天文太空

太空望遠鏡遮陽篷

NASA新型太空望遠鏡前方的恆星遮篷裝置,可望協助望遠鏡盡早發現適合生物居住的星球。

撰文/畢林茲(Lee Billings)
翻譯/洪艾彊

天文太空

太空望遠鏡遮陽篷

NASA新型太空望遠鏡前方的恆星遮篷裝置,可望協助望遠鏡盡早發現適合生物居住的星球。

撰文/畢林茲(Lee Billings)
翻譯/洪艾彊


美國航太總署(NASA)新一代太空望遠鏡能否成功拍攝到太陽系外的其他類地行星?天文學家一直對這個願景抱持樂觀,希望找到適合居住或有生命跡象的系外行星。不幸地,事與願違,儘管天文學家滿心期待,實現這個夢想的科技似乎尚需數十年才可能成熟。目前越來越多專家認為,NASA廣角紅外巡天望遠鏡(WFIRST)有機會在短期內拍到另一個「地球」。NASA在今年2月正式建造這具預定於2025年發射的太空望遠鏡。


WFIRST一旦升空,配備口徑2.4公尺的鏡面,除了提供廣角影像,也可用來研究暗能量;暗能量可能是造成宇宙加速膨脹的謎樣斥力。但是還有另一個重要課題:到底人類是否孤獨生存在宇宙中?此課題也正逐漸影響這項任務的研究方向。


研究人員已經發現超過3000顆繞行其他恆星的行星,並預計接下來10年內將再找到數萬顆。粗略的統計結果顯示,每顆恆星至少擁有一顆系外行星,而大約每五顆太陽大小的恆星旁會有一顆行星處於不太熱也不太冷、有液態水存在的「適居帶」。想知道這些行星到底像不像地球,最好的辦法當然是親眼目睹,但拍攝幾光年外的行星可不是件容易的事。因為這些適合生物居住的系外行星只是一個昏暗的小點,所繞行的恆星半徑遠大於它們,亮度可能也強上1000億倍。


地球大氣層中的亂流會嚴重阻礙地表望遠鏡捕捉這些行星的影像,所以大多數專家傾向把望遠鏡移往太空。但是不論NASA哈伯太空望遠鏡或預計在2018年發射的韋伯太空望遠鏡,影像解析度都遠遠不足。為了捕捉行星影像,WFIRST將安裝先進的行星成像日冕儀,藉由一系列複雜的光罩、反射鏡和透鏡組合來濾掉星光。不過此儀器是在WFIRST計畫後期才新增,還不盡完美,因此有些專家認為WFIRST無法達成捕捉其他地球影像的任務。不可諱言,拍攝這類影像是非常艱鉅的挑戰,NASA初估至少需時20年,除了發展相關科技,也需獲得足夠預算來建造WFIRST全新一代太空望遠鏡。


然而有一種稱為恆星遮篷的裝置,可能幫助天文學家提早達成這個夢想。恆星遮篷裝置是一張向日葵形狀的遮蔽幕,厚度如紙張、面積約半個足球場,運行在WFIRST前方數萬公里,能遮掩目標恆星的大部份星光;功能就像我們把大拇指橫擺在眼前,可以遮蔽太陽的刺眼強光。恆星遮篷裝置可以和多數太空望遠鏡共同運作,有助於WFIRST偵測昏暗的行星,兩者合作無間,可望拍攝到至少40顆行星,其中包括大小和軌道都與地球相似的行星。WFIRST日冕儀的主要科學家、美國普林斯頓大學教授凱斯丁(Jeremy Kasdin)說:「一旦有了恆星遮篷裝置的協助,WFIRST最快10年內就能給我們一些類地行星的影像,根本不需等待20年。這是我們在大力投資NASA新一代超大型太空望遠鏡時,所遇到既迅速又省錢的罕見機會。」


儘管WFIRST離發射日期還不到10年,一旦決定加裝恆星遮篷裝置,相關準備工作就刻不容緩,因為WFIRST需要一些修正,才能夠和身處太空中數萬公里遠的恆星遮篷裝置達到同步運作。目前情況是恆星遮篷任務還未啟動,NASA天文物理部門的主任赫茲(Paul Hertz)表示,NASA「並不排除恆星遮篷模式」。截至目前為止,不排除恆星遮篷裝置就相當於採用這項裝置;當NASA首度宣佈執行WFIRST計畫時,便說明此望遠鏡將在距離地球150萬公里的軌道運行,這是一處平靜的好地點,非常適合恆星遮篷裝置發揮作用。另外,NASA最近成立了恆星遮篷預備工作團隊,並把恆星遮篷裝置設定為「技術發展活動」,這些舉動將有助於加快進度。


事實上,在普林斯頓大學的佛里克化學實驗室裡,凱斯丁已經利用特製的測試平台進行實驗:這是個1公尺寬、75公尺長的圓管,攝影機和雷射裝置分別架設在兩端,中間擺放小型化的恆星遮篷裝置。他預估在今年暑假結束前,就能在測試平台驗證必要的對照實驗:當放大成實際尺寸的恆星遮篷裝置時,能輔助類地行星成像日冕儀。於此同時,諾斯洛普格魯曼(Northrop Grumman)公司在內華達州的乾河床放置小型化的恆星遮篷裝置,並利用亞利桑那州的巨型太陽望遠鏡進行測試。NASA噴射推進實驗室的研究人員也在思索如何製作恆星遮篷裝置的精巧花瓣外形,才能從原本安裝在火箭裡的完整摺疊形態,經由部署後展開成如棒球內場大小。


建造恆星遮篷裝置還有另一項困難,不在技術層面,而是造價超過10億美元,遠遠超出太空望遠鏡的預算,因此這項任務必須先經過提案、再經核准,才能成為有足夠經費的獨立計畫。

對於一項尚在草創過程的科技,這是困難重重的挑戰,但我們極可能獲得前所未見的成果:把另一個地球的第一張影像成功展示在世人眼前,這是彌足珍貴的一刻。我們是否該加緊腳步完成?還是再等上幾十年?NASA和天文學界必須盡快做出決定。