你不会听到他们这样说，但是世界上一些最著名的天文学家已经沮丧了20年。在这段时间里，他们和他们的同事们已经发现了数千颗系外行星——围绕太阳以外的恒星运行的行星——并且从数据上推测，仅在我们的星系中，还有数千亿颗系外行星等待着被发现。用最先进的仪器狠狠地打击任何明星，似乎，它最终会像从裂开的皮纳塔中倒出糖果一样，洒出新的世界。行星搜寻者们已经打开了他们的一些成果，使用望远镜仔细研究，甚至拍摄了一小部分不适合居住的巨大气体行星。然而到目前为止，他们还没能找到最甜美、最诱人的东西——几个可能存在生命的类似地球的世界。
并不是说他们没有尝试过。即使只是由一个单一的有噪声的像素组成，一张围绕另一颗恒星的有希望的行星的照片，对于判断那个世界是否真的适合居住，甚至是否可能有人居住，都大有帮助。这可能是人类历史上最伟大的发现的第一丝曙光——证明我们并非普遍孤独。唉，百度杏耀如今最先进的望远镜都达不到要求。它们庞大而复杂的光学系统仍然太小，过于简单，无法分辨出在耀眼的恒星光芒中旋转的岩石世界的模糊形态。似乎需要更大、更大胆的举措。这种想法认为，要找到另一个地球，我们必须首先建造一个行星成像望远镜，它的大小、复杂程度和成本都大得不能倒。然而，要建造这样一架望远镜，我们必须首先找到另一个它可以研究的地球。如果说“让我们看看钱”是猎星者的请求，那么“让我们看看这个星球”则是政策制定者们的必然回应。这种进退两难的局面使得天文学家们开始计划如何对未来的类地行星进行成像和研究。
不再。由于上个月宣布的一项发现，未来几年天文学家可能会在地面和太空使用现有的和在建的望远镜，而不是在想象中的遥远未来的天文台。促成这一划时代转变的催化剂是比邻星b，这是一颗新发现的围绕着比邻星运行的小行星，比邻星距离我们只有4光年，是离我们太阳系最近的恒星。“比邻星b在墙上画了一条粉笔线，我们现在都迫不及待地想要到达它，”在荷兰莱顿天文台研究行星成像新技术的天文学家马修·肯沃西(Matthew Kenworthy)说。“电子邮件飞来飞去，人们重拾多年前发现一颗岩石行星的方法，但由于附近没有发现任何岩石行星，这些方法被束之高阁。”你几乎可以听到狂热的脑电波穿过空气的声音。知道隔壁就有一个美丽的、非常令人兴奋的目标，这让每个人都感到振奋。”
到目前为止，天文学家还没有真正看到这颗新行星——相反，他们只是简单地测量了它来回的轨道拉扯是如何导致比邻星在天空中来回摆动的。这种摆动是一种耳语，它意味深长，揭示出这个世界的质量仅比地球大三分之一，并且位于距离其恒星约700万公里的11天轨道上。如果地球离太阳太近，它会被烤焦，但是比邻星是一个更小、更暗的球——一颗红矮星，是银河系中最丰富的种类。因此，比邻星b的11天的年光照量是地球的三分之二，足以将它置于其恒星的“宜居带”中央。“宜居带”是一个温和的环绕恒星的区域，在这里，液态水和生命可能存在于一个岩石世界的表面。
所有这些都意味着Proxima b比太阳系外最近的邻近行星要大得多。它也可能是宇宙中最常见的生命栖息地和我们所能看到的最接近地球的世界的首要例子。目前对它的研究热潮是未来的征兆，是本世纪二三十年代的预演，届时天文学家将努力描绘出数十个(如果不是数百个)邻近恒星周围的其他有希望的世界。“这只是一颗行星，我们还不知道它是否真的适合居住，但它仍然是一件非常重要的事情，因为它将迅速把这个领域推向新的前沿，”亚利桑那大学(University of Arizona)寻找行星的天文学家奥利维尔·盖恩(Olivier Guyon)说。“我们可能会找到其他可能比这颗更好的行星，但就目前而言，Proxima b为未来十年成像和研究可能类似地球的行星提供了最佳方案。”
空中之眼
最好的情况是比邻星b“凌日”，周期性地掠过它的恒星表面，向我们投射出跨越光年的阴影。利用这个行星的轮廓，天文学家可以确定Proxima b的确切大小和质量，从而确定它的密度——从而了解它是一个岩石球，还是一个气体包裹的球体，或者介于两者之间。他们甚至可以确定比邻星b的上层大气的化学成分。
要想看到比邻星b周围的空气稀薄的环空，就需要天文学家有时称之为“大玻璃”的聚光能力。“大玻璃”是一种巨大的镜子，就像美国国家航空航天局(NASA)的詹姆斯·韦伯太空望远镜(James Webb Space Telescope)的6.5米口径，该望远镜将于2018年发射。但是天文学家们无法看到那里没有什么，而且这颗行星根本不能保证拥有大气层。比邻星b star-hugging轨道可以给它一个表面温度的水,但也科目atmosphere-eroding恒星耀斑和潮汐力锁定地球的旋转,让明星无气和面临的一面总是永远沐浴在星光而气氛冻结在世界的寒冷,永久阴暗的一面。此外，Proxima b穿越的可能性很小——要看到这颗行星的影子，我们必须从侧面观察它的轨道，就像在一光年之外的转盘上观察旋转记录的边缘一样。
不幸的是,今天发布的一项新的研究由哥伦比亚大学的天文学家大卫基平几乎排除了可能性的凌日比邻星b。住宿和他的同事继续寻找它的凌日在加拿大最太空望远镜收集的数据,甚至似乎发现了一个令人信服的从地面HATSouth望远镜阵列信号,额外的数据显示的信号是由于比邻星的耀斑而不是任何过境的世界。基平说:“尽管我们在大多数数据中发现了一个候选过境点，但HATSouth的数据在70%到90%的置信水平上排除了它。”“我现在认为它成为凌日行星的几率不到1%。这听起来非常小，但科学家更喜欢处理像0.0001%这样的数字，当我们谈论排除一些事情时，所以一个更确定的答案可能需要更多的数据。如果天文学家利用美国宇航局的斯皮策太空望远镜一劳永逸地了解比邻星b是否会凌日，这一天可能很快就会到来。
与此同时，哈佛-史密森天体物理中心的两位天体物理学家阿维·勒布和劳拉·克雷德伯格已经详细制定了一个近期计划，在不发生凌日的情况下研究Proxima b。在一篇新发表的论文中，他们描述了美国宇航局的红外韦伯望远镜如何能够很快确定Proxima b是否有大气层——这也是Proxima b的发现者和合作者在早期的一篇论文中提出的观测结果。望远镜并不能直接看到这颗行星，但却能探测到它的部分红外线穿过附近恒星发出的强光。假设Proxima b被潮汐锁定，韦伯就可以探测到这颗行星的热发光变化，因为它的冷、夜面和温暖、阳光充足的昼面会在一个完整的轨道上进进出出，
杏耀娱乐好不好 ，就像观察月球环绕地球时的相位一样。比邻星b两侧的微小温度差表明存在大气层或海洋来重新分配热量，而巨大的热对比则表明这颗行星是干燥、无空气的岩石。“你可能在仅仅寻找11天后就发现了这一点，”Kreidberg说。“这是一个简短而甜蜜的观察。”
如果Proxima b被证明有大气层，Loeb和Kreidberg也提出使用韦伯探测比邻星炫目的可见光中臭氧的红外信号，以此作为这颗行星的空气中充满氧气的可能信号——地球上的氧气主要是由生命产生的。但是，韦伯对臭氧的研究并不需要11天的观测，而是估计需要60天——这是一项巨大而又有风险的观测时间投资。“我们将不得不使用韦伯的所有力量来进行这样的测量——一切都必须进行得恰到好处，”Kreidberg说。“对于其他恒星来说，这是一个疯狂的想法，但因为比邻星是我们最近的邻居，我们有机会。”总的来说，用我们最好的太空望远镜观察两个月的时间，如果能发现一些与生命有关的东西，也许是值得的。”
Loeb对Proxima b也有更有远见(和更长远)的计划:发送一份调查。这颗行星是“突破摄星”(Breakthrough Starshot)的一个“明显目标”。“突破摄星”是亿万富翁尤里·米尔纳(Yuri Milner)资助的一个私人项目，旨在发射大量微型星际飞船。Loeb是Starshot咨询委员会的主席。“你可能会认为，在地球上建造一个大型望远镜可以替代向行星发送相机，”Loeb说。但过去NASA行星任务的经验告诉我们，这是不对的——我们总是从直接访问一个地方中学到一些新东西。Starshot的目标就是做到这一点。”
韦伯项目的科学家、美国国家航空航天局戈达德太空飞行中心天体物理学主任马克·克拉平(Mark Clampin)表示，“突破性恒星拍摄”可能比使用韦伯在Proxima b上寻找臭氧的机会更大。他说:“在离我们最近的恒星的宜居带观察一颗行星，这种兴奋让人们兴奋起来。”“但是对于韦伯来说，有很多相互竞争的科学优先事项，同行的审稿人会问，Proxima b是否真的是用这么多时间来进行这样的研究的最佳对象。”Clampin说，到Webb投入使用时，NASA的另一项任务，预定于2017年发射的凌日系外行星勘测卫星(Transiting Exoplanet Survey Satellite, TESS)，将会产生一个简短的名单，列出附近小恒星周围其他可能适合居住的岩石行星。TESS的主要任务是在比邻星(Proxima Centauri)以外的天空中寻找行星。比邻星位于黄道两极附近，位于太阳系的正上方和正下方，大多数太空望远镜都可以很容易地对其进行连续观测。一颗经过附近恒星的岩石行星可能更容易进行调查，这使得Proxima b在韦伯的任务计划者的优先名单上排名靠后。
地上的巨人
尽管韦伯对Proxima b的研究可能很有用，但大多数天文学家对于使用新一代地面超大望远镜(ELTs)的看法要乐观得多。ELTs是一种巨大的望远镜，直径可达40米，计划在本世纪20年代中期首次亮相。三个elt正在建设中，但只有两个在南半球，在那里可以看到比邻星，特别是在智利。其中一个是由美国的一个财团建造的巨型麦哲伦望远镜(GMT)该项目将使用7个8.4米的碗状镜子，形成一个24.5米宽的聚光面。另一个是欧洲超大望远镜(E-ELT)，由欧洲南方天文台建造，将连接近800个1.4米的六边形部分，形成一个39米的镜面——这是世界上最大的。“我们采用了不同的技术方法，这是一件好事，”卡内基天文台的天文学家帕特里克·麦卡锡(Patrick McCarthy)说，他也是巨型麦哲伦望远镜组织(Giant Magellan Telescope Organization)的临时主席。“如果你只用一架望远镜看到这颗行星，你会挠挠头，怀疑它是否是人为的[仪器误差];如果你在两者中都看到了它，你就会知道它是真实的。”
被困在地球的星光模糊的大气层下，ELT都不能自然地获得清晰稳定的图像来直接观测比邻星b，比邻星b距离比邻星只有38000a弧秒(1弧秒是3600分之一度)。这两架望远镜都有可能看到Proxima b，这是由于这颗行星离比邻星很近，以及由计算机控制的自适应变形镜片，这些镜片每秒可改变1000或2000次形状，以便实时校正湍流空气。然而，这颗行星仍然比它附近的恒星要暗1000多万倍。配有coronagraph-a设备块星光类似于拇指放在你眼睛遮住了太阳,格林尼治时间或者E-ELT剔除比邻星收集的眩光微弱光子从比邻星b,形成dotlike行星的图像。黑点的颜色可能是粗略的诊断，一种颜色表示全球的海洋，而另一种颜色可能预示着植被覆盖的大陆或晒干的岩石的干旱平原。随着时间的推移，他们可以从这个点上收集到足够多不同颜色的光子来构建光谱，在其变幻的色调中寻找水蒸气、二氧化碳、氧气和其他重要气体的迹象——也就是我们所知的那个世界是否可能存在生命的迹象。
不幸的是，所有的日冕仪仍然会泄露一些星光，让不需要的光子穿过镜子，在边缘和不完美的地方堆积起来，形成衍射斑点，掩盖或模仿真实的行星。天文学家如何能轻易地从大量的幽灵中分辨和研究Proxima b的行星点，将在很大程度上取决于每台望远镜的镜面、日冕仪和仪器的精细设计细节。
其中许多细节仍在变化，部分原因是在红矮星周围发现了Proxima b和其他不那么轰动的世界。到目前为止，大多数日冕仪的发展都集中在围绕明亮的类太阳恒星的成像世界上，那里的星-行星对比要高得多，但被更宽的星-行星分离所抵消。成像像Proxima b这样的红矮星需要不同的日冕仪设计，这些设计几乎不是从实验室的摇篮中产生的，它们的对比度要求较低，但捕捉到的行星几乎是与它们暗淡、冰冷的恒星并排运行的，其灵敏度更高。这就是为什么格林威治标准时间还没有确定行星成像相机的设计，而E-ELT的首个产品EPICS(用于系外行星成像相机和摄谱仪)在技术上仍然只是一个候选仪器，等待欧洲南方天文台(ESO)的正式批准。
EPICS团队负责人、ESO天文学家马库斯·卡斯珀(Markus Kasper)表示，该仪器的8至10年建设期将于2019年开始，这意味着它对Proxima b的观测将在2020年代末才开始。即使该仪器更早准备好，它的望远镜可能也不会:E-ELT将在2025年之前开始运行，这将使Proxima b的图像至少提前10年，如果不是20年的话。
希望渺茫
对一些人来说，等待的时间太长了。日内瓦大学的天文学家克里斯托夫•洛维斯认为，有一种方法可以在数年内从地面观测Proxima b——大约与韦伯望远镜在太空研究它的时间相同——使用现有的比原计划的elt小得多的望远镜。
用地面望远镜成像比邻星b几次小于一个英语教学只可以想象由于基本的光学物理怪癖:产生任何给定的图像分辨率,更短的波长的光如可见我们的眼睛需要更小比波长较长的镜子和其他光学组件。这意味着，一个在可见光下工作的现代8米望远镜，理论上可以观察到足够近的比邻星，从而将它的行星从恒星眩光中分离出来。不幸的是，用可见光而不是长波观测系外行星同样需要更好的日冕仪，以及更快更精确的自适应光学系统。可见光对自适应光学的极端要求是为什么elt最初将在近红外光-可见光-自适应光学系统中观测大多数系外行星，因为它们巨大的镜子仍然需要几十年的时间。
目前，地球上最好的行星成像项目是位于智利北部高沙漠地区的ESO甚大望远镜(VLT)，该望远镜使用自适应光学和日冕仪拍摄近红外和可见光图像，拍摄明亮的、年轻的、巨大的系外行星，这些行星从最近形成时发出炽热的红光。目前，在恒星与行星的对比中，SPHERE距离Proxima b的距离约为10倍，而在恒星与行星的分离中，前者距离为6倍。它的关键在于:将SPHERE与另一项将于明年在vlt上首次亮相的项目配对——一种名为ESPRESSO的高分辨率光谱仪，洛维斯是该仪器的科学家。“我们不需要等待10年或15年。我们可以在VLT上对SPHERE和ESPRESSO进行可行的、现实的升级，并可能在几年内开始研究Proxima b，”Lovis说。“不使用这些现有的仪器将是愚蠢的，因为它们结合在一起可能提供了获取这个星球图像的最快、最划算的方法。”
与SPHERE不同，ESPRESSO不拍照。它更倾向于通过摇摆的恒星来寻找行星——这与最初用来探测Proxima b的技术是一样的。这样的仪器实际上并没有看到天上的星星在晃动;相反，它们精确地测量了恒星发出的光的颜色，当行星将其恒星拉近或远离地球时，恒星发出的光的颜色会变得更蓝或更红，杏耀yl的历史这类似于多普勒频移，当救护车接近并加速经过时，会改变救护车的警笛音调。根据SPHERE对比邻星的观测，ESPRESSO可以搜索比邻星b反射的可见光，由于行星的轨道运动，比邻星b的反射可见光与残留的星光产生了大约每秒50公里的多普勒频移。寻找并隔离这些信号将指导天文学家清除剩余的星光和污染地球大气层的影响。最终的结果将是一个清晰的星球图像，而单是球体是永远无法产生的。
2014年，荷兰莱顿大学(University of Leiden)的天文学家伊格纳斯·斯涅伦(Ignas Snellen)首次在巨型行星上展示了这项技术。洛维斯与他合作，在一篇新论文中详细介绍了自己的计划，呼吁升级SPHERE的自适应光学系统，并在两个仪器之间建立多个光纤连接。Lovis和Snellen说，给望远镜几个月的总使用时间，也许是3年，他们就能拍摄比邻星b，并探测该行星的大气层，寻找氧气、水蒸气和甲烷的迹象——这些都是决定这个遥远的星球是否真的很像地球的关键测量数据。Lovis和Snellen说，即使他们的建议没有描绘出Proxima b的形象，这仍然有利于E-ELT未来业务的规划。其他欧洲天文学家也在进行他们自己的计划，研究对另一种名为CRIRES的VLT仪器的升级计划，或者甚至是一个小型的比邻星专用天文台，是否能提供行星图像的替代路径。
一些与格林尼治标准时间相同的机构，美国该公司还在考虑使用比VLT更小的地面望远镜来拍摄Proxima b。亚利桑那大学(University of Arizona)的天文学家贾里德·马累斯(Jared male)计划用位于智利的两台6.5米长的麦哲伦望远镜中的一台，在可见光下寻找这颗行星。在攻击空气模糊的星光时，他选择的武器将是一个普通的自适应光学系统，再加上另一个更“极端”的版本，该系统使用2000个电脑控制的执行器，通过每秒超过3600次弯曲变形的镜子来纠正大气畸变。没有其他的自适应光学系统比它更快，但即使是这样，它的速度也不足以将麦哲伦望远镜的可见光谱推进到足够远的地方，使它相对较弱的反射镜能够收集比邻星b的光。
“我从来没有想过我们可以想象出比邻星周围有一颗地球大小的行星，但话又说回来，直到最近我才知道那里有一颗地球大小的行星，”马累斯说。“现在我只是认为，如果一切顺利，这将是非常、非常困难的——几乎是可能性的理论极限。没有人会说这是一个扣篮案例。但是，在离太阳最近的恒星的宜居带确定一颗类地行星的特征，将是科学史上最重要的进展之一。我们准备这样做。”
