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NASA的詹姆斯·韦伯望远镜能够探测外星生命吗?

北京时间9月18日消息,据国外媒体报道,假如NASA的詹姆斯·韦伯望远镜此次能按计划在2021年发射,已经比原定时间晚了14年。

北京时间9月18日消息,据国外媒体报道,假如NASA的詹姆斯·韦伯望远镜此次能按计划在2021年发射,已经比原定时间晚了14年。但等它进入预定轨道,在距地球150万公里处围绕太阳旋转,便将为天文学带来革命性的转变。

NASA自豪地表示,詹姆斯·韦伯望远镜能够“回望过去,带我们观察早期宇宙中形成的第一批星系”。如果说这还不够大胆的话,该望远镜作为哈勃望远镜的继任者,还有另一项卓越才能:科学家也许能用它来寻找外星生命的迹象,探测邻近恒星周围的行星大气是否因外星生命的存在发生了变化。

尽管如此,这一项目在2011年曾差点被美国政府取消。这很大程度上与它的高昂成本有关。该望远镜最初预估成本为10亿美元,但如今已变成了100亿美元。但天文学家们(包括提出用该望远镜“探测生命”的华盛顿大学团队)则对这项发射计划激动不已。

如何探测遥远行星上的生命?

华盛顿大学天文学家约书亚·克里桑森·托顿(Joshua Krissansen-Totton)和他的团队对詹姆斯·韦伯望远镜进行了考察,分析该望远镜能否在邻近恒星周围行星的大气中探测到所谓的“生物标记”。

“我们可以在接下来几年间展开这类观察、探测生命迹象。”克里桑森·托顿表示。

此项研究的基础是,詹姆斯·韦伯望远镜对光线的敏感度非常高,因此能识别出所谓的“大气化学不平衡”现象。这个术语可能不是很好记,但它其实由来已久,最早由著名科学家詹姆斯·洛夫洛克(James Lovelock)和卡尔·萨根(Carl Sagan)提出。其原理是,假如明天地球上的全部生命突然消失,构成大气的各类气体就会发生天然化学反应,大气的化学组成也会慢慢改变,与原先有生物生存、排放各种废气的状态区别越来越大。

因此,搜寻氧气(或它的“化学近亲”臭氧)存在的迹象一直被视作寻找外星生命的好方法。但这是以地外生命遵从与人类相同的生物机制为前提的。但事实也许并非如此。所以评估行星的大气化学不均衡状态,即评估某颗行星大气与“正常状态”的偏离程度,也许才是寻找外星生命的关键。

围绕其它恒星旋转的行星大气的化学成分可以通过光线来测量:当该行星运动到地球与其所在的中央恒星中间时,仔细测量恒星光线的轻微减弱幅度。行星大气中的气体会导致减少的光线量随着光线波长(即颜色)而变化,从而帮助我们了解大气中各化学元素的含量。

最佳观测对象是什么?

克里桑森·托顿模拟了詹姆斯·韦伯望远镜若观察TRAPPIST-1可能获得的数据。这颗恒星与木星大小相仿,距太阳约39.6光年。2017年,科学家发现TRAPPIST-1周围有7颗地球大小的行星,一度引起轰动。其中几颗还拥有液态水,因此很可能存在地外生命。

华盛顿大学的研究人员预言,詹姆斯·韦伯望远镜能够根据甲烷和二氧化碳影响的波长范围内的光线减弱幅度,测量第四颗行星TRAPPIST-1e大气中的甲烷和二氧化碳含量。而这样的痕迹简直微弱得难以想象,因此测量起来难度极高。但康纳尔大学天文学家乔纳森·鲁宁教授(Prof Jonathan Lunine)对这一预言感到非常激动,称“詹姆斯·韦伯望远镜真的能做到这一点。”

如果地球上的生命突然全部消失,地球大气也将发生变化。

不过克里桑森·托顿指出,等这一测量任务完成之后,我们要先提出一个问题:是否存在能产生同样效果的非生物过程?包括地球大气在内,行星大气也可以被火山喷发等非生物过程改变。因此,假如我们发现TRAPPIST-1e的大气构成存在异常,首先要排除所有非生物影响,然后才能宣布该星球上存在地外生命。

克里桑森·托顿表示:“要证实这一点,需要进行多次观察,才能让这一发现板上钉钉。不过,如果我们探测到了某种异常情况、又找不到其它解释,这将是一次无比令人激动的发现。”

还有哪些机构将开展此类研究?

目前,詹姆斯·韦伯望远镜的金色反射镜仍被安全地锁在加州的一座实验室里。要探索上述可能性,天文学家还需继续等待。

此外,该望远镜还将与一系列新设备联手,共同在接下来几十年间对其它恒星周围的行星展开详细调查。

研究人员正筹备在夏威夷和智利打造巨大的地面望远镜。欧空局由英国领导的Ariel任务也将于本世纪20年代末开展,对其它恒星周围的恒星大气进行考察。

鲁宁教授表示:“我想我们正处于一个认识宇宙、探索太空的绝佳时机,而下一步将由詹姆斯·韦伯望远镜来完成。它一定会物超所值。”

该望远镜上由英国主导负责的中红外线仪器团队首席科学家吉莉安·莱特教授(Prof Gillian Wright)也赞同这一点:“我们此前从未有能力在太空中开展这样的壮举。要说一台望远镜将打开我们了解宇宙的新窗口,这种说法可能很老套,但对詹姆斯·韦伯望远镜而言,此话丝毫不虚。”

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