首个矩形红外望远镜3年内将发现30光年内半数类地行星

2025年9月1日讯：地球作为宇宙中目前已知唯一孕育生命的星球，维持其生命系统的关键要素在于液态水——这种特殊状态的分子为复杂化学反应搭建了理想的舞台。值得注意的是，原始的单细胞生命在地球形成初期就已出现，但高等多细胞生物的演化却耗费了近30亿年时光，而我们人类文明的出现时长甚至不足地球年龄的万分之一。

这样的演化历程暗示着一个有趣的可能性：在拥有液态水的行星上，初级生命的出现或许并非偶然；但要孕育出能够探索宇宙奥秘、渴望星际移民的智慧文明，则可能需要罕见的条件组合。寻找外星生命线索的任务，或将促使人类最终主动开展星际远征。

然而辽阔的宇宙尺度和"不能超光速"的基本物理定律，为人类的太空探索设置了难以逾越的界限。依靠现有航天技术，即使在现代人的寿命周期内，我们也仅能触及离太阳最近的恒星系。值得关注的是，恒星的光度和寿命同样影响着生命演化的可能性——类似太阳质量的中等恒星因其稳定的光和热输出，成为搜寻地外生命的重点观察对象。因此，天文学家特别关注距离地球30光年内、与太阳相似的60余颗恒星，这些恒星周围可能存在温度适宜、具备固态表面和液态水的类地行星。

探寻外星世界的技术挑战

天文学家面临的首要技术难题，是如何将系外行星从其母恒星的强光中分辨出来。要知道即使在理想观测条件下，恒星的亮度也比其行星高出数百万倍；当两者成像重叠时，行星信号就会被完全淹没。根据光学原理，望远镜的分辨能力主要取决于两个关键参数：望远镜直径和观测波段。

含水行星最明显的辐射特征集中在10微米红外波段（约发丝直径大小，是可见光波长的20倍）。要在30光年外分辨太阳系大小的行星系统，理论上需要20米级口径的太空望远镜——这个尺寸远超目前最大太空望远镜"詹姆斯・韦伯"(JWST)6.5米的直径。更何况JWST的发射已经堪称工程奇迹。

鉴于建造单体20米太空望远镜的技术障碍，科学界提出了多种替代方案。其中一种创新构想是利用一组小型望远镜阵列，通过精密协同运作模拟大口径望远镜的效果。但这一方案对航天器位置控制的精度要求达到原子级别，远超当前技术水平。

另有研究团队尝试采用更短波长观测来降低口径需求。但这种方法面临另一个难以克服的问题：在可见光波段，类太阳恒星的亮度会超过其行星100亿倍，现有技术根本无法有效抑制如此巨大的亮度差。

还曾出现过一个名为"遮星伞"的巧妙构思：在望远镜前方数万公里处部署巨型遮光板来阻挡恒星光芒。但这个方案不仅需要同步控制两个航天器，更棘手的是一旦更换观测目标，遮光板就需要大幅调整位置，这在实际操作中会产生难以承受的燃料消耗。

创新型矩形望远镜设计方案

伦斯勒理工学院的纽伯格教授团队近期提出了一个颇具前景的解决方案：采用与传统圆形主镜不同，打造一面1米×20米的矩形反射镜。这种独特设计让望远镜能在长边方向上实现20米等效口径的分辨能力。

当需要观测恒星周围不同位置的行星时，只需旋转望远镜的长边方向对准目标即可。理论计算表明，这种望远镜大约三年内就可以探测到30光年内半数类似地球的行星。虽然具体工程实现还需进一步优化，但该方案避免了其他方法面临的重大技术瓶颈。

如果银河系中类太阳恒星普遍拥有宜居行星，那么这种矩形望远镜有望发现约30个潜在候选目标。后续可通过分析这些行星的大气成分（如探测光合作用产生的氧气特征）来筛选最具生命希望的星球。对于最优候选者，人类甚至可以派遣探测器近距离观测。这款革新设计的望远镜，或许将为人类找到"第二个地球"提供一条现实可行的技术路径。

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