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在離我們最近的恒星系統“半人馬座阿爾法星系”（Alpha Centauri）中，是否會有宜居的行星？多年來，科學家們一直在努力解答這個問題，他們嘗試透過兩顆類太陽恒星半人馬座阿爾法星A和B的眩光，尋找繞行它們的行星的迹象。該系統的第三個成員比鄰星（Proxima Centauri）是一顆紅矮星，已知它擁有至少一個行星。
尋找半人馬座阿爾法星系中的行星将帶來巨大的科學回報。因為這些恒星離我們非常近，距離隻有四光年多一點，這在宇宙中僅是一箭之遙，就像在我們的“家門口”一樣。半人馬座阿爾法星系中的任何行星都會是未來研究的主要目标，其中可能擁有生命的類地行星更是重中之重。現在，一群科學家計劃使用私人資助的望遠鏡增進我們對半人馬座阿爾法星的了解，這是之前從未使用過的方法。“我們現在有這個前所未有的機會，來尋找這個系統中是否存在處于宜居帶的行星。”來自亞利桑那大學的Olivier Guyon說到，他也是這個望遠鏡團隊中的一員。
該團隊于2021年11月16日宣布，他們已從澳洲政府獲得超過50萬美元的資金，來繼續開發這架相對低成本的望遠鏡“Toliman”。該望遠鏡項目由悉尼大學的Peter Tuthill帶領（Peter Tuthill和他的同僚幾年前首次提出了Toliman概念，此前曾得到美國NASA噴氣推進實驗室（JPL）、澳洲太空工程公司Saber Astronautics以及由科技億萬富翁Yuri Milner資助的加利福尼亞州突破計劃（Breakthrough Initiatives）的支援。這個鞋盒大小的小型望遠鏡是特别為在半人馬座阿爾法星系中尋找行星——特别是在其宜居帶中的行星（宜居帶是指被恒星的光芒溫暖着的、可以使液态水在岩質行星表面存在的區域）——而設計的。它将以一種其他望遠鏡無法比拟的方式做到這一點。該團隊的目标是在2023年之前完成該望遠鏡的搭建并将其發射到地球軌道，準備開始它在太空的搜尋。“看到私人基金會促進我們尋找‘另一個地球’，這真是太棒了。”來自麻省理工學院的Sara Seager說到，她是一名與該項目無關的“行星獵人”。
為了尋找半人馬座阿爾法星系的行星，人們已經做出了許多努力，并取得了不同程度的成功。2012年，科學家們認為他們發現了一顆圍繞半人馬座阿爾法星B運作的行星 “半人馬座阿爾法星Bb”，但在2015年，其他研究人員似乎排除了這顆行星的存在。對半人馬座比鄰星的調查更有成效，研究發現了一個可能的地球大小的行星“比鄰星b”，同時暗示了另一顆行星“比鄰星c”的存在。2021年初，科學家發現了一顆可能的圍繞着半人馬座阿爾法星A運作的行星，它大概有海王星大小。
“Toliman”是半人馬座阿爾法星的一個古老的阿拉伯語名稱，同時也代表天文鄰域軌道軌迹幹涉監測望遠鏡（TOLIMAN是Telescope for Orbit Locus Interferometric Monitoring of our Astronomical Neighborhood的縮寫），該望遠鏡旨在尋找半人馬座阿爾法星A和B周圍的行星。Tuthill說，Toliman望遠鏡的部分零件已經簽訂了合同開始建造，而用于測試這項技術的先驅任務Toliboy，已經在2021年早些時候通過CUAVA-1衛星發射到了國際空間站。Tuthill說，悉尼大學一直在對Toliman的技術進行實驗室測試和模拟工作，同時該團隊目前正在制作一個原尺寸的原型機。盡管該任務仍有一些尚未确定的細節，例如發射它的火箭和它在地球軌道的位置，但該技術本身已經基本準備就緒。“這個望遠鏡的元件涉及的技術相當成熟，它們在今天就可以被制造出來。”Guyon說，他是突破計劃的Breakthrough Watch項目的主席，該項目的目标是在半人馬座阿爾法星和其他附近恒星周圍尋找行星。
該望遠鏡主要利用半人馬座阿爾法星Α和B的雙星性質探測它們宜居帶中的行星，它們之間的距離略遠于天王星與太陽之間的距離。Tuthill說，該望遠鏡将使用一種名為衍射光瞳（diffractive pupil）的技術，這是一種采用了光學技巧的變革性方法。這台12厘米寬的望遠鏡将不被用于拍攝高分辨率的恒星圖像，而是将來自恒星的光分散成數千個像素，建立一個複雜的圖案，從中可以看到顯示每顆恒星在的空間位置的“光子指紋”。科學家們希望從這些資料中發現由行星的引力所引起的恒星位置的微小變化。由于存在兩顆恒星，相較于隻存在一顆恒星，這項名為“天體測量”的任務會更容易實施，因為兩顆恒星之間的距離能夠被更準确地測量。Tuthill說：“半人馬阿爾法星非常适用于用這項技術探測，它就像是為這個任務特别安排的目标。”
研究人員利用Toliman兩年的天體測量資料，應該就能确認半人馬座阿爾法星A或B的宜居帶内（即與地球軌道距離相似的範圍）是否存在行星。天文學家可以通過評估每個新發現的行星對恒星的引力強度，來精确地測量出它們的品質，這是天體測量學的優勢。大多數其他行星探測技術隻能粗略地估計行星的品質，無法将一個氣體籠罩的“迷你海王星”和一個更像地球的岩質行星進行區分。不過，這項技術也有一些小的不足，比如如果發現了一顆行星， Toliman無法在最初得出它圍繞的是這兩顆恒星中的哪一顆。但我們将幾乎可以肯定地知道，這個系統中是否存在任何可能宜居的、與地球品質相當的行星。Tuthill說：“我們可以識别出在宜居帶内的、與地球品質相當的行星。”同時他希望，他們的發現能引發“淘金熱”，讓更多的人加入，使用更複雜的方法尋找宜居星球。
Toliman任務預示着系外行星科學會發生兩個有趣的變化。第一是利用私人資金進行不能保證成功的太空科學研究，而不是僅僅依靠航天局和其他政府機構的支援。Guyon說：“像這樣高風險的任務很難受到公共基金機構的資助，因為在半人馬座阿爾法星系統中有可能沒有行星。”但這類任務潛在的回報是巨大的。“一旦找到了，我們就知道離我們最近的恒星系統有一顆潛在的宜居行星，這将徹底改變各機構的計劃。”Guyon說。該項目還标志了一個轉變——從像過去20年那樣尋找數千顆系外行星，到對某些恒星系統進行詳細的研究。Seager說：“現在的趨勢是尋找大量的行星，但我們中的一些人已經準備專注于個别的恒星系統了。”
巴爾的摩太空望遠鏡研究所（Space Telescope Science Institute in Baltimore）的Emily Rickman指出，考慮到半人馬座阿爾法星的恒星與地球的距離很近，Toliman望遠鏡的技術令人興奮。她說：“在我們地球的“後院”發現任何外星生命的迹象，都将是一件大事。”即使Toliman沒有探測到任何東西，該任務也将加深我們對半人馬座阿爾法星的認識。“如果什麼也沒發現，那要麼是有一些我們看不到的、靠近恒星的非常小的東西，要麼這些恒星周圍什麼都沒有。”她說，這将是一個有趣且有價值的結果。Tuthill提出，Toliman望遠鏡在探測半人馬座阿爾法星之後，還可以用來探測其他附近的雙星系統，如11光年外的天鵝座61。但其他的恒星系統都不夠近，Toliman無法提供那麼高的精度，是以隻能對更大的、可能不宜居的星球進行探測。Tuthill希望在探測其他的恒星系統時，能夠探測品質比地球大一些的、或類似海王星的行星。
然而，就目前而言，半人馬座阿爾法星是主要目标，有可能即将帶來重大發現。在短短幾年内，我們就可能會知道那裡是否存在一個或多個與地球品質相當的、潛在的宜居星球，他們如此之近，以至于我們不僅可以用望遠鏡研究它們，而且還可能發射探測器對他們進行實地探索。目前已經有了這樣的提案，其中包括Breakthrough Watch更受人關注的姊妹項目Breakthrough Starshot，它也是突破計劃的項目之一，計劃向半人馬座阿爾法星發射速度約為光速十分之一的微型航天器。Toliman将為這樣一個将持續數十年的任務提供關鍵資料。突破計劃的執行董事Pete Worden說：“我們知道這個恒星系統中至少有一顆行星——比鄰星b，如果我們最終确認半人馬座阿爾法星A和B沒有潛在的、可以孕育生命的行星，那麼我可能會把重點放在比鄰星上。”如果一切按計劃進行，我們可能很快就會有所發現。
撰文：Jonathan O'Callaghan
翻譯：武雨佳
審校：鄭昱虹
引進來源：科學美國人
本文來自：中國數字科技館