探索地外星球的新方法：利用先进望远镜对行星直接成像

对太阳系外行星直接成像

美国宇航局最近领导了一个大型直接成像任务：采用先进的太空望远镜，直接对太阳系外行星成像。这项任务可解答关于行星系统的重要问题：比如我们的太阳系是否是一种罕见的存在？太阳系以外的行星是否存在生命？等等。

1---什么是太阳系外行星？

太阳系外行星是指在我们的太阳系外围绕恒星运行的行星。在过去十年中已经取得了令人瞩目的研究成果。美国国家科学院、工程学院和医学院的一份新的国会强制性报告确定了系外行星科学领域的两个总体目标：

第一，了解行星系统作为恒星形成物的产生和演变方式，并描述其结构、组成和环境的多样性。

第二，充分了解系外行星，识别潜在的可居住环境，并在围绕其他恒星运行的世界中寻找生命存在的科学证据。

基于这些目标，撰写该报告的委员会发现：我们目前对太阳系外行星特征范围的了解基本上是不完整的。利用理论和观察来研究系外行星可居住性的整体方法，最终将需要在宇宙的其他地方寻找过去和现在生活的证据。

2---系外行星直接成像是一项艰巨的任务

委员会认识到开发直接成像能力的太空望远镜需要大量的投资和长时间的积累才能看到成果。但这项工作将促进科学界的发展和技术水平的发展，以了解未知的世界。为了检测类似于我们自己的“地球-太阳系统”的系统，该报告建议研制能够通过阻挡母星发出的光（例如日冕或星光）来直接对系外行星成像的仪器。

报告称，由两架美国领导支持的地面天文望远镜也将在研究行星形成和潜在的类似世界方面发挥关键作用。未来的巨型麦哲伦望远镜（GMT）和拟议的三十米望远镜（TMT）将在观测整个行星系统的成像和光谱(光的吸收和发射)能力上取得重大进展。此外，还可以检测到近地行星和小恒星周围的温带陆地行星中的氧分子。

3---现有条件以及后续计划

委员会指出，在外层空间研究中充分发挥GMT和TMT潜力的技术路线图需要大量投资，还需要利用现有的美国中心实验室网络。报告建议美国国家科学基金会投资望远镜及其系外行星仪器建设，以便为美国形成全天候的系外行星观测通道。委员会表示，虽然像开普勒太空望远镜(NASA设计用来发现环绕其他恒星之类地行星的太空望远镜)已完成了大量接近恒星的行星群的观测，但我们对宇宙外围世界的了解还是非常缺乏。

该报告称，在2010年十年调查中获得最高优先级的大型太空任务WFIRST将扮演两个极其重要的角色：首先，它将允许对距离他们的恒星更远的行星进行研究，而不是开普勒望远镜和其他仪器调查过的。其次，它将实现大型直接成像任务。美国宇航局应该建立一种机制，在詹姆斯韦伯太空望远镜任务早期系统地收集系外行星大气层的数据。该委员会还建议建立NASA跨学科合作计划模型，支持跨部门研究工作，邀请跨学科研究提案。