中國科學家開始計劃尋找太陽系外宜居類地行星

中國科學家開始計劃尋找太陽系外宜居類地行星，如果計劃實施，這將是國際上首次專門在近鄰類太陽型恆星周圍尋找宜居類地行星的空間探測任務。中國科學家開始計劃尋找太陽系外宜居類地行星。

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在很多科幻電影中，人類都曾進行過星際移民，遷移到另外一個資源更加肥沃，更加宜居的星球上去。

現在，中國科學家正在探索將其變成現實。

據@科技日報 消息，近日中國科學院紫金山天文臺透露，中國科學家們提出一項“近鄰宜居行星巡天計劃”（以下簡稱“CHES”），計劃發射一個1.2 米口徑的高精度天體測量空間望遠鏡。

它將在日地拉格朗日L2點常規運行至少5年時間，擬探測距離地球約32光年的100個類太陽型恆星，期望發現首顆太陽系外宜居帶“地球2.0”。

CHES的科學載荷是一臺口徑爲1.2米、焦距爲36米的高像質、低畸變、高穩定光學望遠鏡，可實現全視場近衍射極限成像，就像是在浩瀚宇宙中一雙明察秋毫的眼睛。

這將是國際上首次專門在近鄰類太陽型恆星周圍尋找宜居類地行星的空間探測任務。

中國科學院紫金山天文臺研究員、“近鄰宜居行星巡天計劃”項目負責人季江徽透露，CHES計劃要找的“地球2.0”或者說“孿生地球”，就是和地球質量相當，軌道處於宜居帶，大氣或者表面可能有液態水來維持生命存在的行星。

他強調：“即使人類現在沒有能力達到這些類地行星，也並不影響我們思考人類在宇宙中將何去何從，去發現是否還有與地球一樣的行星。”

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據中央廣播電視總檯中國之聲《新聞超鏈接》報道，近日，中國科學家提出一項通過太空望遠鏡開展的巡天計劃，將長期觀測距離地球約32光年的約100顆類太陽型恆星。然後，在它們周圍發現宜居帶類地行星，特別是“地球2.0”——也就是與地球大小、軌道與環境非常相似的行星，實現“從0到1”的重大突破。據估算，這一計劃預計發現約50顆類地行星。

如果計劃實施，這將是國際上首次專門在近鄰類太陽型恆星周圍尋找宜居類地行星的空間探測任務。具備什麼樣的條件纔可稱爲宜居行星？爲什麼要觀測距離地球約32光年的恆星？太陽系在銀河系中處於什麼樣的位置？

成爲一顆宜居行星？難！

中國科普作家協會會員、牧夫天文論壇創辦人解仁江介紹，截止到2022年3月22日，科學家們已經確認的系外行星有5030顆，系外行星的候選體，即待驗證的系外行星有8974顆。其中，宜居行星的候選體大約有59顆，超級宜居行星的候選體有24顆，已經確認的超級宜居系外行星有2顆。

天上行星千千萬，但宜居行星少之又少。

一顆公認的宜居行星首先必須有大量的液態水，而且必須是巖質行星。只有存在堅硬的岩石表面，才能存在海洋，生物從而能夠遊動或站立。

其次，宜居行星需要能夠接收到來自中央恆星的光照，因此行星必須處於恆星的宜居帶內，但這也並不意味着處於恆星宜居帶內的行星一定存在生命。太陽系的宜居帶從金星軌道開始到火星軌道附近結束。金星雖處於太陽系的宜居帶內，但目前沒有發現金星存在生命的可能性。

另外，宜居行星還需要磁場的保護。磁場可以保護行星上的生物免受恆星射線、宇宙射線等有害輻射的影響。宜居行星最好還能夠擁有幾個“保鏢”。地球能夠平穩地演化出生命，也跟地球配備有幾個“保鏢”相關。距離地球不遠的`木星就是地球的“保鏢”之一，木星是太陽系最大的行星，它可以幫助我們擋住或者提前吸走可能對地球造成威脅的小行星。

此外，合適的大氣壓、大氣成分、重力，穩定的表面都是一顆宜居行星要具備的條件。

搜尋系外行星的方法多多

此次巡天計劃的目標是距離地球約32光年的約100顆類太陽型恆星，之所以選擇距離地球32光年這一範圍，是由於這是目前人類可以清楚觀測恆星的最遠距離。距離遠，恆星的亮度低，超過這一範圍，以人類當下的探測手段難以識別恆星發來的輻射。

“近鄰宜居行星巡天計劃”項目負責人、中國科學院紫金山天文臺研究員季江徽介紹，本次巡天計劃中採用空間高精度相對天體測量技術。相較於國外開普勒與TESS望遠鏡採用的“凌星法”，天體測量的方法對於探測對象周圍的行星軌道空間分佈的要求更低，即不需要特殊的軌道，在任何情況下都有百分百的探測效率。

此次具有原創性的方法，突破了測量行星物理特性的科學難題。季江徽表示，這可能是唯一可以比較精確測量行星質量的測量方法。

目前搜尋系外行星的手段大致有7種，解仁江補充，除了天體測量法和凌星法外，還有直接成像法、徑向速度法、重力微透鏡法、脈衝星計時法和狹義相對論法。

太陽系位於銀河系的“郊區地段”？

有種說法認爲太陽系處於銀河系的獵戶座旋臂上，而獵戶座旋臂是一個荒涼的區域。解仁江解釋，太陽系圍繞着銀河系公轉，目前確實處於獵戶座旋臂的範圍內，但太陽系並不是“鑲嵌”在了獵戶座旋臂上，太陽系和獵戶座旋臂都會繞着銀河系公轉，且二者的公轉速度並不完全一致。

太陽系在銀河系的位置既不十分“繁華”，但也不算“荒涼”，而是處於銀河系的宜居帶內，與銀河系中心不遠不近的距離是太陽系能夠孕育出生命的重要原因。

要誕生宜居的岩石行星需要一定的金屬元素，距離銀河系中心越近能夠獲得的金屬元素越多，因爲恆星大部分都聚集在銀河系的中心，距離銀河系中心太遠就無法接收到來自這些恆星釋放的金屬元素。但距離銀河系中心太近也不利於生命的存活，銀河系中心恆星太過密集，一旦發生超新星爆炸等情況將會直接打斷生命的演化。

雖然目前人類無法親自到宜居行星上一探究竟，但解仁江表示，科學本身的價值是滿足人類的好奇心，而好奇心又是人類文明進步的原動力。十幾年前，人類對系外行星還是一無所知，到如今觸及32光年外的宇宙，這是人類文明的一大飛躍。

目前，由中國多家科研機構組成的團隊在中國科學院空間科學先導專項支持下已開展了前期研究，攻克了主要的關鍵技術，並開展了廣泛的國際合作，期待更多的天文學家參與。

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浩瀚宇宙中是否有和地球一樣的行星？上面是否存在着與地球生命相似的外星世界？這兩個問題一直以來，都是人類開展深空探測的重要內容。

傳統行星探測方法的缺陷

2009年美國發射了開普勒空間望遠鏡，2018又發射了凌日系外行星勘測衛星（即苔絲衛星），這兩個探測器的主要任務就是對宇宙空間開展“天體普查”，從中尋找隱藏在宇宙深空中的系外行星。

10多年時間來，以這兩架太空望遠鏡爲主體，科學家們一共搜尋到且確認了5000多顆系外行星，其中擁有類似地球特徵、處於恆星宜居帶內的行星有50多顆，由於這些行星有一定的概率會支撐生命形態的產生，因此被命名爲“地球2.0”。

這兩個太空觀測項目所採用的方法，都是基於“行星凌日”法，其原理是，行星在圍繞恆星公轉的過程中，從觀測衛星的角度看，有一定的概率會發現行星從恆星的“前方”經過，從而遮擋住一部分的恆星光線，造成恆星亮度發生週期性的微弱變化。雖然這種方式是目前搜索系外行星最常用的方法，但是觀測結果並不怎麼理想。

主要表現在這幾個方面：一是觀測衛星、行星和恆星必須處在一條直線上，才能在特定的時間觀測到遮擋恆星光線的情形，而這種情況實際發生的機率很低，從而大幅減少了我們發現系外行星和宜居世界的機率。

二是即使觀測到凌日現象，也不能完全代表着遮擋物就是行星，還需要同時藉助其他的觀測手段來加以確認。

三是深入探查的能力不足，利用這種方法通常只能得到關於行星的很少一部分特徵，比如行星的尺寸，而對於質量、大氣層等更多的細節，則很難獲取。

四是以往觀測到的系外行星，距離地球都非常遙遠，觀測到的信號實在是太過於微弱了，既不利於深入的研究，而且對今後實施實地探測甚至載人探測都沒有什麼實質性的意義。

我國科學家提出新的“巡天計劃”

基於以上問題，再加上開普勒空間望遠鏡已經退役，能夠高效尋找地外行星世界的天文望遠鏡就變得更加寥寥無幾，在這種大背景下，我國科學家通過數年的鑽研和技術的積澱，提出了一項在世界上還沒有開展過的“巡天計劃”，引發了世界的廣泛關注。

面對上面提到的其他巡天望遠鏡存在的主要缺陷和不足，特別是在空間分辨率、亮度變化差異以及太空信號異常嘈雜等方面，中科院南京紫金山天文臺的研究團隊提出了一項非常創新的觀測計劃，即“近鄰宜居行星巡天計劃”。

其主要原理是：如果一顆恆星的周圍存在着行星，那麼在引力的作用下，行星就會使恆星產生微小幅度的週期性擺動，假如我們能夠觀測到恆星位置的這種微弱變化，並且扣除恆星因自身運動所形成的位移這種誤差之後，就能計算出恆星周圍是否存在行星，而且還能推測出行星的質量。

有哪些強大之處？

我國科學家提出的新“巡天計劃”，主要基於空間高精度的相對天體測量技術，以6-8顆恆星爲固定參考點，然後精確測量目標恆星相對於這些參考點的相對位置變化，從而實現微角秒級的星間距變化測量，應用這種方法進行系外行星測量，特別是應用到近鄰“類太陽型”恆星的探測，在世界上還屬於首次。

目前我國已經完成了數年的技術驗證，預計將在未來幾年內實施，通過發射一枚口徑約1.2米的高精度天體測量空間望遠鏡，將其發射日地系統的第二拉格朗日點處，實現微角秒級星間距的測量精度，而且將探索區域鎖定在距離地球約32光年的區域，相對於以往的系外行星探測來說，這個目標區域距離地球簡直近得不能再近了。

如此近的距離，同時又會極大提高探測的精度水平。我國的這項探測計劃，其空間分辨率相當於在地球上分辨出一枚放在月亮上的一元硬幣，這種精度將直接超過歐航局的蓋亞衛星，這對於深入觀察行星世界的細節特徵，起到至關重要的推動和保障作用。

同時，我國的新“巡天計劃”，能夠探測到的宜居行星數量也可能比較可觀，據有關負責人介紹，探測望遠鏡將會巡查100個類似太陽的恆星系統，保守估計能在較短的時間內，能尋找出至少50顆地球2.0行星。

此外，應用新的“巡天系統”，我們在探測系外行星時，將不受行星公轉軌道的限制，理論上處在任何軌道的行星都能被探測到；能夠有效地剔除宇宙空間中的嘈雜信號，發現行星之後還不用經過其他方法的確認；能夠直接測量行星的質量等等。

這些優勢，對於極大提升我國天文探測能力、全面開展近太陽系行星普查、瞭解恆星系統形成演化過程以及後續的載人實地探測等，都將具有重大意義。

接下來的幾年，我國航天事業和太空探測事業將會進入全新的快跑階段，勢必會有越來越多的項目和技術，實現彎道超車或者充分展現後發優勢，我國也必將成爲領跑世界天文探測的中堅力量！