為了迎接“外星生命信號(hào)”，一個(gè)強(qiáng)大的太空望遠(yuǎn)鏡“編隊(duì)”將升空

該計(jì)劃如能實(shí)施，將有望為人類的“終極謎題”提供確切答案。

藝術(shù)家筆下描繪的宜居系外行星。ESO / M. Kornmesser

當(dāng)前最強(qiáng)大的望遠(yuǎn)鏡也只能隱約窺見(jiàn)遙遠(yuǎn)系外行星大氣層的部分特征，其精度尚不足以獲得能夠確認(rèn)那里存在“生命”的細(xì)節(jié)。而近日W.M.凱克空間研究所發(fā)布的一份報(bào)告，就建設(shè)所謂“大型系外行星干涉儀（Large Interferometer For Exoplanets，LIFE）”的計(jì)劃進(jìn)行了闡述。該計(jì)劃如能實(shí)施，將有望為這個(gè)人類的“終極謎題”提供確切的答案。

需要承認(rèn)的是，系外行星的確很難進(jìn)行觀測(cè)。首先在視覺(jué)上，它們離宿主恒星非常近，而且主星要比它們亮幾十億倍。人們通常使用所謂的“日冕儀（coronagraph）”來(lái)繞過(guò)這一障礙。日冕儀能夠物理性地阻擋主星發(fā)出的光，以便望遠(yuǎn)鏡捕捉到行星的反射光。NASA尚未升空的“宜居行星天文臺(tái)（Habitable World Observatory，HWO）”就打算使用這種技術(shù)，這種技術(shù)在捕捉可見(jiàn)光和紫外線方面非常有效。

但在尋找宜居行星方面，中紅外波段的輻射卻尤為有用。在中紅外波段上，行星和恒星的對(duì)比度沒(méi)有那么高，這使得望遠(yuǎn)鏡能夠?qū)π行潜旧懋a(chǎn)生的紅外線而非反射光進(jìn)行觀測(cè)。

更重要的是，在中紅外波段的輻射中，包含了很多與生物有關(guān)的標(biāo)志物光譜特征。這些標(biāo)志物包括臭氧、甲烷、水、二氧化碳，甚至是被認(rèn)為是“終極（capstone）”標(biāo)志物的磷化氫。

要構(gòu)建這樣一個(gè)能夠捕捉中紅外波段信號(hào)的觀測(cè)系統(tǒng)絕非易事。韋布望遠(yuǎn)鏡是一臺(tái)紅外望遠(yuǎn)鏡，其體積已經(jīng)相當(dāng)龐大——但要有效隔離系外行星，用足夠高的分辨率對(duì)其進(jìn)行觀測(cè)，并提供足夠高精度的行星大氣圖譜，仍然心有余而力不足。更何況，望遠(yuǎn)鏡越大，裝進(jìn)運(yùn)載火箭就越困難。有鑒于此，LIFE項(xiàng)目的設(shè)計(jì)師想到了一個(gè)替代方案——發(fā)射一個(gè)太空望遠(yuǎn)鏡“編隊(duì)”，在太空中組建一個(gè)“消零干涉（null interferometry）”觀測(cè)矩陣。

根據(jù)設(shè)想，未來(lái)會(huì)有多臺(tái)獨(dú)立的太空望遠(yuǎn)鏡升空，然后組成一個(gè)“不系帶”的觀測(cè)編隊(duì)。編隊(duì)成員彼此相隔數(shù)十至數(shù)百米。每臺(tái)望遠(yuǎn)鏡收集到的數(shù)據(jù)都會(huì)被傳輸至中央“旗艦”上，然后在那里接受一系列復(fù)雜處理。經(jīng)過(guò)處理之后，中央主星的強(qiáng)光會(huì)被消除，行星本身的熱信號(hào)會(huì)被增強(qiáng)。

計(jì)劃聽(tīng)上去不錯(cuò)，但實(shí)施起來(lái)并不容易。事實(shí)上，在LIFE計(jì)劃被提出之前，已經(jīng)有兩個(gè)類似計(jì)劃——NASA的“類地行星發(fā)現(xiàn)者干涉儀（Terrestrial Planet Finder-Interferometer）”和ESA的“達(dá)爾文（Darwin）”計(jì)劃因技術(shù)不成熟而被取消。

不過(guò)報(bào)告指出，天體光子學(xué)領(lǐng)域的突破，已經(jīng)極大地縮小了光學(xué)儀器的尺寸；航天發(fā)射成本的持續(xù)下降，也有望使頗具挑戰(zhàn)性的編隊(duì)飛行在未來(lái)幾年內(nèi)成為可能。LIFE計(jì)劃的可行性正在日漸提高。它將成為HWO的絕佳搭擋，從不同的角度研究同一個(gè)課題。

HWO將專注于可見(jiàn)光和紫外線波段的觀測(cè)；而LIFE將在中紅外波段上進(jìn)行探測(cè)——了解它們的溫度、大小和大氣組成。二者結(jié)合對(duì)于排除“誤報(bào)”至關(guān)重要，因?yàn)楹芏嗫瓷先ヅc生命有關(guān)的標(biāo)志物特征，可能并非由生物過(guò)程產(chǎn)生。

HWO和LIFE兩個(gè)項(xiàng)目目前都處于設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)階段，它們可能會(huì)在2040年代同期升空。技術(shù)的發(fā)展終于讓人類走到了一個(gè)有可能通過(guò)找到相關(guān)證據(jù)，來(lái)證明我們?cè)谟钪嬷惺欠窆陋?dú)的時(shí)代。而接下去的緊迫任務(wù)，是解決錢的問(wèn)題。

參考

Exploring Exoplanets with Interferometry

https://arxiv.org/abs/2606.10108