[导读] 20年前，你或许手脚并用就能数出宇宙中的所有已知行星，还能回忆出它们的名字。天文学家正准备再找到一万颗甚至更多的行星。
20年前，你或许手脚并用就能数出宇宙中的所有已知行星，还能回忆出它们的名字。但是今天，你可能需要一个计算器和一个大图表，成千上万的系外行星填满了我们的表格。天文学家正准备再找到一万颗甚至更多的行星。
这些美丽的行星绝大多数超级炎热，不宜居住，木星和海王星就是如此，但是有一些看起来就像我们居住地球的巨大翻版，我们称之为“超级地球”。少数天体在大小、质量和轨道方面都几乎是地球的镜像。
数据显示，行星必须围绕恒星做绕轨运动，甚至提示最近的地球双胞胎兄弟可能在距离地球12光年的距离之内，从星际的空间距离看，这几乎就在“隔壁”。行星寻找者还不能确定这样的天体是否存在？什么时候、如何找到它？美国航空航天局（NASA）对此已有自己的计划。
寻找“宜居星球”靠“开普勒”不够
很多迄今为止让人兴奋的发现都来自于NASA的行星猎人——开普勒计划任务，但是这个空间望远镜对于接下来的研究来说，眼光显得似乎昏暗了些。
开普勒的最新任务阶段被称作“K2”，致力于宣召那些围绕较近和较明亮的恒星做绕轨运行的行星。但在2017年开普勒的继任者——掠过地外行星的搜寻卫星（TESS）被发射升空前，新任务还不会立刻启动。
与开普勒相似的是，TESS会通过飞掠其他恒星来搜寻神秘莫测的世界。TESS将可能找到附近数以千计的行星，其中数百个可能比较小且布满岩石。少数几个将沐浴在名为“M矮人”的恒星充足的阳光下，其上或许还有液态水。
也就是说，TESS可能找到一些宜居星球。为了了解更多信息，天文学家们会仔细考察每个星球的大气环境，用分光镜来分辨和煦的气候环境，比如说水蒸气、二氧化碳，以及从光合作用植物中释放的氧气，或者从细菌中释放的甲烷等存在生命的潜在信号。
韦伯望远镜有望接续寻找任务
在本世纪20年代，一些反射镜面直径超过30米的地基“超大望远镜”，将用于处理TESS和其他任务找到的潜在宜居系外行星的测量数据，但是科学家一致认为，要想在这样的星球上研究生命的迹象，最好还是在太空中比较实际些，如此才能避免受到地球大气气流的影响。
天文学家已经让不再年轻的哈勃太空望远镜超越自身极限去观察一些大的、极热的、不宜居星球的空气环境了。只有NASA斥资90亿美元建造的、将于 2018年发射升空的詹姆斯·韦伯太空望远镜才有希望随时接续TESS诱人的发现任务。这一观点也成为该望远镜开发者在与公众和国会沟通时候从来没有忘记 强调的一点。
只是要问詹姆斯·韦伯望远镜究竟有多大本事，直接取决于你提问的对象是谁。在太空望远镜科学研究所工作的韦伯望远镜项目科学家杰森·凯利莱就很乐 观：“我们可以测量温暖的超级地球大气中的很多分子，包括二氧化碳、甲烷和水蒸气等。”但是天文学家杰夫·瓦伦提则相对保守：“并不能断言一定会在‘M矮 人’轨道上找到潜在的宜居星球，我们会尽力吗？答案是肯定的；能确定找到吗？我保持怀疑态度。”
能否找到系外生命还靠运气
韦伯望远镜携带的低温冷却探测器和超大6.5米镜面具有鹰眼红外视野，可以对TESS飞掠的一些行星的大气层进行检测。当一个行星处在飞掠过程，韦 伯可以通过搜集照耀其大气上的光线进行研究，获取有关大气成分和结构的信息；它还能通过TESS的帮助来评估这颗行星的日间温度。
韦伯究竟能否在太阳系外搜寻到生命的争论，要看它是否足够幸运了。如果TESS没能找到任何令人着迷的超级地球，韦伯就不会有很多工作可做。韦伯被 设计用来研究宇宙的一级恒星，而并非潜在的宜居星球，它所携带的设备在设计之初，就有料到如今天文学家对潜在系外行星的认识走到如此之远。检测类地行星的 任务超出了韦伯望远镜的能力范围，完成新任务所需要的新的光学技术在其发射升空之前没法应用。
最安全的方案是，至少为一个潜在宜居超级地球检测是否存有大气层。尽管如此，要求韦伯对“M矮人”附近的星球进行“潜在宜居性”的检测都是强人所 难，因为“M矮人”恒星为其行星的宜居性设置了大量不确定和挑战性因素：在宜居区域的星球可能受到潮汐影响，其中某个半球始终面朝恒星而被异常强烈的恒星 光耀猛烈冲击。
完成目标需要大量“观测时间”
研究显示，为了韦伯能稳定地探测水蒸气，这颗行星很可能需要被包裹在厚厚的氢毯下面。“系外行星探索项目分析组”（ExoPAG)是一批有影响力的 科学家组成的委员会，他们帮助NASA优先策划接下来要开展的项目和任务。该组织的一项最新研究表明，类似探测和测量水蒸气的任务可能需要对每个行星进行 长达数月的观测。
探测生命的希望或许很让人沮丧，韦伯望远镜若要考察“潜在宜居”目标，都需要花费大量的望远镜操作时间。“即使我们能够在TESS飞掠过的行星上探 测到水，对于宜居性来说也未必是个好消息。”主导这项研究的马塞诸塞州阿姆赫斯特学院天文学家尼克·科万说，一个在其大气层富含水分子的类地行星很可能正 在失水过程中，正如金星那样终将变成又干又热的星球。
在其最初的五年任务时间内，假设韦伯必须与整个天文物理学家团体分享时间，恐怕最多也只有1/4观测时间能够用于研究系外行星。科学家目前正在争 论，望远镜到底该给边缘的宜居星球研究多大的重视程度。总之，如果传回了很多低质量的观察结果会带来更多问题，毕竟望远镜可以很轻松地提供更大、更热、完 全不宜居的行星的形成和大气的大量评估新数据。
“TESS和韦伯将我们从‘任务有限’带入到了‘时间有限’的决策困境。”ExoPAG主席、俄亥俄州立大学天文学家斯考特·高迪如是说，“韦伯并非不能检测潜在宜居行星，只是这要占据现实中可供使用的更多时间。”
也有人认为韦伯被“大材小用”
指明如何最好地利用韦伯将是望远镜时间分配委员会的一项精密任务，在2018年发射升空之前最好开始审议清楚。尽管韦伯能够研究更多非宜居行星， “但我觉得韦伯有点大材小用了。”高迪说，“应该用较小的装备来完成这个任务。”也有一种争论认为，应该用你最好、最先进和最昂贵的设备来进行独一无二的 工作，即便它还不够完美。当然，观测超级地球就是这样的独一无二的任务。
根据ExoPAG的建议，一个打破僵局的潜在解决方案，可能是将韦伯巨大的研究计划外包给一些不同的太空任务，然后设计一种小得多也便宜得多的太空 望远镜单独调查上百个非宜居星球的大气环境。这样的任务设计或许能够在本世纪20年代中叶即可完成建设和发射，那时候，韦伯也会迎来自己的暮年时光。
最近，天文学家已经提出了这样的计划。2013年，NASA通过了一个叫做FINESSE（快速远红外光谱学系外行星测绘探险者）的提案。去年欧空 局选择了类似开普勒的PLATO（行星飞掠和恒星震荡）任务准备在2024年发射升空。现在，韦伯优先的观测时间带来的紧急情况正在显现，提出这些提议的 两个课题组都在重新考虑他们的机会，也都重新提交了新的提议。
殊途同归但均面临“优化”难题
“系外行星研究群体中的一部分人想要找到我们最近的地球双胞胎兄弟，以试图在其中检测到生命的迹象，但是另外有一些人则偏爱去多了解整个行星家 族。”系外行星大气专家、NASA喷气推进实验室FINESSE团队领导人马克·思维恩说，“虽然有不同的观点，但终会殊途同归。我认为最终都会走向对围 绕另一恒星的行星上是否有生命迹象的证实过程，我们需要了解它们的大气层如何作用，这需要将这类目标通盘综合考虑。大尺度的测绘任务会提供更丰富的内 容。”
不管飞掠探测空间望远镜能否实现对韦伯的补充，NASA的后韦伯时代项目已经在动议之中了。韦伯之后，NASA计划于2020年以后发射一个2.4米直径的大视野红外测绘望远镜（WRIRST），用以研究暗物质并对系外行星进行拍照。
很多行星猎人已经寄希望于找到一系列地球的“同盟者”了，不管在这个项目之前还是之后，他们梦想着用一个10米或者12米的太空望远镜，来直接对更多类似太阳的恒星之类地行星进行取像。
但是，为了那样艰巨的任务充分优化一个望远镜，仍需要在其深度探测更小和更灰暗的恒星之行星时完成妥协。这样的一个望远镜可能在理论上可研究上百个 镜像地球，但是在经费有限的情况下，只能先探测最近的和最明亮的十几颗潜在宜居地。“总之，我不认为韦伯会那么幸运能够搜寻到生命。”阿姆赫斯特这样说。