中国“近邻宜居系外行星巡天望远镜”瞄准系外生命世界，中西方合作或能发现数十颗类地行星

这张图片展示了“宜居世界天文台”（HWO）的早期设计概念，并非其建成后的样子。“宜居世界天文台”可能会采用星罩来抵消掩盖系外行星的明亮恒星光。（图片来源：美国宇航局）

如果说天文学有一个“圣杯”，那就是另一个宜居星球。为了找到这样的星球，美国宇航局正与合作伙伴共同研发“宜居世界天文台”，它将是首个旨在探测类太阳恒星周围类地行星的望远镜。

在这里，为了便于理解，我们首先要明确“类太阳恒星”和“类地行星”这两个重要概念。

在宇宙中，恒星有很多种类，简单地说，“类太阳恒星”就是和我们的太阳相似的恒星，这种相似表现在质量，温度和光谱类型等诸多方面。科学家们很重视这种恒星，认为在这种恒星周围最有可能发现宜居的世界。

而“类地行星”则是指与地球相似的行星，有岩石的固体表面和稀薄的大气层，这种行星是天文学家们寻找地外生命的主要目标。

中国正在开展“近邻宜居系外行星巡天”（CHES）项目。最新的研究表明，“宜居世界天文台”（HWO）和”近邻宜居系外行星巡天“（CHES）若携手合作，将放大彼此的研究成果，从而获得很好的效益。

“宜居世界天文台”有时被称为“超级哈勃”，它将配备一个6至8米口径的镜子，可探测紫外线、可见光和红外线。

与“哈勃”不同的是，“宜居世界天文台”还将配备日冕仪，用于阻挡恒星光，使类地行星更容易被观测到。

它的运作方式也与“开普勒”和“苔丝”等望远镜不同。“宜居世界天文台”不会通过凌星法来探测系外行星，而是直接对它们成像。

美国宇航局认为，“宜居世界天文台”有望发现25个宜居星球，并利用光谱学分析这些星球大气中的化学生物特征。

与“宜居世界天文台”相比，“近邻宜居系外行星巡天”采用不同的运作方式，它利用天体测量法来测量恒星。

一篇新论文展示了“近邻宜居系外行星巡天”和“宜居世界天文台”如何协同工作以实现合作效应。这篇论文由中国科学院的包春晖担任主要作者。

作者写道：“通过结合‘近邻宜居系外行星巡天’提供的精确轨道约束与‘宜居世界天文台’的成像能力，我们评估了在探测效率、信噪比以及整体行星发现数量方面的提升情况。”

与过去不同，现在，航天机构已经从单纯地发现行星发展到对行星进行特征描述的阶段。通过这种方式，科学家们正在建立一个庞大的系外行星知识库以构建模型，从而对系外行星群体形成更深入、更全面的认识。

然而，人们都清楚，天文学家们真正想要寻找的是类地宜居星球，这意味着我们更想找到的是位于类太阳恒星宜居带内的岩石行星。

作者描述，实现上述目标的最佳方式是将“宜居世界天文台”的直接成像能力与“近邻宜居系外行星巡天”的天体测量优势相结合。

宜居世界天文台、南希·格雷斯·罗曼太空望远镜以及大型系外行星干涉仪等任务都采用了带有星罩的直接成像技术。尽管这种方法威力强大，但也存在一些缺点。由于受系外行星轨道和大气的影响，它们的可探测性会随时间变化，这意味着需要多次观测才能达到较高的完整性。

南希·格雷斯·罗曼太空望远镜是一台拥有日冕仪和光谱仪的下一代光学和近红外望远镜。（图片来源：戈达德航天飞行中心/科学可视化工作室）

天体测量法则能够对恒星位置进行极其精确的长期测量。这些测量使天文学家能够更准确地测量系外行星的轨道参数，如倾角、偏心率和周期等。这种精度有助于更好地理解行星系统的结构。

作者解释道：“当天体测量与直接成像相结合时，我们就能够增强系外行星探测的可靠性，降低行星特征的不确定性，为每个行星系统提供更全面的视角。”

天体测量与直接成像之间的协同效应是一种有待释放的强大力量。

作者表示，“宜居世界天文台”和“近邻宜居系外行星巡天”之间的协同会产生更好的结果。

作者的研究表明，通过与“近邻宜居系外行星巡天”协同，直接成像的探测完整性和效率可以提升约2到30倍。他们估计，通过使用这两台望远镜，能够发现超过50个候选的类地世界。

部分协同效应源于“近邻宜居系外行星巡天”提供的天体测量信息能揭示使用“宜居世界天文台”对特定行星系统中的行星进行成像的最佳时机。这减少了“宜居世界天文台”观测中的一些猜测和随机性。

作者解释说：“通过利用‘近邻宜居系外行星巡天’限制轨道元素的能力，以及提供理解行星系统结构的关键数据，‘宜居世界天文台’的观测资源可以得到最优分配。”

尽管詹姆斯·韦伯太空望远镜在研究系外行星大气以寻找生命迹象方面取得了重大进步，但我们仍需要更好地了解星球的宜居性。现在，在宜居性方面，人们对潜在生物特征的许多探测只是线索，由于存在多种可能的解释，它的确定性仍有待提高。

作者有力地论证了如果我们能够利用“宜居世界天文台”和“近邻宜居系外行星巡天”之间的协同效应，那么发现类地宜居星球这一“圣杯”可能比一些人想象的更加容易。

研究人员总结道：“随着技术的进步，在未来十年内，在光学波段探测宜居类地行星似乎越来越可行。”

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