寻找生命 聚焦恒星

主序星的大小比较。主序星是指那些在位置上处于核心的将氢融合成氦的恒星。图中显示的摩根-基南系统根据恒星的光谱特征对其进行分类。太阳是一颗G型恒星。西斯廷2号的探测目标是一颗F型主序星南河三A星。图片来源：美国航天局戈达德太空飞行中心

美国航天局（NASA）的探空火箭将观察附近的一颗恒星，以了解其星光如何影响系外行星的大气——这是寻找太阳系外生命的关键信息。

西斯廷2号（SISTINE-2）任务将于当地时间11月8日在新墨西哥州的白沙导弹靶场首次发射。利用一种改进的新型仪器，该任务计划完成一个新目标：探测小犬座中最亮的一颗星南河三A星。问题是：一颗恒星的光如何影响围绕其运行的行星上潜在的生命迹象?

回答宇宙其他地方是否存在生命一直面临着技术上的挑战。人们还不能造访其他恒星周围的行星，也就是所谓的系外行星。当前的人造望远镜也尚未足够强大到看清它们的表面。

为此，天文学家着眼于系外行星的大气层，搜寻与生命有关的化学物质的踪迹，如水、甲烷、氧气、臭氧和其他生物标记物产生独特的光模式。望远镜可以从远处探测到这些模式，但要正确地解释它们，天文学家必须观察这些行星的恒星。

“一颗行星的大气层和来自主恒星的紫外线之间的相互作用决定了哪些气体是最好的生物标记物。”美国科罗拉多大学博德分校的天体物理学家、此次任务的首席研究员Kevin France说。

例如，某些紫外线（UV）波长可以分解二氧化碳，释放单个氧原子与其他原子结合，形成氧分子（由两个氧原子组成）或臭氧（由三个氧原子组成）。如果恒星发出足够多的这种光，就会在其行星上产生虚假的生物标记，导致天文学家在错误的地方搜索。

2019年探空火箭从新墨西哥州的白沙导弹靶场发射SISTINE-1。图片来源：NASA/白沙导弹靶场

西斯廷2号研究小组的目标是，通过创建一个每种恒星发出的波长指南来避免这种困境。恒星有许多不同类型，科学家尚未获得其光输出的完整图像，也不知道它们是如何随时间变化的。有了星光的目录，科学家就可以估计出探测到的生物标记物是潜在的生命迹象还是恼人的星光制造的虚假信号。

在即将到来的飞行中，西斯廷2号将观测大约11.5光年外的南河三A星，这是一颗F型恒星，比太阳稍大，更热、更亮。虽然它没有任何已知的系外行星，但研究它有助于了解宇宙中的F型恒星及其系外行星。

“了解这些恒星的紫外光谱将帮助我们在未来的NASA天文台中找到最有希望的恒星-行星环境。”France说。

西斯廷2号由望远镜和摄谱仪组成，摄谱仪可以将光线分解成不同的颜色。它将专注于100到160纳米的紫外线，这一范围包括已知会产生假阳性生物标志物的波长。通过将这些数据与来自其他F型恒星的X射线、极紫外线和可见光的现有观测数据相结合，研究小组希望能收集到一个参考光谱，帮助天文学家解释围绕F型恒星运行的系外行星上的生物标记物。

西斯廷2号也在测试硬件。在2019年飞行之前，该团队在该仪器的镜子上应用了增强氟化锂光学涂层，以提高其紫外反射率。三年后的结果有助于评估这种特殊涂层是否适合更大、持续时间更长的太空任务。

和2019年的飞行一样，该仪器将由一个小型亚轨道探空火箭发射，在返回地球之前在太空进行简短观察。西斯廷2号将上升到大约280公里的高度，以接触到紫外线，否则就会被地球大气层吸收，它将对南河三A进行大约5分钟的观测。然后，该仪器将降落到地球，通过降落伞下降进行回收和翻新。

该团队希望能够实现软着陆，以帮助快速转变，为2022年7月在澳大利亚阿纳姆航天中心进行第三次发射做好准备。在那里，一架翻新的西斯廷仪器将分别观测半人马座A星和B星，它们分别是两颗 G型和K型恒星，体积与太阳相似，但温度略低于太阳，也是距离地球最近的该类恒星。比邻星也坐落于这个系统，它是一颗寒冷的红矮星，围绕其运行的是已知距离地球最近的系外行星比邻星B。这些观测将为不断增长的恒星目录增加新的条目——在寻找生命的过程中，只有通过这些“跬步”才能行至千里。