人类第二家园会是“流浪地球”吗?中国科学家发起“地球2.0”项目,普查银河系类地行星( 二 )


2006年 , 他主导的科研团队利用全新技术光学干涉光谱仪 , 在距离地球约100光年的地方 , 捕捉到了一颗围绕幼年恒星运转的系外行星“ET-1” , 由此成为第一个发现系外行星的华人天文学家 。2018年 , 他和团队经过130次以上的观测和后续数据合并分析 , 在《星际迷航》故事中斯波克家乡的波江座40A恒星周围 , 发现了一颗类似瓦肯星的行星 , 被称为“超级地球” 。
2009年 , 美国国家航空航天局(NASA)发射开普勒太空望远镜 , 核心目标是发现类太阳恒星周围的宜居类地行星 , 这也是人类第一次对银河系行星种群进行普查 。
开普勒的遗憾
给后来者留出探索空间
令人遗憾的是 , 开普勒望远镜升空仅四年 , 就发生了故障 。天文学家对此感到无比惋惜 , 同时也开始酝酿新的银河系“普查” 。2018年 , NASA发射凌日系外行星勘测卫星(TESS) , 以接替开普勒 。欧洲空间局紧随其后 , 于2019年成功发射CHEOPS望远镜 。
2018年发现“超级地球”后 , 葛健就希望中国的科技力量能够加入到未来的银河系“行星普查”中 。
经过仔细分析研究 , 葛健和团队认为 , 开普勒任务没能实现核心科学目标有两个重要原因:一是对恒星活动噪声认识不足 , 二是仪器的噪声偏高 , “当时天文学家对恒星和行星的认识还不够深入 , 直到望远镜上天之后才发现问题” 。
葛健解释 , 开普勒寻找行星主要用的是“凌星法” , 也就是行星经过恒星表面时所引发的恒星表面的微弱光度变化 。当初设计仪器的探测指标时 , 科学家是以太阳的活跃度为蓝本的 。可当开普勒上天之后才发现 , 大约有2/3的待观测恒星活动要比太阳剧烈很多 。这样一来 , 观测的噪声非常大 , 一些小的凌星信号就会被无情淹没 。
人类第二家园会是“流浪地球”吗?中国科学家发起“地球2.0”项目,普查银河系类地行星
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▲“凌星法”示意图
再者 , 开普勒望远镜的视场只有100平方度(月亮的视面积约为0.5平方度) , 而全天约为4.1万平方度 。按照朝一个方向观测一年的节奏 , 开普勒要看遍全天需要400多年 。一般而言 , 行星只观测到一次还不能确认 , 要观测到三四次才行 。因此 , 开普勒能够观测的主要是公转周期在一年以内的行星 , 对于周期超过一年的就无可奈何了 。
如此一来 , 开普勒任务虽然开启了人类寻找太阳系外行星的先河 , 却给后来者留下了巨大的探索空间 。
独创“搜星利器”
超大视场+超高精度
2019年 , 在中国科学院“空间科学(二期)”战略性先导科技专项的总体部署下 , 葛健召集了几十位科学家和技术人员 , 开始筹划“地球2.0”项目 。
经过一年多预研 , 项目整体方案最终确定:科学卫星将搭载自主研制的6台30厘米口径、500平方度广角凌星望远镜 , 1台30厘米口径、4平方度微引力透镜望远镜 , 发射到日-地拉格朗日L2点处 , 利用超大视场和超高精度的光学测光 , 对银河系内类地行星进行大规模普查 。
“凌星法”和“微引力透镜法”观测对小质量行星探测具有高度敏感性 , “地球2.0”项目将首次结合这两种先进的观测方法 。
“我们原先设计7台256平方度的望远镜都用凌星法来观测 , 优化设计后 , 每台凌星望远镜的视场增加到500平方度 , 这样每台望远镜的搜寻能力也就相应提高了一倍 。”葛健介绍 , 后来经清华大学天文系系主任毛淑德教授建议 , 项目方案作了调整 , 空出一个载荷位置 , 放置微引力透镜望远镜 , 对准银河系中心观测 。