发现外星生命需更大的望远镜——美国家科学院报告为NASA设定十年优先发展目标

2018-09-07 19:25:09 来源: 科技日报 作者: 刘霞

拟议的可对系外行星直接成像的LUVOIR太空望远镜(艺术概念图)。图片来源:美国太空网

本报记者 刘 霞

据美国太空网报道,当地时间9月5日,美国国家科学院发布了一份经国会授权的报告。报告指出,美国国家航空航天局(NASA)应将其系外行星研究预算的重点放在大型空基和地面望远镜上。新报告为美国天文学界设定了新的十年优先发展目标,为NASA的长期发展提供了战略引导。报告也呼吁科学家开展跨学科合作。

撰写新报告的委员会联合主席、美国哈佛大学天文学家大卫·夏博诺说:“这是人类历史上一个非常特殊的时刻,数百甚至数千年来,人类一直想知道其他星球上是否存在生命。如果我们做出正确的投资,那么,我们实际上可以在未来20年内找到这个问题的答案。”

优先发展大型望远镜

新报告提出了七大关键的优先事项,其中包括:建造一款可直接看到系外行星的太空望远镜——“大型紫外线/光学/红外勘探者(LUVOIR)”和宜居系外行星天文台,这两款太空望远镜都足够强大,可将行星发出的微弱光线与其恒星强大的眩光区分开;资助大型地面望远镜——如可能建于夏威夷的30米望远镜和位于智利的巨型麦哲伦望远镜;继续开发宽视场红外探测太空望远镜(WFIRST)等。

任职于加州理工学院和NASA系外行星科学研究所、未参与新报告撰写的系外行星专家杰西卡·克里斯蒂安森说:“这份报告强调了大型望远镜的重要性。这些目标需要耗费巨资,但它们可以取得让我们感到兴奋的成果。”

该报告重点强调了可在未来15年或20年内开始工作的仪器,因此对目前已有的项目只进行了简单概述,例如新一代系外行星“猎手”——“凌日系外行星勘探卫星”(TESS,开普勒太空望远镜的继任者,已于7月底开始收集数据),以及计划于2021年发射的詹姆斯·韦伯太空望远镜(Webb,哈勃望远镜的接替者,从探测早期恒星和星系的第一束光,到探测系外行星的大气以寻找地外宜居环境,韦伯有望揭示宇宙的许多奥秘)。但报告明确表示,要支持这些项目。

天文学家也普遍表达了对韦伯太空望远镜的支持,但该项目的研发支出超过之前国会规定的80亿美元上限,且其发射时间多次推迟,这让不少科学家感到担心。

克里斯蒂安森表示,像韦伯这样的大型项目带来的问题使一些科学家心有余悸,转而投向小型项目的怀抱。如果这份报告提到的野心勃勃的项目也有成本和进度问题,那么这些项目可能会以失败告终。她说:“将所有鸡蛋放在一个篮子里,是非常大胆的策略。虽然这种方法可能会带来高额回报,但它也可能带来高风险。”

但该报告背后的委员会认为,值得为这些野心勃勃的任务付出更多资金。该委员会联合主席、俄亥俄州立大学天文学家斯科特·高迪表示:“这些望远镜和我们正在讨论的任务尽管昂贵,但肯定不会超出我们所能承受的范围。”

此外,报告对于相对便宜的立方体卫星(CubeSat)以及它们将如何为系外科学作贡献等话题也有涉及,但讨论很少,尽管该报告负责人在新闻发布会上指出,这些较小的任务也很有价值。

直接看见系外行星

目前,探测系外行星一般采用两种间接方法:径向速度法——利用行星借助自身引力导致恒星位置的轻微摆动;凌日法——观测行星在恒星和望远镜之间滑动时引起的恒星亮度轻微下降。而新报告则重点强调“简单粗暴”的直接方法。

实现系外行星的直接探测需要下一级技术,比如直接成像和微透镜等,微透镜技术会使用光学技巧对遥远的太空团块予以放大,被推迟至2025年发射升空的WFIRST使用的正是这一技术。

新报告强调了直接成像技术,但目前要实现这一技术还很困难。日本国家天文台天文学家塞恩·柯里一直在研究直接成像技术,他并没有参与新报告的撰写。他说:“直接成像很有趣,因为眼见为实。很多人,当你告诉他我们实际上并没有直接探测到许多行星时,他们会持怀疑态度,这一点令人头疼。”

巨型麦哲伦望远镜项目运作副总裁帕特·麦卡锡也没有参与新报告的撰写。他说:“直接成像技术还可以提供有关地球本身及其表面可能发生情况的其他信息。一旦你能看到这颗行星,你可以做各种有趣的事情,比如研究它的轨道、了解它的构成,并且可能发现天气或旋转迹象等。这真是打开了新世界的大门。”

研究人员指出,这份新报告为未来20年内的升级版系外行星研究勾勒出了路线图,可能会产生重大影响。高迪说:“人类历史上第一次,如果我们愿意的话,现在可以开始回答其他星球上是否存在生命的问题。”

(科技日报北京9月6日电)

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