭危机，人类移民新的家园，外星文明飞越光年的距离造访地球，这些都是科幻小说中常常出现的情景。人类能到哪里去？外星人能从哪里来？已成为困扰无数天文学家的难题。找到那些与地球类似的适宜人类生存的行星，则是破解这一难题的第一步。

日前，美国国家航空航天局（NASA）在“到哪里寻找宜居行星”和“判断行星是否宜居”上都有所突破。人类距离找到真正能够孕育生命和文明的系外行星又近了一步。

宜居行星范围大幅缩小

什么样的行星上可能存在生命？之前，科学家将恒星周围温度适合形成液态水的空间区域定义为“可居住带”，位于其中的行星具备产生生命的基本条件。但是，这种条件只适用于最基本的单细胞生物，与人类等高等动物完全不可同日而语。“宜居”势必比“可居”更为严苛。

近日，NASA天体生物学研究所“替代地球”科研团队在《天体物理学杂志》上撰文指出，考虑到二氧化碳等气体浓度，“可居住带”中大部分空间都无法满足高等动物的生存需要。

研究人员利用计算机模拟不同行星的大气气候和光化学反应。以二氧化碳为例，“可居住帶”中离恒星较远的行星需要这种“温室气体”使气温达到冰点以上，但其浓度一旦过高则将成为足以致命的“有毒气体”。仅此一项就足以判断，对于人类等高等动物，“宜居区”不到“可居住带”的三分之一。

“星影”计划提高观测精度

人类航天器还不能去探测任何一个系外行星，只能通过天文望远镜观测。如果要确定一个行星是否宜居，必须获得行星大气的光谱信息，对于类似地球的“岩石行星”，唯一可靠的方法就是直接成像。但是，由于恒星的亮度往往是行星大气层反射光的数十亿倍，所以观测系外行星将面临其环绕的恒星光照的严重干扰。

为了解决这一难题，NASA堪称“脑洞”大开。首先，其计划于20世纪20年代中期发射广域红外勘测望远镜（WFIRST），该望远镜的主镜直径达到2.4米，专门用于为“宜居行星”拍照。另外，NASA下属喷气推进实验室（JPL）将与系外行星探索计划（Exep）联合研制名为“星影（Starshade）”的航天器，为WFIRST遮住恒星的光线，使其专心观测周围的行星。

怎样使“星影”、WFIRST和目标恒星在太空中精确连成一线，使“星影”的影子正好投在WFIRST的镜头上？

根据JPL在6月11日发布的声明，“星影”、WFIRST之间的距离在20000—40000公里，大约是3至7倍的地球半径，且二者位置的横向误差必须保持在1米之内，堪称“超级精确”。JPL工程师迈克尔·巴顿表示，这相当于一个饮料杯垫在100公里的距离上对准一颗橡皮擦，偏差小于1毫米。

为了实现这一任务，巴顿为WFIRST专门开发了一套计算机程序来确定“星影”位置是否准确。同时，JPL工程师蒂鲍尔特·弗林诺瓦等人开发了一套控制算法，其依靠巴顿程序提供的信息来控制“星影”推进器的开关。

JPL认为，使用自动传感器和推进器控制来保持两个航天器超过“地球直径尺度”的完全对准。