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中国要在宇宙中寻找“地球2.0”了。在11月24日一场关于空间科学最新成果的发布会上,中国科学院国家空间科学中心揭晓了一项雄心勃勃的计划:发射专门寻找“地球2.0”的太空望远镜。这一消息迅速在科学爱好者中炸开了锅。
在浩瀚的宇宙中,我们的太阳系并不孤单。据统计,天文学家在太阳周围20光年的范围内就有来自47个恒星系统的70颗恒星,而在距离太阳32光年的范围内,已经发现了375颗恒星。这其中红矮星的数量多达248颗。红矮星是一类温度较低,质量较小的恒星,但它们极其长寿,寿命可达数千亿甚至上万亿年。比邻星就是一颗红矮星,距离我们仅4.2光年,是离太阳系最近的恒星。
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此外,在太阳周围32光年范围内大约有100颗恒星是与太阳相似的恒星。例如离我们最近的南门二系统,其中的主星南门二A就是太阳的‘孪生兄弟’,一颗标准的类太阳恒星。波江座ε星即天苑四,这颗在科幻作品中常被提及的恒星,距离我们大约10.5光年,是一颗略比太阳冷一点的活跃恒星。这些恒星就是我们中国科学家要锁定的目标。
什么样的恒星才能被称为“类太阳恒星”呢?“类太阳恒星”的光谱类型通常介于F8V到K2V之间。这个范围包括了比太阳稍热一点的F型星和比太阳稍冷一点的K型星。要成为更严格的“太阳相似体”,条件就苛刻多了:表面温度必须在太阳温度的500K范围内(大约5200-6300K)。同时,它们的金属含量(即重元素丰度)需在太阳的50%至200%之间。
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为什么金属含量这么重要?因为原行星盘的尘埃数量与金属含量相关,而这直接影响行星形成的可能性。金属含量太低,可能就没有足够的材料形成岩石行星。
还有一点很关键:这些恒星不能有太靠近的伴星。轨道周期短于10天的伴星会剧烈激发恒星活动,产生强烈的耀斑和辐射,不利于行星上生命的孕育。
当天文学家们锁定了这些类太阳恒星后,就开始在这些恒星身边寻找潜在的“地球2.0”了。那么,什么样的行星才能称得上“地球2.0”?科学家们也列出了一系列近乎苛刻的标准。
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这颗行星首先得是一颗岩质行星,半径应为地球的0.8至1.25倍。这个尺寸范围能确保它既有固体表面,又能维系大气层。密度也需要与地球的岩石密度相近,这样才能保证地质结构稳定,减少极端火山活动。
行星必须围绕一颗类太阳恒星运行。红矮星虽然常见,但它们的耀斑活动过于剧烈,会破坏行星大气;而大质量恒星的寿命太短,可能来不及让生命演化。
最关键的是,行星轨道必须位于恒星的“宜居带”内。在这个区域,行星表面的温度恰好能维持液态水的存在——既不会因太近而蒸发,也不会因太远而冻结。
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这还不够,真正的“地球2.0”还需要拥有浓度适宜的大气层,既能过滤有害紫外线,也应包含氧气等生命所需气体。一个稳定的全球性磁场同样必不可少,它能偏转恒星与宇宙的高能射线,保护行星表面。
中国科学院紫金山天文台主导的“近邻宜居行星巡天计划”(CHES计划)正是针对这些严苛条件设计的。
这项计划将发射一架搭载1.2米口径高精度空间天体测量望远镜的卫星——CHES卫星。与以往任务不同,CHES计划专门瞄准距离太阳系约32光年的近邻类日恒星宜居带。
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这项任务的技术路线颇具原创性。它将利用微角秒级别的高精度天体测量方法,探测恒星位置的微小摆动。这种摆动是由绕行行星的引力引起的——就像两个舞者相互牵引产生的微小移动。
卫星将在日地拉格朗日L2点的晕轨道上运行5年。这个位置远离地球的干扰,能提供稳定的观测环境。望远镜设有两种观测模式:主要观测模式和重复观测模式,确保对目标恒星进行充分观测。
令人振奋的是,该计划已经对目标恒星HD 88230周围存在一颗类地行星的情形进行了仿真观测与数据拟合,成功验证了观测策略的可行性。在5年任务周期内,CHES卫星将有超过2.5万小时专门用于寻找宜居行星。
2025年9月,美国国家航空航天局(NASA)官网称,其监测并确认的太阳系外行星数量突破了6000颗。这些太阳系外行星都是怎样发现的呢?目前主要有几种技术路线:凌星法、视向速度法、直接成像法和天体测量法。
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凌星法是最多产的方法——当行星从恒星前方经过时,会遮挡一部分星光,导致恒星亮度轻微下降。通过监测这种周期性变化,就能推断行星的存在和大小。开普勒望远镜主要就是靠这种方法发现了数千颗行星。
视向速度法则通过测量恒星光谱的多普勒效应来探测行星。行星引力会使恒星产生微小的前后运动,导致光谱蓝移或红移。这种方法能确定行星的最小质量。
直接成像法最具挑战性但也最直观,它试图直接拍摄行星图像。詹姆斯·韦布空间望远镜在这方面取得了突破,最近成功直接成像了一颗质量小于木星但大于海王星的小型气态巨行星。
天体测量法是CHES计划采用的方法,它通过精确测量恒星在天空中的位置变化来寻找行星。这种方法特别适合探测类日恒星宜居带内的类地行星。
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不过,目前已经发现的这些系外行星要么是一些质量数倍于地球但小于海王星的“超级地球”,要么是一些跟木星质量相当但离恒星特别近的“热木星”。而且大多数太阳系行星都离恒星特别近,公转周期有的甚至只有短短几天。很显然这样的行星处于恒星的炙烤下,环境极其恶劣,难以出现生命。
而中国CHES计划要在类太阳恒星身边寻找“地球2.0”,就意味着这些恒星的宜居带处在一个较远的位置上。而这样的宜居行星,目前几乎是没有发现的。
如果我们中国的CHES计划找到了这样的行星。我想这颗星球大概率就是一颗生命星球吧!或许外星文明在那里已经出现了!你觉得有没有这种可能呢?
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