找一颗与地球相似的行星为啥这么难

天文学家想在夜空中找到一颗恒星并不是很难，但要在它身旁找到一颗地球般的行星，却非常不容易。类地行星在可见光下并不自行发光，我们能看到它，主要是因为它反射太阳光。把视线推向遥远的恒星系统，这点反射光会被距离削弱，还会被宿主恒星耀眼的光芒遮蔽。望远镜面对的难题，就像要在探照灯旁找到一只萤火虫：不是萤火虫不存在，而是亮光太容易把它淹没了。

但科学家并非只有“直接去看”这一条路。凌星法可以捕捉行星从恒星前方经过时造成的周期性变暗，视向速度法则通过恒星光谱的细微变化，寻找行星引力牵引恒星留下的痕迹。这些方法能够证明行星存在，并帮助测算其大小或质量，却不等于真正看到了行星。若想进一步研究它的大气，直接接收来自行星的光就格外重要，这正是直接成像的价值。

不过，直接成像面对的首先是一道亮度悬殊的难题。年轻巨行星仍保留形成时的部分热量，能在红外波段发出较易观测的辐射，已经是直接成像中相对“显眼”的目标。即便如此，其中最明亮的一类，亮度也只有宿主恒星的十万分之一。类地行星更小、更冷，能捕捉到的光更加微弱，寻找它们自然难上加难。

为了看清行星，天文学家会先用星冕仪遮挡部分星光，再尝试从图像中减去残余眩光。但星光并不是一幅可以简单擦掉的固定图案。望远镜的镜面和仪器会发生微小变化，使眩光形态随之改变。传统方法依赖参考图像模拟星光，一旦参考图像与实际观测不能完全对应，残留下来的星光仍可能把行星信号淹没。

美国西北大学科学家现在试图用一种FLIP影像处理框架，提供一种更精细的“擦光”办法。它不只比照参考图像，还会结合望远镜的物理模型，模拟星光穿过镜面、抵达探测器的过程，再利用计算方法不断调整模型，使模拟眩光尽量贴近真实观测。这样，科学家便能更准确地去除星光，并补偿仪器的微小不稳定性。

科学家用FLIP处理韦布空间望远镜近红外相机星冕仪的观测数据，首次在4.3微米波段探测到巨行星51波江座b。这颗行星此前已由地基望远镜发现，但在这一波段，其大气中的二氧化碳会吸收部分红外光，使信号更加微弱。其他测试显示，FLIP的灵敏度达到传统恒星眩光去除技术的2—15倍。

但这并不意味着人类马上就能直接拍摄“另一颗地球”。FLIP目前展示的能力，主要是帮助寻找温度更低、质量更小、年龄更大的巨行星。未来，它或许能用于地基天文台和宜居世界天文台等计划任务，为类地行星成像提供帮助。这其中，可能还要面临降低计算成本，以及接受更多观测数据检验的难关。

话说回来，找一颗与地球相似的行星为啥这么难？难在类地行星的光太弱，而恒星的光太强，我们的观测仪器也不可能永远对准一个区域纹丝不动。但随着技术手法的更新，每多剔除一分星光，天文学家就离那个隐藏在光芒中的微小世界更近一步。

编辑：HN008