專門尋找「三體人」?科學家欲發射太空望遠鏡,觀測最近的恒星

劉慈欣的小說《三體》是最成功的科幻作品之一,出版以來廣受好評,吸引了無數人閱讀。

在小說中,他描述了一群想要侵犯地球的外星人,那就是三體人。所謂的三體人,就是生活在三體星上的外星人。

(*圖片說明:小說《三體》)

這顆行星位于距離太陽系最近的恒星系統——南門二中,圍繞著距離太陽系最近的恒星——比鄰星公轉。南門二是一個三合星系統,比鄰星只是其中之一,另外兩顆恒星——南門二A和南門二B組成了雙星系統,而比鄰星則是圍繞著這個雙星系統在公轉。

劉慈欣描述三體行星的時候,科學家們還不知道比鄰星周圍真的存在行星。直到2016年,歐洲南方天文臺的科學家們才宣佈這裡真的存在一顆行星,那就是比鄰星b。

自從比鄰星b被發現後,三體迷們就更加興奮了,紛紛猜測這顆行星上是否真的存在所謂的三體人。不過根據目前的研究,這顆行星是不太可能宜居的,這樣的結果讓很多人心裡有些失望。

(圖片說明:比鄰星b藝術圖)

要知道,在南門二這個系統中,可不只有比鄰星這一顆恒星,還有兩顆恒星呢。另外這兩顆恒星周圍,是否也隱藏著系外行星呢?

要知道,比鄰星畢竟只是一顆紅矮星,和太陽這樣的黃矮星是不同的。紅矮星可能會釋放出非常強烈的輻射,對生物造成致命的傷害。相比之下,黃矮星相對更溫和一點,而南門二A和南門二B就是黃矮星。

那麼,我們要如何尋找這兩顆黃矮星周圍的行星呢?

(圖片說明:南門二A和南門二B)

最近,悉尼大學的Peter Tuthill教授提出:我們可以發射探測器到太空中,尋找這裡的行星,比如太空望遠鏡。可是,人類已經有幾台太空望遠鏡在太空中運行了,他為何堅持還要再發射一個新的來進行探測呢?

Tuthill認為,有些功能強大且繁多的望遠鏡確實非常厲害,比如即將發射的詹姆斯·韋伯太空望遠鏡。不過,有些情況下,我們也需要一些功能單一,但在這個功能方面追求極致的望遠鏡。用他的話說,這台望遠鏡就是「一把手術刀,而不是瑞士軍刀」。它雖然沒有那麼多的功能,但對于這方面的研究,要勝過其他望遠鏡。

(圖片說明:哈勃望遠鏡)

具體來說,這台望遠鏡只適合對距離我們比較近而且明亮的雙星系統中尋找系外行星。南門二A和南門二B就是這樣的研究物件,它們的質量分別是太陽的1.1倍和0.9倍,其在亮度的相似性上也是這台望遠鏡最擅長的領域。

可以說,這台望遠鏡和南門二中的雙星系統就是為彼此「量身定制」的。

這台望遠鏡的名字叫作TOLIMAN,這個詞語在古代阿拉伯語中就是半人馬座α(也就是南門二的英文名)的意思。它所利用的是所謂的「衍射式瞳孔透鏡」,借此繪製一張非常複雜的圖像,從而精確地描述天體的位置,通過這個方法來尋找地外行星。

(圖片說明:TOLIMAN的初步設計)

你可能會納悶:恒星的位置和行星有什麼關係呢?

我們知道,天體之間的引力可以吸引彼此,引起對方位置的變化。雖然行星的質量比恒星小得多,但在運行到不同方向的時候,還是會對恒星的位置有輕微的影響,通過這種原理,我們就能夠尋找到恒星周圍的系外行星。

這個原理能夠引申出兩種尋找系外行星的方法,一種是通過恒星擺動時的光譜變化來測量,這就是目前最常用的方法之一——徑向速度法。還有一種是直接看恒星擺動的視覺變化,那就是天體測量法。

(圖片說明:徑向速度法示意圖)

我做過一個比喻,這兩種方法就像是一個人計算自己走了多少步。天體測量法雖然是直接測量的,但就像是這個人一路都在默數自己的步數,非常麻煩;而徑向速度法卻抄了近路,就像是用手機的計步器來計算,方便得多。

具體來說,天體測量法需要一個參考系,天文學家需要借助觀測物件的背景中其他天體的位置作為標準,才能判斷這顆天體有怎樣的位置變化。如果想要用這個方法尋找遙遠的系外行星,我們就需要發射一個口徑至少有1米的太空望遠鏡,其成本高達數十億美元。

但是,TOLIMAN偏偏反其道而行之,用了這個方法。為什麼呢?這是因為,南門二中的這個雙星系統,有兩大特點非常適合這樣的觀測方式。

(圖片說明:一位科學家設想的南門二B宜居帶上可能存在的系外行星)

首先,這是一個雙星系統,這兩顆恒星可以成為彼此的「參考系」。即使是一顆和地球差不多大的行星,對于目前已經發現的系外行星來說算是非常小而且難以發現的級別了,但對這兩顆恒星的相對位置產生的影響也足以被我們觀測到;

其次,這個雙星系統離我們真的非常近,至少從天文學的角度來說是這樣的。所以,即便相對位置變化不大,也可以被天文學家們觀測到。

總之,既要距離足夠近,又要是雙星系統,說這台望遠鏡是為南門二量身定制的,沒有什麼不對的。

(圖片說明:科學家設想南門二A的無大氣行星上看到的兩顆恒星)

除了足夠專精之外,這台望遠鏡還有成本低的特點。因為它需要的功能沒有那麼多,不需要那麼複雜,不論是經濟成本還是時間成本,都要比哈勃或者是韋伯這樣的望遠鏡要低得多。他認為,TOLIMAN的成本大概只是其他太空望遠鏡的1/1000左右!

要知道,韋伯的成本已經逼近100億美元了,是史上最貴的望遠鏡,這麼算下來,TOLIMAN的成本應該只有幾百萬美元,看起來就接地氣多了。如果能夠花不到一千萬美元對南門二進行相對徹底的觀測和研究,還是挺划算的。

(圖片說明:詹姆斯·韋伯太空望遠鏡)

而且,這個專案已經被批准了,得到了突破觀測項目和澳大利亞政府的資金支持,預計TOLIMAN在2023年就可以發射升空。和許多望遠鏡項目動輒將日期定在2030年相比,TOLIMAN的時間成本確實得到了大幅的縮減。看樣子,我們在幾年之內,或將知道南門二系統中是否有新的行星了。

而和突破觀測一起的突破攝星項目,未來甚至要更進一步,通過微型探測器直接前往比鄰星進行觀測。到那個時候,甚至連比鄰星b表面長什麼樣,都能夠看得一清二楚了!

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