移居外太空需要什麼？中國探蒼穹尋找地球2.0

（大公報 記者 劉凝哲）《三體》等科幻作品的熱映，讓越來越多人關注宇宙中會不會還有地球2.0？事實上，科學家們早已就此布局研究，探索太陽系天體和系外行星的宜居性，開展地外生命探尋已成為未來中國空間科學發展的五大科學主題之一。中國科學院紫金山天文台研究員、「近鄰宜居行星巡天計劃」項目負責人季江徽表示，其團隊已提出原創性探測方案，擬通過發射一個1.2米口徑的空間望遠鏡，通過微角秒級空間天體測量方法搜尋太陽系近鄰的100顆類太陽型恆星周圍的宜居帶類地行星，開展近鄰行星系統的全面普查。「其中包括『三體人』的老家，距離太陽系4.24光年外的半人馬座α星」，季江徽幽默地說。

季江徽說，地球的軌道位於金星與火星之間，也就是恰好處於太陽系的「宜居帶」。在「宜居帶」內，行星表面平均溫度能夠維持液態水穩定存在。同時，恆星的輻射和活動性不能太強，以免破壞行星大氣。天文學家已發現63顆宜居帶行星，如比鄰星b（Proxima Centauri b，被科幻迷認為是《三體》的原型）等。宜居帶類地行星和地球質量相當，表面可能有適宜大氣或液態水，從而能夠穩定維持生命存在，就像「地球2.0」。

中科院領軍 發射衛星搜索宜居行星

為尋找「地球2.0」，來自中國科學院紫金山天文台、國家空間科學中心、光電技術研究所和微小衛星創新研究院等單位的科研人員進行「近鄰宜居行星巡天計劃」（Closeby Habitable Exoplanet Survey，即：CHES），並已納入中國科學院空間科學先導專項背景型號項目。CHES計劃是具有獨特原創性技術路線的「中國方案」，擬通過發射一個1.2米口徑的空間望遠鏡，通過微角秒級的相對天體測量方法探測圍繞100顆近鄰類太陽型恆星（距太陽系約32光年）的宜居帶類地行星。

「CHES衛星將被發射至太陽和地球的拉格朗日L2點」，季江徽說，早在2011年，嫦娥二號已成為到訪過日地拉格朗日L2點的「探路先鋒」。在CHES衛星的研究方面，團隊已完成科學目標深化論證和核心關鍵技術攻關，研製了1：6的望遠鏡縮比樣機，發展了圖像扭曲復原校正方法與高穩定度、高指向精度衛星控制方法，實現了真空環境下微像素恆星相對位置測量技術試驗驗證，奠定了良好的技術基礎。

創新天體測量 中國開闢新賽道

探索宜居帶類地行星，是國家空間科學前沿研究領域的新賽道。人類此前發現的系外行星中約70%基於凌星法發現，其原理是利用公轉的行星從恆星前方通過時會導致恆星的亮度發生周期性的微弱變化。季江徽團隊創新性提出，利用天體測量法精確地測量目標恆星相對於6至8顆距離更遠的參考恆星的微角秒級別的位置變化，計算目標恆星受行星引力擾動所發生的微小晃動，探測近鄰恆星周圍具有真實質量的宜居帶類地行星。

季江徽表示，CHES計劃將是首個直接探測近鄰恆星宜居帶類地行星的空間任務，利用空間望遠鏡進行不少於五年的觀測，對太陽系附近的恆星運行的宜居帶行星是否存在，出現宜居行星的概率是多少，以及這些行星如何分布等焦點問題作出回答。

尋找地球2.0　方法大比拼

系外行星探測方法主要有視向速度法、凌星法、天體測量法等。

視向速度法

•可以測量行星擾動產生的恆星光譜頻移幅度，但由於無法測量全部軌道參數，僅能獲得其最小質量。尋找地球2.0，依賴於地基巨型望遠鏡（如E-ELT）和高精度光譜儀（10cm/s）。

凌星法

•根據行星遮擋引起的恆星光度的周期性變化，來推測行星的大小和軌道周期，但是系外行星凌星事件發生概率通常較低，且恆星活動性會引起假的凌星信號，需要結合地基視向速度觀測對凌星的行星候選體進行證認。已發射的空間任務如美國航空航天局的Kepler，TESS等；尋找地球2.0，需要超高精度的測光能力（例如歐空局的PLATO計劃，34ppm）。

天體測量法

•通過測量行星對恆星引力擾動的引起的位置變化來探測系外行星。近鄰宜居行星巡天計劃（CHES）可以直接測量出宜居行星的質量，而行星質量則是刻畫地球2.0的一個關鍵參數；同時，CHES可得到行星的全部動力學參數，從而構建行星在空間的三維軌道信息，這對了解行星形成演化至關重要。CHES空間望遠鏡的探測精度將達到前所未有的微角秒級，「這相當於在地球上看向月球，分辨出放在月球上的一元硬幣的邊緣」。

（來源：大公報A8：要聞 2023/04/17）