系外行星猎人想用巨大的轨道遮挡星光

在过去十年中，寻找类似地球的系外行星已成为天文学的首要任务之一。在数十亿个星系和恒星系统中寻找生命迹象就像大海捞针，但 NASA 的新方法旨在让它们更容易被发现。

这项名为“类地系外行星混合天文台”（HOEE）的提议研究将建立一个双管齐下的天文台——既在地球上，也在轨道上——以打造有史以来最强大的行星探测器之一。HOEE 计划使用目前正在建造的下一代强大望远镜，例如智利阿塔卡马沙漠的巨型麦哲伦望远镜和极大望远镜（ELT），以及一种名为“遮星镜”的太空仪器，这种物体可用于阻挡极亮物体的光线。

目前，研究人员可以通过两种方式直接观察系外行星。科学家可以使用望远镜的高功率相机拍照，这些照片可以通过无线电波通过空气传回地球，以确定行星可能围绕恒星运行的位置。例如，哈勃太空望远镜已经使用其数码相机发现了数百颗系外行星。天文学家使用的另一种策略是凌日光谱法。当来自附近恒星的光穿过绕行行星的大气层时，它会呈现出穿过大气层的性质。​​当光线到达太空和地面的望远镜时，科学家可以处理大量数据，例如有关光线穿过的环境的大气和结构信息。詹姆斯韦伯太空望远镜使用这种方法对系外行星 Wasp-96 进行了观测。但是，虽然詹姆斯韦伯太空望远镜能够探测系外行星，但其主要研究目标和设计并不集中在寻找遥远行星上的外星生命。这时混合天文台（一种利用地面和太空仪器的两部分系统）就可以发挥作用。

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美国宇航局戈达德太空飞行中心观测宇宙学实验室的资深天体物理学家、HOEE 研究负责人约翰·马瑟解释说，遥远的类地行星的光线极其微弱，因此系外行星的存在很容易被像太阳一样明亮的恒星所掩盖。当天文学家在银河系中寻找与太阳系相似的地方时，这不是一件好事。

“太阳的亮度是地球的 100 亿倍，”马瑟说。“太阳的光芒非常刺眼。”他说，在如此强烈的光芒中寻找小物体，尤其是“小小的地球”，是极其困难的。但遮星罩提供了一种遮挡主星光芒的方法。

总的来说，遮星板是一种放置在地球上的望远镜和天文学家想要观察的恒星之间的物体，基本上在光线到达望远镜的镜子之前将其挡住。一个功能齐全的遮星板直径必须超过 300 英尺，距离地球至少 10 万英里。由于距离地球太远，它还需要能够在没有人工干预的情况下运行。也就是说，遮星板只是一种工具，可以让地球上的任何望远镜不受阻碍地观察宇宙，但它是否能用来进行任何形式的科学研究仍悬而未决。

如果部署这种混合天文台，科学家将能够比现有技术更近距离地探索银河系和其他感兴趣系统的角落。马瑟说，混合天文台拍摄的一分钟曝光时间足以证明该地区有一颗系外行星，而一小时的曝光时间则可以提供线索，了解其大气中是否有氧气或水。

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但马瑟表示，建造遮星罩所需的技术仍需数年时间。这一概念面临的最大挑战之一是，它需要多大才能按照科学家的期望运行。NASA 喷气推进实验室过去做出的初步设计太大，无法装入火箭，但研究人员正在寻找可以隔开然后稍后打开的概念，类似于詹姆斯韦伯太空望远镜的折叠镜。“从来没有人尝试过这么大的东西。它太庞大了，”马瑟说。“把这么大的东西送入太空是一件大事。”

尽管 NASA 尚未着手开发，但该机构最近推出了“超轻型遮星罩结构设计挑战赛”，旨在向公众征集天文台设计创意。排名前五的参赛作品将有机会赢得奖品，第一名将获得 3,000 美元奖金。截至撰写本文时，已有 11 份参赛作品，但感兴趣的参与者必须在 8 月 22 日之前提交设计。马瑟将领导选出获胜者的团队，他说，利用公众的想法可以帮助推动遮星罩概念的实施。

“我们正在尝试解决一些几乎不可能的机械工程问题，”他说。“另一方面，我认为这值得一试。”