白皮书为欧洲系外行星干涉仪辩护
在太阳系外寻找生命迹象仍然是科学界最雄心勃勃的目标之一。在过去三十年中，天文学家已经确认了数千颗系外行星，并发现处于恒星宜居带内的地球大小的世界在统计上是普遍存在的。但要探测生命本身，即外星大气中生物活动的证据，就需要一台比当今任何在轨仪器都强大得多的设备。白皮书认为，只要欧洲航天机构推进这一概念，LIFE最有能力实现这一突破。
白皮书的提议内容
这份白皮书由爱丁堡大学的Sarah Rugheimer领导，伦敦帝国理工学院、剑桥大学、英国天文学技术中心和ETH苏黎世的研究人员共同撰写，已提交给英国航天局的”UK Space Frontiers 2035″计划。它描述的并非一项已选定或已获资助的任务。相反，它阐述了英国为何应资助可行性研究并争取领导角色的理由。
拟议的概念设想在太阳-地球L2点部署五艘航天器进行精确编队飞行：四艘集光望远镜（镜面直径为2至3.5米）和一艘光束组合器。它们将共同构成一个零差干涉仪，在4至18微米的中红外波段运行。该技术通过组合光线来抵消主星信号，同时保留轨道行星的微弱信号。同样的原理曾在欧洲的Darwin和NASA的Terrestrial Planet Finder-Interferometer等早期概念中被研究过，但作者指出，LIFE将受益于二十年来编队飞行和低温光学技术的进步。
中红外波段的优势
白皮书认为，在中红外波段进行观测至关重要，因为与宜居性和生命最相关的分子，即二氧化碳、水蒸气、臭氧和甲烷，在4至18微米范围内都具有强烈的吸收特征。这些气体将告诉研究人员一颗行星是否拥有地表液态水、稳定的气候或生物圈。
NASA即将推出的Habitable Worlds Observatory（HWO）将在可见光和近红外波段运行，但白皮书认为，LIFE可以在更低的浓度下探测到更广泛的生物特征。这对于甲烷尤其如此，其最强的光谱特征位于7.7微米处。甲烷在天体生物学中至关重要，因为当它与氧气或臭氧并存时，这对组合代表了一种强烈的化学非平衡态，表明某种东西（可能是生命）在持续补充这两种气体。据作者称，HWO将难以探测地球浓度水平的甲烷，而LIFE的设计目标正是捕捉这一波段。
超越生物特征：行星背景信息
白皮书还认为，中红外波段将使研究人员能够测量解释生物特征主张所必需的基本行星参数。表面温度、大气压力和行星半径都可以从热发射光谱中获取。一颗行星的大气中可能有臭氧，但如果其表面温度比水的沸点高数百摄氏度，那么该臭氧几乎肯定不是生物来源的。作者认为，LIFE约束温度和压力的能力有助于区分真正的生物特征和假阳性。
模拟研究的结果
白皮书引用了LIFE论文系列中的模拟研究来预测该任务的潜在产出。根据这些研究，一个配备四台3.5米孔径望远镜的任务可以探测多达770颗系外行星，其中包括60至80颗位于恒星经验宜居带内的岩石行星。即使更保守的2米配置也能产生数百次探测和数十个宜居带候选目标。这些是基于系外行星人口统计模型的模拟结果，而非观测结果或官方任务要求。
作者认为，数十颗行星的样本将允许提出群体层面的问题。论文引用了一项研究，表明如果LIFE调查了大约50颗宜居带行星，且未发现任何一颗具有类似地球的生物特征，它就可以在3西格玛水平上排除”其中10%的世界适合居住”这一假设。这些模拟中的大多数目标位于M矮星周围，但作者认为，LIFE也可以观测HWO因其空间分辨率限制而无法触及的类太阳恒星周围的行星。
与HWO的协同效应
白皮书将LIFE和HWO定位为潜在的合作伙伴。HWO将覆盖紫外、可见光和近红外数据；LIFE将提供中红外部分，涵盖热结构、表面温度、二氧化碳、甲烷、水蒸气和压力。在20秒差距范围内，约有50颗已知系外行星可被两项任务观测到。作者认为，对于这些目标，联合反演将比任何单一任务产生更可靠的约束结果。
未来展望
白皮书特别为英国的参与进行了辩护，指出该国在制造红外仪器方面的专业知识。作者认为，英国航天局资助的可行性研究将是迈向领导角色的自然下一步。
这一概念得到了一些机构支持。ESA的Voyage 2050高级委员会已将中红外任务确定为L5发射窗口的优先事项，但目前尚未选定或资助该窗口的任何任务。2025年11月在巴塞罗那举行的LIFE会议吸引了来自32个国家的250名科学家，显示出科学界的兴趣。但前进的决定权掌握在ESA成员国及其资金周期手中。
白皮书提出了一个愿景：LIFE可以在2040年代开始回传数据，并与HWO并行运行。目前，这一未来取决于航天机构是否选择投资于可行性研究。
由 婷 翻译自英文 – 1ban.news
