“开普勒”空间望远镜，因为配件故障而在2013年结束了运行。但是，它只是太阳系外行星大发现的起点，绝非终点。图片来源：Space.com
（文/Corey S. Powell）在投入了4年时间搜寻新的世界，发现了164颗行星，找到了至少3500颗其他行星存在的线索之后，“开普勒”空间望远镜在2013年5月15日，因为几只滚球轴承发生故障而陷入了瘫痪。没有了那些轴承，航天器就无法瞄准目标，“开普勒”原本搜寻行星的计划就此中断。对于从上世纪80年代起就致力于此项任务的NASA艾姆斯研究中心天文学家比尔•博鲁茨基（Bill Borucki）来说，这本是令人灰心丧气和备感挫折的一天（参见《送望远镜上天，去寻找外星行星！》）。
可是，为什么他又笑了呢？
“哦，我有一种满足感，”博鲁茨基用他特有的柔软嗓音说道，“发射前我们担心的是，宇宙中几乎没有几颗行星。这不是真的。我们正在发现大量不同大小的行星，其中还包括可能富含生命的行星。我们就快要完成我们的目标了。所以，我很开心。”
“开普勒”应当成为太阳系外行星大发现的起点，而非终点——这是博鲁茨基最重要的目标之一。当初设计“开普勒”的初衷，就是要在小小一片天区里一窥银河系的全貌。从这个角度上来说，它已经取得了前所未有的成功。“开普勒”的统计学分析暗示，我们银河系中就包含多达3000亿颗行星。相当于地球上的每一个人都对应着40多个不同的世界——有大量的目标可以让未来的“探险家”们忙上好一阵子了。
第一位“探险家”TESS（Transiting Exoplanet Survey Satellite，凌星外星行星巡天卫星），预计于2017年发射。它将沿着一条从未有航天器采用过的特殊轨道飞行，以便获得没有死角的视野，能够扫描整个天空，在邻近的明亮恒星周围寻找行星。未来10年之内，目前正在研发的革命性的成像技术将给我们带来终极大奖：直接看到另一颗跟地球几乎一模一样的行星。难怪博鲁茨基的精神会如此之好。
TESS，凌星外星行星巡天卫星（左图），将巡视几乎全部的天空（右图），寻找外星行星（中图）。图片来源：《发现》
最亮的恒星和最好的行星
“开普勒”的第一位继任者，将是“开普勒”自己。尽管这台空间望远镜“瘸了腿”，但它的数据库里包含着着15万颗恒星近1T的信息，仍然埋藏着尚未被发现的宝藏。博鲁茨基和他的团队仍在开发更好的方法，来过滤背景噪声，从中提取先前被他们漏过的信号。他说：“每次我们都能还找到更多的行星，真让人吃惊。”
“开普勒”本身也可能承担新的任务。虽然“瘸了腿”，它仍是一台功能完备的空间望远镜。NASA正从42份接下来它能做什么的提案中加以筛选，甚至有可能让它从事不同类型的行星搜寻工作。NASA会在2014年4月决定，是否批准为“开普勒2.0”计划提供资金支持。
不过，接下来的继任者TESS，就是行星搜寻真正的重头戏了。它将一改“开普勒”最令人沮丧的局限性——那就是，它的工作做得有点太细了。为了给宇宙中可能存在的全部行星提供一幅完整的缩影，“开普勒”紧紧盯着大量非常暗淡的恒星，以确保自己不会错过任何东西。这些恒星大都极其昏暗，它们的行星也极为遥远，没有任何其他望远镜能够进行后续观测，以研究那里是否可能适宜生命。因此，既然“开普勒”走的是专而深的路线，它的继任者就选择了一条宽而泛的道路——只在明亮的恒星周围寻找邻近的行星。和“开普勒”一样，TESS也是通过凌星现象来寻找行星。所谓凌星，指的是行星从恒星前方经过时，恒星亮度略微变暗的现象。不过，TESS的特殊设计使它偏向于研究它所监测的那些恒星类型。
“‘开普勒’是一项统计任务，TESS则是一项采集果实的任务，”TESS的科学主管、哈佛－史密松天体物理台的戴维·莱瑟姆（David Latham）解释说，“它将专注于比太阳更小和更冷的恒星，因为任何环绕这些恒星运转的行星都将更容易被检测、证实和确定性质。它将发现未来10年、20年乃至50年内，人们将要研究的所有目标。”
这一策略还让TESS巡天的速度更快，成本也更低。价值2亿美元的TESS项目将遵循“看一眼就跑”的策略，类似于你用数码相机拍摄全景图的拼接方法。TESS会把它的4台望远镜指向某一方向，观测27天，然后转向另一个方向，接着转向下一个方向，以此类推。“开普勒”只覆盖了全天面积的0.28%。而在短短2年之内，TESS就将扫描所有的天区。
随后，其他望远镜将填补细节。TESS的专长是检测行星，而不是揭露更多它们的本质。但是，与TESS同一时期将要发射升空的，还有哈勃空间望远镜的超大尺寸继任者——韦布空间望远镜（James Webb Space Telescope）。莱瑟姆说：“我们设计TESS任务，就是要给韦布空间望远镜寻找最佳的目标。”韦布望远镜将有能力测量TESS发现的许多行星的温度和化学构成——甚至监测那里的天气变化。
与此同时，地面上的巨型望远镜，比如位于智利的巨型麦哲伦望远镜（Giant Magellan Telescope）和位于夏威夷的三十米望远镜（Thirty Meter Telescope），都计划在2020年前后投入使用。它们将执行更耗费时间的工作，测量TESS发现的那些行星的质量和密度，以确定它们到底是岩石星球，还是气体星球，抑或是完全不同类型的其他星球。
未来的地面巨型光学望远镜，比如图中的巨型麦哲伦望远镜，将有能力进一步观测TESS发现的那些外星行星。图片来源：wikimedia.org
嗅探外星生命
“我们真正想做的是直接拍摄那些行星。我们想找到跟地球真正相似的那些星球，而且我们现在就知道应该怎么去做，” TESS科学团队的成员、麦克阿瑟天才奖得主、美国麻省理工学院的萨拉·西格尔（Sara Seager）说。这正是NASA的“外星行星直接成像任务构想”计划要做的事情。
要点就在于，遮挡恒星的光芒，瞄准小小的行星——也就是紧挨着恒星、却比它暗100亿倍的暗淡光点（可见光波段）。西格尔说，这种技术“由来已久，只不过一直都不为公众所了解”。她正在参与一个项目，需要用到两个部件，一是空间望远镜，二是“外部遮光器”。后者是一个可以移动的遮星板，在望远镜的前方飞行，用来遮挡星光，让行星得以显现。原型遮星板正在建造，很快就将接受测试。与他们竞争的另一个团队则在改进另一种方法，被称为内部日冕仪，能够在望远镜内部遮挡星光。这两种设计的完整评估报告，都将在2015年1月提交。然后，NASA会考虑再花10亿美元，资助胜出的设计方案，大约每年1亿美元。
一项提议中的任务，将使用花瓣状的遮光盘来阻挡星光（左图），从而让恒星周围原本被星光掩盖的行星显现出来。它的原型机正在接受测试（右图）。图片来源：《发现》
西格尔对地球以外的其他“地球”十分着迷，甚至能够闻到它们的味道。事实上，“嗅探”那些星球正是她想要做的事情。直接拍摄到外星行星，使我们有可能分析来自行星大气的光线，从而通过光谱“嗅探”大气中的化学成分。“哪种分子能够提供生命存在的最佳证据？这是我现在想知道答案的另一个大问题，”她说。在最新发表的一篇论文中，她研究了二甲硫醚（dimethyl sulfide）和氯甲烷（chloromethane），这些成分都是有机物分解的结果，是很有希望的目标。
西格尔说：“我们希望发现500颗行星，如果其中有75%显示出存在某种奇怪的气体，那么从统计角度上，我们就可以说，我们相信太阳附近的其他恒星周围存在生命。”她承认，在另一颗星球上找到一些沼气，远远没有从外星文明那里接收到无线电信号那么出彩，但这一讯息带来的震惊是完全相同的：因为它们都能证明，我们生活在一个生机勃勃的宇宙之中。
编译自：《发现》，Kepler Spacecraft's Successors Are Lining Up to Find Another Earth