《自然》:中国望向遥远的“地球2.0”

英国杂志《自然》网站在4月12日的一篇报道中指出，在将机器人送上月球、将机器人登陆火星并建立自己的空间站之后，中国将目光转向了遥远的太阳系。今年4月，中国科学家将公布首次系外行星探测任务的详细计划。

按照计划，这项名为“地球2.0”的任务将于2026年发射。它旨在调查银河系中太阳系外的行星，目的是寻找第一颗活跃在类太阳恒星可居住区域的类地行星。天文学家认为，这样的“地球2.0”行星将具备适合液态水(甚至生命)存在的条件。

生逢其时

科学家在银河系中发现了超过5000颗系外行星，其中大部分是由美国国家航空航天局(NASA)的开普勒太空望远镜发现的。开普勒于2009年发射，核心目标是寻找围绕类太阳恒星旋转的宜居类地行星。运行九年后，望远镜在2018年耗尽了燃料。

在开普勒望远镜发现的系外行星中，有一些是围绕小红矮星运行的岩石状物体，但没有一个符合“地球2.0”的定义。

加州理工学院NASA系外科学研究所天体物理学家杰西克里斯蒂安森(Jesse christiansen)表示，在目前的技术和望远镜条件下，很难探测到类地小行星的信号。

《自然》报道指出，中国计划中的名为“地球2.0”的任务希望改变这种状况。由中科院资助，前期任务设计阶段即将完成。如果设计在今年6月通过专家组的审查，任务小组将获得资金开始建造卫星。该团队计划在2026年底前用长征火箭发射卫星。

“地球2.0”卫星将搭载7台望远镜，任务周期为4年。其中，6台望远镜将一起观测天鹅座和天琴座，开普勒望远镜也将探测同一天空。

这6架望远镜将借助“凌日法”搜寻系外行星的踪迹。所谓“凌日法”，是指行星经过恒星表面引起的恒星表面微弱的光度变化。开普勒主要利用“凌日法”寻找系外行星。但与开普勒等单台大型望远镜相比，同时使用多台小型望远镜可以为科学家提供更广阔的视野。“地球2.0”的6台望远镜将在500平方度的天空中共同观测约120万颗恒星，这比开普勒的视场宽5倍左右。与此同时，“地球2.0”将能够观察到比美国宇航局的过境系外行星调查卫星(TESS)探测到的更暗、更远的恒星。TESS于2018年发射，主要调查地球附近的明亮恒星。

“地球2.0”项目负责人、中国科学院上海天文台研究员葛剑说：“当6台望远镜叠加时，开普勒望远镜的视场可以是开普勒望远镜的5倍，加上极低噪声的仪器，开普勒的观测深度可以是开普勒的2到3倍。我们探测器的搜索能力将是开普勒任务的10到15倍。”

卫星上的第七个仪器将是一个引力微透镜望远镜，用于探测流氓行星(不围绕任何恒星运行的自由漫游的天体)和远离其恒星的类海王星系外行星。当遥远的星光穿过系外行星系统时，受到行星引力的偏转和放大，于是引力微透镜望远镜探测到了系外行星。

葛剑说，望远镜将瞄准银河系的中心，那里有大量的恒星。如果发射成功，这将是太空中第一台引力微透镜望远镜。他说，“我们的卫星基本上可以识别不同大小、质量和年龄的系外行星，为未来的系外行星研究提供丰富的数据。”

数据翻倍

为了证实一颗系外行星是一颗类地行星，天文学家需要测量它围绕其主恒星公转一周所需的时间。这类行星的轨道周期应该和地球差不多，每年绕其主星旋转一周。澳大利亚南昆士兰大学的天体物理学家黄旭解释说，科学家至少需要三个凌星时间来计算一个精确的轨道周期，这需要三年或更长时间的数据。

但开普勒任务开始四年后，一些部件出现故障，导致无法长时间盯着天空的同一区域。在Earth2.0团队中担任数据模拟顾问的黄旭表示，有了Earth2.0，天文学家可以再获得4年的数据，Earth2.0提供的数据，结合开普勒提供的观测结果，可以帮助科学家确认哪些系外行星是真正的类地行星。克里斯蒂安森对此感到兴奋，他表示希望有机会研究地球2.0提供的数据。

葛剑希望找到十几颗系外行星“地球2.0”。他计划在收集这些数据后的一两年内公布这些数据。目前，“地球2.0”团队约有300名科学家和工程师，其中大部分来自中国，但葛剑希望有更多的天文学家加入进来。他说，“‘地球2.0’为更好的国际合作提供了机会。”