本期文章

尋找地球雙胞胎

文/史都華‧克拉克(Stuart Clark);譯者/高英哲    

「甚大望遠鏡」(VLT)發射的雷射光,劃破阿塔卡瑪沙漠的夜空。歐洲的後起之秀、建造中的「極大望遠鏡」,則將能夠看見異星世界發出的光線。

發現太陽系外行星這檔事,從九○年代中期開始,起初只是三三兩兩地偶爾有所發現,如今已演變成外星世界一股腦地跑出來。時至今日,在我們的太陽系外,已偵測到七百多顆繞著恆星運行的行星,這數目還持續增加中。



但天文學家可不只是想要數數它們有多少,還想知道站上這些行星會是什麼感覺。畢竟這些圍繞著其他恆星,被稱為「系外行星」(exoplanet)的異星世界,其形式可能有很多種。有些行星被水覆蓋著,有些則可能整顆全部是由鑽石構成。但最有趣的可能性是:在那片黑暗深邃的宇宙裡,有沒有一顆跟我們的地球一個樣、猶如雙胞胎的行星?



「常有人問我是否認為我們會找到一顆跟地球一樣的行星,我的回答總是『保證會』。」世界頂尖的系外行星權威、麻省理工學院教授莎拉‧席格(Sara Seager)這樣說。「他們接著會問『什麼時候』能找到地球雙胞胎,我會說『看情況,很難說』。」



南美智利的阿瑪索內斯山(Cerro Armazones)山峰在今年年底將會剷平,然後興建一座可能可以找到「地球雙胞胎」的望遠鏡。「歐洲極大望遠鏡」(E-ELT)完工之後,將成為全世界最大的凝望星空之眼,它的集光鏡面直徑接近三十九公尺,大約是先前任何大型望遠鏡直徑的四倍。



這架新的超級望遠鏡不但能讓天文學家發現,系外行星的重力在鄰近恆星所造成的獨特「擺動」現象,藉此偵測到先前未曾發現的異星世界,還能夠藉由分析它們發出的光線描述其特徵。光線的特徵能夠揭露該行星的大氣裡有哪些氣體、行星上有沒有海洋,甚至連這海洋能不能夠孕育生命都看得出來。



天文學家目前研究系外行星大氣的能力有限,只能研究比地球大得多的行星,而且基本上還得要等該行星行經其母星跟我們的視線中間(也就是所謂「凌」),如此恆星的光才能照穿該行星的大氣層,而這種事並不常發生。



但是E-ELT的巨大集光鏡不但可使天文學家看到系外行星的母星,還能夠直接凝望附近大小跟地球相近的行星所發出的微弱光芒。「要把恆星跟行星分清楚,你需要無比銳利的影像,只有用像E-ELT這種大到不行的望遠鏡,才有辦法拍到那種照片。」負責興建E-ELT的歐洲南天天文台(ESO)工作的天文學家喬伊‧利斯克博士(Joe Liske)說。



「有可能有辦法辨別出一顆繞著類日恆星運行的類地行星,這件事超級令人期待的,」利斯克說。「這是歐洲的天文學社群之所以大力支持這項計畫的原因之一。」





位於智利阿瑪索內斯山山頂上,歐洲南天天文台望遠鏡家族全覽。E-ELT很快就要加入其陣容。

「極大」的競爭者



不過造價十五億美元的E-ELT,並不是即將與世人見面的唯一一台新的超級望遠鏡。另外一具結合美國、中國與印度等其他國家天文學家的國際團隊,打算在上一次噴發是4,600年前的夏威夷毛納基死火山(Mauna Kea)峰頂,建造一台配有三十公尺集光鏡的望遠鏡。雖然這台「三十公尺望遠鏡」(TMT)比E-ELT略小,打造它的團隊仍然希望能夠利用它在類地行星的大氣裡偵測到生物標記,也就是可能孕育生命的氣體。而且TMT預定在二○一八年完工,比E-ELT還要早,他們有可能打敗他們的歐洲對手,率先達成這項目標。



目前在探索系外行星這方面領先群倫的,是NASA的克卜勒(Kepler)太空望遠鏡。克卜勒太空望遠鏡於二○○九年三月啟用,凝視著我們銀河系裡一小塊區域中的一萬多顆恆星,每當系外行星行經母星前方時,它就會偵測到恆星亮度變暗了,從而發現系外行星。克卜勒太空望遠鏡已經有許多成功案例,累積發現115個系外行星,還有2,300多個可疑行星需要進行追蹤研究。



克卜勒太空望遠鏡只負責偵測系外行星,而不做任何詳細的特徵分析,不過席格卻很有信心,認為望遠鏡視野所及之處的恆星裡,一定有大小跟地球相近的行星,以大小相近的軌道繞行恆星。「這顆行星就在克卜勒太空望遠鏡的資料集裡頭,」她說。「我們還沒發現,只是因為我們還沒完成分析工作而已。」





從環繞克卜勒-16b行星的一顆衛星表面,觀看雙胞胎太陽的奇星異景。


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