你見過長方形的太空望遠鏡嗎？我們要用它來尋找“地球2.0”

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原作：Heidi Newberg

翻譯：黃詩欣

校譯：鐘藝

編排：劉斯媛

后臺：朱宸宇

https://phys.org/news/2025-08-circle-rectangle-earth-easier-telescope.html

這是矩形空間望遠鏡的概念設計圖，模仿了衍射干涉冠狀物體外星行星探測器（DICER，一個想象中的紅外空間觀測站）以及詹姆斯·韋布太空望遠鏡。圖片來源：利夫·索爾迪/倫斯勒理工學院。

地球是宇宙中唯一已知有生命存在的星球，所有生命都依賴液態水生存。地球上的單細胞生命幾乎與它同齡，但多細胞生命花費了約三十億年才形成，而人類存在的時間甚至不到地球年齡的千分之一。

也就是說，包含液態水的行星誕生生命的幾率挺大，但是要孕育出能研究宇宙并試圖穿越太空的生命并非易事。為了尋找外星生命，可能我們必須去那里。

然而，太空廣袤無垠，而我們無法超越光速進行旅行或者通訊，所以我們能探索的范圍是有限制的。

即使用上太空探測器，人類的壽命也只能支撐我們探索離太陽最近的恒星。只有與太陽大小和溫度相似的恒星，且壽命足夠長、大氣足夠穩定，才能讓多細胞生命有充足的時間形成。

因此，最有價值的研究對象是距離我們約30光年以內的60顆類太陽恒星。在圍繞這些恒星運行的行星中，最有希望的就是那些大小、溫度都與地球相似的，這樣的話陸地和液態水都有可能存在。

大海撈針

與觀察恒星相比，觀察圍著它轉的類地行星是一個巨大的挑戰。即使是在最理想的情況下，恒星的亮度也比行星高出一百萬倍；如果兩者剛好在視覺上混成一團，就沒有希望檢測到行星。

光學理論表明，望遠鏡圖像的最佳分辨率取決于望遠鏡的大小和觀測光的波長。

包含液態水的行星最常發出波長約為10微米的光（相當于一根頭發的寬度，是典型可見光波長的20倍）。在這個波長下，望遠鏡需要用至少20米直徑收集光，才能在距離30光年的情況下獲得足夠大的分辨率，來將地球與太陽分開。

此外，必須把望遠鏡放在太空中觀測，因為地球大氣會讓成像非常模糊。然而，即便是詹姆斯·韋布太空望遠鏡的直徑僅為6.5米，而且發射這臺望遠鏡極其困難。

目前，部署一臺20米的空間望遠鏡依舊是天方夜譚，所以科學家們提出了幾種替代方法。

其中一種方法是發射多個小型望遠鏡，讓這些望遠鏡互相保持極為精確的距離，就這樣組合成一個大直徑的望遠鏡。但是，維持所需的位置精度（必須精確校準到一般分子大小）技術上也像是天方夜譚。

另外一種方法就是使用較短波長的光，以便可以用較小的望遠鏡。然而，在可見光中，類似太陽的恒星的亮度比地球高出超過100億倍。在這種情況下，盡管原則上圖像具有足夠的分辨率，但無法屏蔽恒星的光芒來觀察行星。

一種屏蔽恒星光線的方法是讓一個名為星蔭（starshade）、寬度為數十米的航天器飛行，把它放在距離太空望遠鏡數萬英里的地方，用它來準確阻擋恒星的光，同時不阻擋行星的光線。

然而，這項計劃需要發射兩臺航天器（一個望遠鏡和一個星蔭）。此外，望遠鏡觀測別的恒星時將要將星蔭移動數千英里，消耗大量燃料。

矩形視野

在《前沿天文學與空間科學》上發表的一篇論文中，天體物理學家提出了一個更可行的替代方案。

他們指出，一個與韋布大小相當，長1米、寬20米的矩形望遠鏡，在大致相同的紅外波長（10微米）下，可以用來尋找上文所述的類地行星。

通過這種形狀和大小的望遠鏡，他們可以利用20米長的鏡面將恒星與行星分開。為了找到恒星周圍的行星，鏡子可以旋轉，使其長軸與恒星和行星對齊。

該團隊表示，這一設計原則上可以在不到三年的時間內，在30光年的范圍內找到一半類太陽恒星周圍的類地行星。雖然還需要進一步的工程和優化才能一瞥矩形望遠鏡的實力，但與其他方法相比，它對技術的要求沒那么高。

如果平均每顆類太陽恒星有一顆類地行星，那么我們將找到大約30顆這樣的行星。對這些行星進行進一步研究，我們就可以識別出那些提示生命存在的大氣組成，比如通過光合作用形成的氧氣。

天體物理學家表示，當我們鎖定最有希望的候選行星，就可以發射探測器，拍攝行星表面的圖像。矩形望遠鏡可以為我們尋找“地球2.0”提供一條直接的途徑。

責任編輯：DAIKIN

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馬頭星云與火焰星云

圖片來源：NASA

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