尋找地外文明的希望!美國新一代望遠鏡,預計2039年發射

2021年12月25日,萬眾期待的詹姆斯·韋布太空望遠鏡終于發射升空。這臺經歷了多次推遲發射的太空望遠鏡,成了人們的希望,可以憑借史無前例的強大觀測能力對系外行星進行觀測,甚至可能發現第二顆地球。

雖然已經升空3個月了,韋布仍然沒有拍攝第一張正式的宇宙圖像,而是在不斷調試設備。根據計劃,它最早在今年夏天才能發布第一張高清的太空圖片。

然而,早在韋布發射之前,美國宇航局就已經野心勃勃地籌備下一代太空望遠鏡了。根據他們的說法,這臺望遠鏡的觀測能力更加強大,甚至有望直接發現地外文明!這臺望遠鏡,名字叫做大型紫外/可見光/紅外探測衛星,簡稱LUVOIR。

我們知道,望遠鏡是人類了解這個宇宙的最重要工具,伴隨著人類觀測設備一代代的升級,宇宙之謎也得到了一個個的破解。

(圖片說明:LUVOIR海報)

美國國家科學院每十年會發布一份「十年規劃」,設定十年內的重點研究項目。在2021年制定的《2020年天文學和天體物理學十年調查》中,他們就提到了LUVOIR。根據計劃,它有望在2039年發射升空。

我們知道,著名的哈勃太空望遠鏡,口徑是2.4米。而新發射的韋布太空望遠鏡,口徑則達到了6.5米。而LUVOIR,則有兩個方案,其中plan B的口徑是8米,而plan A更加驚人,口徑達到了15米,是哈勃的6倍,韋布的2.3倍!我們知道,望遠鏡的口徑越大,觀測能力就越強,可見LUVOIR絕對是人類未來的希望。

(圖片說明:LUVOIR)

不僅如此,相比于哈勃最擅長在可見光和紫外波段觀測、韋布主要在紅外波段觀測,LUVOIR的功能更加全面。從它的名字就可以看出來,不論是紅外光還是可見光或者紫外線,它都能夠盡收眼底,如此全面的功能,可以讓我們對一個天體有更加立體的認知。

和韋布一樣,LUVOIR也會被放在第二拉格朗日點上,也就是距離地球150萬公里的地方,從而避免太陽光的照射。

那麼,美國造這麼牛的望遠鏡,到底準備用來做什麼呢?

說起來,它有一個使命非常重要,也是大家非常關心的,那就是尋找宇宙中的地外文明。

我們知道,系外行星距離我們都非常遙遠,LUVOIR要如何觀測到它們的表面有沒有生命呢?

(圖片說明:系外行星藝術圖)

答案很簡單,那就是光譜。光譜是宇宙天體的「身份證」,它可以讓我們隔著幾十上百光年的距離,就判斷一顆天體的大氣中有哪些物質。LUVOIR就非常擅長這方面的觀測,它有望找到系外行星大氣中一些只能由生命體合成的物質,從而判斷其表面是否有和我們一樣甚至更加發達的文明。

首先就是二氧化氮。這是一種有毒氣體,但對于天文觀測來說具有重要意義。雖然自然界內也有化學反應可以合成二氧化氮,但如果一顆行星的大氣內這種氣體的含量變化出現了異常,那就值得我們關注,或許它們就是來自于其他文明的工業生產過程。

(圖片說明:系外行星表面環境假想圖)

有人進行過估算,如果真的按照plan A制造15米口徑的LUVOIR,那麼它進行400個小時的觀測,所有33光年以內大氣中二氧化氮含量類似地球的系外行星都會被識別出來。

10年時間,他們當然不會只考慮一臺望遠鏡。除了LUVOIR之外,美國還有兩臺巨型地基望遠鏡在籌建,其中一個是巨型麥哲倫望遠鏡,另一個是三十米口徑望遠鏡。

巨型麥哲倫望遠鏡由7塊直徑8.4米、重達20噸的子鏡組成——這個尺寸是有限的,科學家已經證明,如果超過這個尺寸,鏡子就會被自身的重量壓彎,影響觀測。通過這樣的組合,它的等效口徑可以達到21.4米,成像清晰度將達到哈勃的10倍以上!

(圖片說明:巨型麥哲倫望遠鏡)

三十米口徑望遠鏡尤其值得一提,因為這個項目,我國也有參與。也就是說,當它建成之后,我國也是有權利使用它進行觀測的。而且,由于一些特殊的問題,該望遠鏡一直無法確定選址。甚至有人推測,我國青海的冷湖作為地球北半球最佳觀測地點之一,也有希望安置這臺史無前例的望遠鏡。

它們被科學家們寄予厚望,可以對紅矮星周圍的系外行星大氣進行光譜分析。紅矮星是宇宙中數量最多的恒星,所以在這些恒星周圍尋找生命是最高效的。然而紅矮星也是宇宙中最暗的恒星,所以其周圍行星的光譜也很難被看到,只有這種極其巨大的望遠鏡,才能夠獲取我們想要的信息。

(圖片說明:三十米口徑望遠鏡)

除了和我們類似的文明之外,美國科學家還思考了如何尋找比我們更加發達的文明,比如擁有戴森球的二級文明。

所謂的戴森球,是一種能夠將整個恒星包裹住的巨大設施,它可以將恒星的全部能源攫取過來為自己所用,從而滿足高級文明的快速發展。

聽到這個概念你就會明白,這種結構能夠吸收恒星的所有光芒。但另一方面,它本身又會不可避免地釋放出特殊的紅外線。不過,想要探測到戴森球,人類或許還需要專業的紅外觀測設備,那就是遠紅外線探測器。

(圖片說明:戴森球藝術圖)

而且,紅外探測器還能發現一種特殊物質,那就是氟氯烴,也就是大家熟知的氟利昂。這種物質不僅無法在自然界產生,甚至連生命體都無法自己合成,非要智慧生物通過工業生產才能制造。如果我們在某顆系外行星的大氣中發現氟氯烴,那麼這顆行星上就極有可能已經孕育生命了。

科學家甚至還考慮了地外文明可能制造出的特殊X射線,他們認為,我們可以通過對X射線雙星的觀測,尋找其中的蛛絲馬跡,或許也能發現地外文明。

(圖片說明:X射線雙星)

可以說,在接下來這10年的時間里,我們有望見證大量頂級望遠鏡的竣工。不過,按照美國宇航局的風格,他們的望遠鏡不斷推遲竣工時間,也不是什麼新鮮事了……


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