寻找半人马座阿尔法星系的宜居行星

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　　在离我们最近的恒星系统＂半人马座阿尔法星系＂（Alpha Centauri）中，是否会有宜居的行星？多年来，科学家们一直在努力解答这个问题，他们尝试透过两颗类太阳恒星半人马座阿尔法星A和B的眩光，寻找绕行它们的行星的迹象。该系统的第三个成员比邻星（Proxima Centauri）是一颗红矮星，已知它拥有至少一个行星。
　　寻找半人马座阿尔法星系中的行星将带来巨大的科学回报。因为这些恒星离我们非常近，距离只有四光年多一点，这在宇宙中仅是一箭之遥，就像在我们的＂家门口＂一样。半人马座阿尔法星系中的任何行星都会是未来研究的主要目标，其中可能拥有生命的类地行星更是重中之重。现在，一群科学家计划使用私人资助的望远镜增进我们对半人马座阿尔法星的了解，这是之前从未使用过的方法。＂我们现在有这个前所未有的机会，来寻找这个系统中是否存在处于宜居带的行星。＂来自亚利桑那大学的Olivier Guyon说到，他也是这个望远镜团队中的一员。
　　该团队于2021年11月16日宣布，他们已从澳大利亚政府获得超过50万美元的资金，来继续开发这架相对低成本的望远镜＂Toliman＂。该望远镜项目由悉尼大学的Peter Tuthill带领（Peter Tuthill和他的同事几年前首次提出了Toliman概念，此前曾得到美国NASA喷气推进实验室（JPL）、澳大利亚太空工程公司Saber Astronautics以及由科技亿万富翁Yuri Milner资助的加利福尼亚州突破计划（Breakthrough Initiatives）的支持。这个鞋盒大小的小型望远镜是特别为在半人马座阿尔法星系中寻找行星——特别是在其宜居带中的行星（宜居带是指被恒星的光芒温暖着的、可以使液态水在岩质行星表面存在的区域）——而设计的。它将以一种其他望远镜无法比拟的方式做到这一点。该团队的目标是在2023年之前完成该望远镜的搭建并将其发射到地球轨道，准备开始它在太空的搜索。＂看到私人基金会促进我们寻找‘另一个地球’，这真是太棒了。＂来自麻省理工学院的Sara Seager说到，她是一名与该项目无关的＂行星猎人＂。
　　为了寻找半人马座阿尔法星系的行星，人们已经做出了许多努力，并取得了不同程度的成功。2012年，科学家们认为他们发现了一颗围绕半人马座阿尔法星B运行的行星 ＂半人马座阿尔法星Bb＂，但在2015年，其他研究人员似乎排除了这颗行星的存在。对半人马座比邻星的调查更有成效，研究发现了一个可能的地球大小的行星＂比邻星b＂，同时暗示了另一颗行星＂比邻星c＂的存在。2021年初，科学家发现了一颗可能的围绕着半人马座阿尔法星A运行的行星，它大概有海王星大小。
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　　＂Toliman＂是半人马座阿尔法星的一个古老的阿拉伯语名称，同时也代表天文邻域轨道轨迹干涉监测望远镜（TOLIMAN是Telescope for Orbit Locus Interferometric Monitoring of our Astronomical Neighborhood的缩写），该望远镜旨在寻找半人马座阿尔法星A和B周围的行星。Tuthill说，Toliman望远镜的部分零件已经签订了合同开始建造，而用于测试这项技术的先驱任务Toliboy，已经在2021年早些时候通过CUAVA-1卫星发射到了国际空间站。Tuthill说，悉尼大学一直在对Toliman的技术进行实验室测试和模拟工作，同时该团队目前正在制作一个原尺寸的原型机。尽管该任务仍有一些尚未确定的细节，例如发射它的火箭和它在地球轨道的位置，但该技术本身已经基本准备就绪。＂这个望远镜的组件涉及的技术相当成熟，它们在今天就可以被制造出来。＂Guyon说，他是突破计划的Breakthrough Watch项目的主席，该项目的目标是在半人马座阿尔法星和其他附近恒星周围寻找行星。
　　该望远镜主要利用半人马座阿尔法星Α和B的双星性质探测它们宜居带中的行星，它们之间的距离略远于天王星与太阳之间的距离。Tuthill说，该望远镜将使用一种名为衍射光瞳（diffractive pupil）的技术，这是一种采用了光学技巧的变革性方法。这台12厘米宽的望远镜将不被用于拍摄高分辨率的恒星图像，而是将来自恒星的光分散成数千个像素，创建一个复杂的图案，从中可以看到显示每颗恒星在的空间位置的＂光子指纹＂。科学家们希望从这些数据中发现由行星的引力所引起的恒星位置的微小变化。由于存在两颗恒星，相较于只存在一颗恒星，这项名为＂天体测量＂的任务会更容易实施，因为两颗恒星之间的距离能够被更准确地测量。Tuthill说：＂半人马阿尔法星非常适用于用这项技术探测，它就像是为这个任务特别安排的目标。＂
　　研究人员利用Toliman两年的天体测量数据，应该就能确认半人马座阿尔法星A或B的宜居带内（即与地球轨道距离相似的范围）是否存在行星。天文学家可以通过评估每个新发现的行星对恒星的引力强度，来精确地测量出它们的质量，这是天体测量学的优势。大多数其他行星探测技术只能粗略地估计行星的质量，无法将一个气体笼罩的＂迷你海王星＂和一个更像地球的岩质行星进行区分。不过，这项技术也有一些小的不足，比如如果发现了一颗行星， Toliman无法在最初得出它围绕的是这两颗恒星中的哪一颗。但我们将几乎可以肯定地知道，这个系统中是否存在任何可能宜居的、与地球质量相当的行星。Tuthill说：＂我们可以识别出在宜居带内的、与地球质量相当的行星。＂同时他希望，他们的发现能引发＂淘金热＂，让更多的人加入，使用更复杂的方法寻找宜居星球。
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　　Toliman任务预示着系外行星科学会发生两个有趣的变化。第一是利用私人资金进行不能保证成功的太空科学研究，而不是仅仅依靠航天局和其他政府机构的支持。Guyon说：＂像这样高风险的任务很难受到公共基金机构的资助，因为在半人马座阿尔法星系统中有可能没有行星。＂但这类任务潜在的回报是巨大的。＂一旦找到了，我们就知道离我们最近的恒星系统有一颗潜在的宜居行星，这将彻底改变各机构的计划。＂Guyon说。该项目还标志了一个转变——从像过去20年那样寻找数千颗系外行星，到对某些恒星系统进行详细的研究。Seager说：＂现在的趋势是寻找大量的行星，但我们中的一些人已经准备专注于个别的恒星系统了。＂
　　巴尔的摩太空望远镜研究所（Space Telescope Science Institute in Baltimore）的Emily Rickman指出，考虑到半人马座阿尔法星的恒星与地球的距离很近，Toliman望远镜的技术令人兴奋。她说：＂在我们地球的＂后院＂发现任何外星生命的迹象，都将是一件大事。＂即使Toliman没有探测到任何东西，该任务也将加深我们对半人马座阿尔法星的认识。＂如果什么也没发现，那要么是有一些我们看不到的、靠近恒星的非常小的东西，要么这些恒星周围什么都没有。＂她说，这将是一个有趣且有价值的结果。Tuthill提出，Toliman望远镜在探测半人马座阿尔法星之后，还可以用来探测其他附近的双星系统，如11光年外的天鹅座61。但其他的恒星系统都不够近，Toliman无法提供那么高的精度，因此只能对更大的、可能不宜居的星球进行探测。Tuthill希望在探测其他的恒星系统时，能够探测质量比地球大一些的、或类似海王星的行星。
　　然而，就目前而言，半人马座阿尔法星是主要目标，有可能即将带来重大发现。在短短几年内，我们就可能会知道那里是否存在一个或多个与地球质量相当的、潜在的宜居星球，他们如此之近，以至于我们不仅可以用望远镜研究它们，而且还可能发射探测器对他们进行实地探索。目前已经有了这样的提案，其中包括Breakthrough Watch更受人关注的姊妹项目Breakthrough Starshot，它也是突破计划的项目之一，计划向半人马座阿尔法星发射速度约为光速十分之一的微型航天器。Toliman将为这样一个将持续数十年的任务提供关键数据。突破计划的执行董事Pete Worden说：＂我们知道这个恒星系统中至少有一颗行星——比邻星b，如果我们最终确认半人马座阿尔法星A和B没有潜在的、可以孕育生命的行星，那么我可能会把重点放在比邻星上。＂如果一切按计划进行，我们可能很快就会有所发现。
　　撰文：Jonathan O＂Callaghan
　　翻译：武雨佳
　　审校：郑昱虹
　　引进来源：科学美国人
　　本文来自：中国数字科技馆