葵花形的“星影”(Starshade)將為WFIRST遮住恒星光線，使其專心觀測周圍的行星。

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地球面臨毀滅危機，人類移民新的家園，外星文明飛越光年的距離造訪地球，這些都是科幻小說中常常出現(xiàn)的情景。人類能到哪里去?外星人能從哪里來?已成為困擾無數(shù)天文學家的難題。找到那些與地球類似的適宜人類生存的行星，則是破解這一難題的第一步。

日前，美國國家航空航天局(NASA)在到哪里尋找宜居行星和判斷行星是否宜居上都有所突破。人類距離找到真正能夠孕育生命和文明的系外行星又近了一步。

宜居行星范圍大幅縮小

什么樣的行星上可能存在生命?之前，科學家將恒星周圍溫度適合形成液態(tài)水的空間區(qū)域定義為“可居住帶”，位于其中的行星具備產(chǎn)生生命的基本條件。但是，這種條件只適用于最基本的單細胞生物，與人類等高等動物完全不可同日而語。“宜居”勢必比“可居”更為嚴苛。

近日，位于加州大學河濱分校的NASA天體生物學研究所“替代地球”科研團隊在《天體物理學雜志》上撰文指出，考慮到二氧化碳等氣體濃度，“可居住帶”中大部分空間都無法滿足高等動物的生存需要。

研究人員利用計算機模擬不同行星的大氣氣候和光化學反應。以二氧化碳為例，“可居住帶”中離恒星較遠的行星需要這種“溫室氣體”使氣溫達到冰點以上，但其濃度一旦過高則將成為足以致命的“有毒氣體”。僅此一項就足以判斷，對于人類等高等動物，“宜居區(qū)”不到“可居住帶”的三分之一。

更重要的是，對于某些恒星系統(tǒng)來說，根本不存在任何“宜居區(qū)”。比如太陽系的兩個鄰居，“半人馬座”比鄰星和Trappist-1等溫度較低、亮度較暗的恒星發(fā)出的紫外線輻射會導致其周圍行星一氧化碳濃度過高。這種行星上可能存在微生物，但絕不能成為人類和高等動物的棲息地。

至今為止，天文學家已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了4000多顆系外行星。“這一發(fā)現(xiàn)提供了決定我們應該更詳細地觀察這些行星中的哪一個的方法。”克里斯托弗·萊因哈德說。

“星影”計劃提高觀測精度

人類航天器還不能去探測任何一個系外行星，只能通過天文望遠鏡觀測。如果要確定一個行星是否宜居，必須獲得行星大氣的光譜信息，對于類似地球的“巖石行星”，唯一可靠的方法就是直接成像。但是，由于恒星的亮度往往是行星大氣層反射光的數(shù)十億倍，所以觀測系外行星將面臨其環(huán)繞的恒星光照的嚴重干擾。

為了解決這一難題，NASA堪稱“腦洞”大開。首先，其計劃于20世紀20年代中期發(fā)射廣域紅外勘測望遠鏡(WFIRST)，該望遠鏡的主鏡直徑達到2.4米，專門用于為“宜居行星”拍照。另外，NASA下屬噴氣推進實驗室(JPL)將與系外行星探索計劃(Exep)聯(lián)合研制名為“星影(Starshade)”的航天器，為WFIRST遮住恒星的光線，使其專心觀測周圍的行星。

怎樣使“星影”、WFIRST和目標恒星在太空中精確連成一線，使“星影”的影子正好投在WFIRST的鏡頭上?

根據(jù)JPL在6月11日發(fā)布的聲明，“星影”、WFIRST之間的距離在20000—40000公里，大約是3—7倍的地球半徑，且二者位置的橫向誤差必須保持在1米之內(nèi)，堪稱“超級精確”。JPL工程師邁克爾·巴頓表示，這相當于一個飲料杯墊在100公里的距離上對準一顆橡皮擦，偏差小于1毫米。

為了實現(xiàn)這一任務，巴頓為WFIRST專門開發(fā)了一套計算機程序來確定“星影”位置是否準確。同時，JPL工程師蒂鮑爾特·弗林諾瓦等人開發(fā)了一套控制算法，其依靠巴頓程序提供的信息來控制“星影”推進器的開關。

JPL認為，使用自動傳感器和推進器控制來保持兩個航天器超過“地球直徑尺度”的完全對準。(胡定坤)