如何评价我国将启动「觅音计划」探索太阳系外宜居行星？

Q8612

人民网：大事！我国将启动太阳系近邻宜居行星宇宙探索计划
作者：一点资讯

们至熟两创

1、背景

在我们的宇宙中，在我们的银河系中，星辰灿烂，深邃迷人，这是一个巨大的包含至少4000亿颗恒星的银河系，我们的太阳就是其中之一。同时这每一颗恒星的周围都有不止一颗行星，而是一个个像太阳系这样的完整的行星系统。不难理解，光是在银河系中，系外行星的数量至少有上万亿颗！我们的家园地球的未来如何？我们这些人类向何处去？除了美国的旅行者1/2号之外，目前全球还没有国家能够探索太阳系边缘或者太阳系之外的宇宙，这个级别的航天探索是个极大的挑战。太空探索永无止境，国家在综合国力日益提升的情况下，越来越高度重视空间科学事业发展，“觅音计划”、“逐日计划”等一系列空间科学大项目应运而生！陆续获得国家批准，开始进行新的未知领域的探索，寻求空间科学领域的原始创新!
2、意义

2.1“觅音计划”的科学性+应用性的特点，无疑会起到带动空间科学飞速发展的作用。
2.2 可能是全世界第三个独立探索太阳系之外的深空探测国家，对实现我国在太空探索的领先地位有重大意义。
2.3可以极大促进空间科学的发展，推动光学、控制论、动力学、航天精密测量、智能材料等多个领域的应用基础研究
但是由于之前深空探测的技术积累不是很多，而且目前实施的深空探测仅有嫦娥工程、探火工程，在工程实施中极具挑战性，困难很大。
美国的类地行星探测发展参考图
3、内容

3.1 什么是“觅音计划”？
就是包为民等院士等极力推动，并获得批准的：以直接成像手段率先发现和认证太阳系外宜居行星并刻画其宜居性，同时对太阳系天体开展光谱巡天，揭示水的分布，以0.01角秒的空间分辨率开启中外红波段天文学观测的空间探测工程计划。
说直白点，就是在太空中放一个大望远镜（其实是一群小型无人探测器编队成的大望远镜），通过特殊的观测手段（中红外光谱的观测）寻找太阳系附近的宜居行星。
它是我国首次开展直接面向寻找水和生命的大型“千里眼型”巡天计划。
3.2 技术途径
简单的说就是：一枚大火箭发射一堆望远镜---到达指定位置---编队飞行---观测---数据回传分析！
详细的说：
发射一组“空间分布式合成孔径阵列”组成的望远镜，望远镜都将放置在太空的同一个位置，区别是观测不同波长的中红外光。
望远镜阵列携带有低噪音中红外波段探测仪，由一台大推力火箭将其送到太阳与地球的之间的平动点（即日地拉格朗日L2点）。
此后觅音望远镜阵列将在日地L2点的光环轨道（HALO）编队运行（组成类似于卫星上用的“合成孔径雷达”的大型阵列），在几乎不消耗燃料的情况下长期对太阳系附近天体进行观测，以期发现生命现象或者生存条件的证据。
4、基础

4.1 新一代大推力火箭，例如长征9号火箭；超大口径地面深空探测站等；
4.2 积累工程型号实施经验，例如完成探火星、探小行星等采样返回等重大工程任务。
4.3 中国科学院国家天文台、北京空间机电研究所、西安电子科技大学等诸多高校及科研机构先期启动的若干预研理论探索与实践。
5、计划

觅音计划采用历史悠久的“三步走”策略，整个工程任务分成了三个阶段。
第一阶段是关键技术攻关和方案深化阶段；关键技术包括：基于望远镜阵列的光学综合孔径技术、低噪声中红外探测技术、高灵敏高稳定深低温空间探测技术、天基成像平台多级系统高精度高稳构型控制技术、天基观测系统结构优化及数值模拟技术等。
第二阶段是实施在轨验证与先期编队、阵列空间探索；
第三阶段工程任务实施与长期在轨观测及数据处理工作。
整个计划2030年启动，2045年正式发射开始观测。
觅音路，路漫漫，求索艰！！！期待2030年的觅音计划！加油吧，航天人!!!

BIGBON

首先，这个计划并不是发射一个星际探测器到太阳系外寻找宜居行星，而是发射望远镜到一个地球轨道附近的一个稳定平衡点，称为L2，距离地球150万公里。
它的作用是对宜居行星进行成像，如果成功可以获得行星大气成分、地表温度、环境和海陆分布等。
探索方法和技术

直接成像的难度主要在角距离和行星/恒星亮差。
角距离
想象在30光年外有一颗和地球相似的宜居行星，行星和恒星之间的距离为1 AU。望远镜的分辨率需要强大到在30光年外分辨出两个间隔只有1 AU的点。这是什么概念？也就是说一颗30光年外宜居行星和恒星之间的角距离在地球上看只有0.00003°（或可以换算成0.1角秒）。
根据新闻公布的信息来看，觅音计划的角距离分辨率将达到0.01角秒。这个分辨率允许探测1 AU间距到300光年之外。如果计划顺利，几十年内我们就可以知道最近几十光年内有没有宜居行星了。
当一颗恒星的亮度比宜居行星亮度高得多时，恒星亮度是可以直接掩盖行星的。地球和太阳在可见光波段（0.4-0.8微米）的比例达到了 ，也就是说太阳亮度比地球亮度强100亿倍。如此大的亮差使得成像行星非常困难。
根据新闻公布的信息来看，觅音计划的观测光谱覆盖的是中红外波段，通常是5-25微米，并不包括可见光。而地球300K的热辐射峰值出现在中红外波段~10微米，在这个波段行星和恒星亮度差要友好得多， 。这使得成像没有这么挑战性，目前没有找到觅音计划的亮度差分辨率信息，但应该达到了 。
虽然中红外波段成像会改善亮差的影响，但随着观测波段增加望远镜尺寸也会成比例增加。中红外波段比可见光波段长20倍，这也就需要一个直径更长20倍的望远镜，也就是>50m太空望远镜。如此巨大的望远镜是没办法送上天的，这就是为什么觅音计划是一个干涉阵列，也就是一个由多个小望远镜组成的编队来获得单个大型望远镜的光学效果。根据新闻公布的信息来看，觅音干涉阵列将实现等效300米的望远镜。
与欧美国家的直接成像提议对比

在1990s晚期，欧洲ESA和美国NASA分别提出了达尔文计划和类地行星发现者(TPF)。这个两个计划与觅音非常相似，都是中红外波段和干涉阵列。很遗憾的是，两个都因为预算原因而被最终取消。
自那以后，ESA至今仍未考虑成像宜居行星望远镜的计划，但NASA已经有了两个提议：15米LUVIOR和4米HabEx。但NASA望远镜的设计方式却出现了重大改变，为了尽可能的减小望远镜尺寸，他们把观测波段减短到了可见光和近红外线0.2-1.8微米，但开发了非常强大的日冕仪和遮星板，使得望远镜可以探测亮差 的宜居行星。中国和美国作为两个航天大国，将会在未来天文学分别领导红外波段和可见光波段。
HabEx的角距离分辨率为0.062角秒，LUVIOR的角距离分辨率为0.024角秒。这样看来觅音计划的角距离分辨率似乎还要强大，得益于那300米的等效口径。
HabEx和LUVOIR覆盖的波段要短得多0.3-1.8微米，在这范围内CO2、H2O、O2和CH4等在1.6微米、1.1微米、0.76微米和1.7微米分别有明显的吸收带，也就是说HabEx和LUVOIR有能力检测到至少以上四种大气分子丰度来评估行星宜居性。在觅音计划的中红外波段，这些大气分子同样有吸收带。所以宜居行星大气成分的检测效率可能与HabEx和LUVOIR相当。
但是，觅音计划的中红外波段相比可见光有两个明显优势。行星半径可以被更精准的确定，不确定性相比可见光降低6倍。行星地表温度、大气压力和大气热剖面可以被限制，而可见光则做不到。
觅音计划可以告诉我们什么？

统计有水类地行星频率：觅音可以探测几百光年内的有多少恒星的行星上有水，在这几百光年内太阳类恒星多达上万颗。很快我们就会知道有多少百分比的恒星拥有富水行星，最终可以将这个结果外推到整个银河系，帮助限制银河系内包含了多少行星有水。
寻找有生命的行星：光有水是不足够的。觅音计划会进一步确认大气中是否存在氧气、甲烷等暗示生物圈的大气气体。寻找第一个太阳系外有生命的行星。
回答地球生物圈演化路线是独特还是普遍：比如氧气和其他生物气体的存在说明该行星生物圈很可能就像地球上一样，已经演化出了光合作用。或是比较地表温度和季节气候，这些因素如何影响了生物的进化。
寻找地外文明：由热力学定律限制，任何使用能量的文明，会不可避免的释放废热（waste heat），导致异常红外信号。通过红外线寻找地外文明的想法就跟无线电一样古老。比如在恒星周边建有大型构造类似戴森球的文明就可以被觅音计划红外异常探测到。
构想可行性

不可能。

Jefflq

太阳系外是否还有适宜人类居住的行星？它在哪里?又将如何寻觅？12月12日，在为北京航空航天大学学子讲授的一场国企公开课上，中国航天科技集团有限公司总经理袁洁向在场的500名学子描绘了中国航天科技集团面向2030年和2045年即将开展的重大工程项目，其中便包括太阳系近邻宜居行星的太空探索计划——“觅音计划”。
袁洁介绍，“觅音计划”将通过发射宇航飞行器，以直接成像手段率先发现和认证太阳系外宜居行星并刻画其宜居性，同时对太阳系天体开展光谱巡天，揭示水的分布，以0.01角秒的空间分辨率开启中外红波段天文学观测的新纪元。
“该项目的实施将使我国在基础研究领域取得新的突破。”袁洁说，“觅音计划”的关键技术包括空间分布式合成孔径阵列望远镜技术、低噪声中红外探测器技术、高灵敏高稳定深低温空间探测技术、天基成像平台多级系统高精度高稳构型控制技术、天基观测系统结构优化及数值模拟技术等。
星空浩瀚无比，探索永无止境。袁洁表示，展望2020年，中国航天科技集团的宇航发射次数将再次刷新纪录，将启动建设长期有人照料的近地载人空间站；实施探月工程三期嫦娥五号任务，实现月面无人采样返回；北斗导航卫星全球系统也将建成由30颗卫星组成的混合星座，服务范围延伸至全球；高分辨率对地观测系统卫星的发射与在轨应用即将完成，低轨移动互联网星座“鸿雁星座”继续加快建设。
“此外，我们还将实施备受关注的首次火星着陆探测任务，计划于2020年发射火星探测器，2021年实现火星软着陆，开展火星环绕探测和巡视探测，使我国深空探测能力和水平进入世界航天第一梯队，实现在深空探测领域的跨越。”袁洁说。（新华社 胡喆）

luly靓

这是一个立足于人类共同体层面的大战略，如果我们中华民族不从宏大叙事的广义角度去谈论世界，伟大复兴也不过是人类之间的纷争而已。回望美苏的太空争霸也只是人类间的私斗，并不是仰望星空的大格局，只有将精力放眼宇宙才能不被世俗所裹足，在宏大叙事面前一切的私利如同跳梁小丑般可笑，并且这种观望并非是美式英雄般的冷兵器战热兵器，而是牵涉到航天器、观测平台、材料、动力、燃料、工程技术等多方面的调动，而在宇宙层级的精研中我相信也会回补到地表科技的升级换代上，希望这个大战略不要做窄首先是广邀志同人士普遍参与，才能在一个大量级上衍生出精化，中国加油！