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专门寻找“三体人”?科学家欲发射太空望远镜,观测最近的恒星

刘慈欣的小说《三体》是最成功的科幻作品之一,出版以来广受好评,吸引了无数人阅读。

在小说中,他描述了一群想要侵犯地球的外星人,那就是三体人。所谓的三体人,就是生活在三体星上的外星人。

(*图片说明:小说《三体》)

这颗行星位于距离太阳系最近的恒星系统——南门二中,围绕着距离太阳系最近的恒星——比邻星公转。南门二是一个三合星系统,比邻星只是其中之一,另外两颗恒星——南门二A和南门二B组成了双星系统,而比邻星则是围绕着这个双星系统在公转。

刘慈欣描述三体行星的时候,科学家们还不知道比邻星周围真的存在行星。直到2016年,欧洲南方天文台的科学家们才宣布这里真的存在一颗行星,那就是比邻星b。

自从比邻星b被发现后,三体迷们就更加兴奋了,纷纷猜测这颗行星上是否真的存在所谓的三体人。不过根据目前的研究,这颗行星是不太可能宜居的,这样的结果让很多人心里有些失望。

(图片说明:比邻星b艺术图)

要知道,在南门二这个系统中,可不只有比邻星这一颗恒星,还有两颗恒星呢。另外这两颗恒星周围,是否也隐藏着系外行星呢?

要知道,比邻星毕竟只是一颗红矮星,和太阳这样的黄矮星是不同的。红矮星可能会释放出非常强烈的辐射,对生物造成致命的伤害。相比之下,黄矮星相对更温和一点,而南门二A和南门二B就是黄矮星。

那么,我们要如何寻找这两颗黄矮星周围的行星呢?

(图片说明:南门二A和南门二B)

最近,悉尼大学的Peter Tuthill教授提出:我们可以发射探测器到太空中,寻找这里的行星,比如太空望远镜。可是,人类已经有几台太空望远镜在太空中运行了,他为何坚持还要再发射一个新的来进行探测呢?

Tuthill认为,有些功能强大且繁多的望远镜确实非常厉害,比如即将发射的詹姆斯·韦伯太空望远镜。不过,有些情况下,我们也需要一些功能单一,但在这个功能方面追求极致的望远镜。用他的话说,这台望远镜就是“一把手术刀,而不是瑞士军刀”。它虽然没有那么多的功能,但对于这方面的研究,要胜过其他望远镜。

(图片说明:哈勃望远镜)

具体来说,这台望远镜只适合对距离我们比较近而且明亮的双星系统中寻找系外行星。南门二A和南门二B就是这样的研究对象,它们的质量分别是太阳的1.1倍和0.9倍,其在亮度的相似性上也是这台望远镜最擅长的领域。

可以说,这台望远镜和南门二中的双星系统就是为彼此“量身定制”的。

这台望远镜的名字叫作TOLIMAN,这个词语在古代阿拉伯语中就是半人马座α(也就是南门二的英文名)的意思。它所利用的是所谓的“衍射式瞳孔透镜”,借此绘制一张非常复杂的图像,从而精确地描述天体的位置,通过这个方法来寻找地外行星。

(图片说明:TOLIMAN的初步设计)

你可能会纳闷:恒星的位置和行星有什么关系呢?

我们知道,天体之间的引力可以吸引彼此,引起对方位置的变化。虽然行星的质量比恒星小得多,但在运行到不同方向的时候,还是会对恒星的位置有轻微的影响,通过这种原理,我们就能够寻找到恒星周围的系外行星。

这个原理能够引申出两种寻找系外行星的方法,一种是通过恒星摆动时的光谱变化来测量,这就是目前最常用的方法之一——径向速度法。还有一种是直接看恒星摆动的视觉变化,那就是天体测量法。

(图片说明:径向速度法示意图)

我做过一个比喻,这两种方法就像是一个人计算自己走了多少步。天体测量法虽然是直接测量的,但就像是这个人一路都在默数自己的步数,非常麻烦;而径向速度法却抄了近路,就像是用手机的计步器来计算,方便得多。

具体来说,天体测量法需要一个参考系,天文学家需要借助观测对象的背景中其他天体的位置作为标准,才能判断这颗天体有怎样的位置变化。如果想要用这个方法寻找遥远的系外行星,我们就需要发射一个口径至少有1米的太空望远镜,其成本高达数十亿美元。

但是,TOLIMAN偏偏反其道而行之,用了这个方法。为什么呢?这是因为,南门二中的这个双星系统,有两大特点非常适合这样的观测方式。

(图片说明:一位科学家设想的南门二B宜居带上可能存在的系外行星)

首先,这是一个双星系统,这两颗恒星可以成为彼此的“参考系”。即使是一颗和地球差不多大的行星,对于目前已经发现的系外行星来说算是非常小而且难以发现的级别了,但对这两颗恒星的相对位置产生的影响也足以被我们观测到;

其次,这个双星系统离我们真的非常近,至少从天文学的角度来说是这样的。所以,即便相对位置变化不大,也可以被天文学家们观测到。

总之,既要距离足够近,又要是双星系统,说这台望远镜是为南门二量身定制的,没有什么不对的。

(图片说明:科学家设想南门二A的无大气行星上看到的两颗恒星)

除了足够专精之外,这台望远镜还有成本低的特点。因为它需要的功能没有那么多,不需要那么复杂,不论是经济成本还是时间成本,都要比哈勃或者是韦伯这样的望远镜要低得多。他认为,TOLIMAN的成本大概只是其他太空望远镜的1/1000左右!

要知道,韦伯的成本已经逼近100亿美元了,是史上最贵的望远镜,这么算下来,TOLIMAN的成本应该只有几百万美元,看起来就接地气多了。如果能够花不到一千万美元对南门二进行相对彻底的观测和研究,还是挺划算的。

(图片说明:詹姆斯·韦伯太空望远镜)

而且,这个项目已经被批准了,得到了突破观测项目和澳大利亚政府的资金支持,预计TOLIMAN在2023年就可以发射升空。和许多望远镜项目动辄将日期定在2030年相比,TOLIMAN的时间成本确实得到了大幅的缩减。看样子,我们在几年之内,或将知道南门二系统中是否有新的行星了。

而和突破观测一起的突破摄星项目,未来甚至要更进一步,通过微型探测器直接前往比邻星进行观测。到那个时候,甚至连比邻星b表面长什么样,都能够看得一清二楚了!

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