“地球2.0”計劃：尋找人類新家園

四川省南充市纖維檢驗所 陳春全

隨著《流浪地球2》的上映，當面對不可抗力危機時，人類應該何去何從的問題，也成了大家議論的熱點。帶著地球去流浪，想法很浪漫，但基本沒有什么實際可操作性。那么，在茫茫宇宙之中，我們能不能找到另外一顆適合人類居住的星球呢？“地球2.0”計劃已經悄然拉開了序幕。

“地球2.0”計劃

“地球2.0”計劃全稱為“地球2.0 超級開普勒凌星巡天計劃”，其核心目標就是要在銀河系內發現位于不同軌道上的大量類地行星樣本。其中，找到處于類太陽恒星的宜居帶內，直徑是地球直徑0.8～1.25 倍的適宜人類居住的行星則是重中之重。目前，中科院上海天文臺、微小衛星創新研究院、中國科學技術大學等80 余所大學和研究所正在對此項目進行仿真研究和關鍵技術攻關。

據“地球2.0”計劃的項目負責人、上海天文臺的講席教授葛健介紹，目前這個計劃大致可分為四步：第一步是先對銀河系里的行星進行“普查”，分析篩選出符合條件的行星；第二步開始利用專業設備對通過“海選”的這些行星進行進一步分析研判；第三步則是給已經通過“預賽”的行星拍攝高分辨率的特寫照片；最后一步就是對進入“復賽”的行星展開長時間、更精細的觀測。

然而，要執行并完成“地球2.0”計劃則是困難重重。它需要空間超高精度測光的凌星技術、地面超高精度的視向速度測量技術、空間高分辨率和高對比度的成像技術等高科技手段相結合才能完成。

據葛健教授說，隨著近些年系外行星研究的飛速發展，以及相關技術的日趨成熟，我們實際上已經走到了發現“地球2.0”的關鍵十字路口。繼續往前走，發現第二個“地球”便指日可待。因此，由中科院牽頭的“地球2.0”計劃才得以開始實施。

上海天文館

行星觀察法

一般來說，小質量的行星都位于恒星系統的內部，而地球是太陽系由內到外的第三顆行星。由于距離遙遠，我們目前發現的系外行星幾乎都要比地球大很多。因此，我們要完成“地球2.0”計劃，找到小質量的類地行星，就需要用到“凌星法”和“微引力透鏡法”這兩個重要的觀察手段。

“凌星法”全稱為“行星凌星法”。眾所周知，當行星圍繞恒星運行到恒星朝向地球的一面時，就會發生“凌星”現象。而當凌星現象發生時，恒星的光亮由于被行星遮擋自然就會有所減弱。所謂“凌星法”就是在發生凌星現象時，通過分析恒星亮度變化從而推算行星軌道及質量參數的一種觀測方法。

科學家們可以通過“凌星法”來觀測系外恒星亮度的變化程度，從而確定圍繞它運動的行星的軌道傾斜角度，進而估算出這顆行星的質量。由于在“凌星”現象發生時，恒星的光線會穿過行星的最外層大氣，所以科學家們便可以通過分析此時恒星的光譜，了解這顆行星的大氣成分、溫度等情況。

引力透鏡效應是愛因斯坦在廣義相對論中預言的一種現象，后來被證實為強引力場中一種特殊的光學效應。由于光線經過大質量天體附近時會發生彎曲，所以當光源的直線上有一個大質量的天體時，人們會看到由于光線彎曲而形成的一個或多個像。

而微引力透鏡現象，則是發生在恒星級天體中的引力透鏡現象。它能夠幫助我們觀測發光很少或是不發光的行星、白矮星、紅矮星及小質量黑洞等天體。尤其是對于尋找質量小、適合人類居住的行星，“微引力透鏡法”具有很高的敏感度。

金星凌日

空間望遠鏡

“地球2.0”計劃自然需要更加高端、大氣、上檔次的技術裝備才能完成。其中，光學凌星望遠鏡是必不可少的設備之一。我國目前最大的通用天文光學望遠鏡在中科院麗江觀測站。它高8 米，重40 多噸，通光孔徑2.4 米，配備有暗弱天體光譜儀照相機、3 000 萬像素的拼接CCD 相機等，主要用來對恒星以及星系進行觀測。但是，要完成尋找適宜人類居住行星的任務，僅靠地面望遠鏡還遠遠不夠。

據了解，“地球2.0”計劃需要研制6 臺30 厘米口徑、500 平方度廣角的光學凌星望遠鏡和1 臺35 厘米口徑、4 平方度的微引力透鏡望遠鏡。然后再將它們搭載到衛星上，并且發射到“日-地拉格朗日L2 點”處，才能完成銀河系內類地行星的大規模“普查”任務。

所謂的“日-地拉格朗日L2 點”，是指在太陽和地球兩大天體引力作用下，衛星能保持相對靜止的那個點，該類點一共有5 個，L2 是其中一個點的編號。由于這個點是數學家拉格朗日首先推導并證明的，所以便用他的名字命名以示紀念。在“日-地拉格朗日L2 點”處，衛星只需要消耗很少的燃料便可長期駐留，因此這里也是探測器、天體望遠鏡定位和觀測太陽系的理想位置。

當我國的光學凌星望遠鏡和微引力透鏡望遠鏡研制成功，并隨同衛星到達太空開始工作之后，我們便可以利用它們超大的視場以及超高精度的光學測光能力來執行“地球2.0”計劃了。

引力透鏡現象