用微纳卫星探索深空,我想知道超级地球离人类有多远

作者: 于晓洲

来源: 我是科学家iScientist

发布日期: 2020-11-22

本文介绍了于晓洲教授及其团队利用微纳卫星进行深空探索,特别是观测系外行星和小行星的研究。文章详细描述了微纳卫星的优势、发展现状以及他们在深空探测中的应用,包括寻找适合人类居住的系外行星和探测小行星上的贵金属资源。

随着电子技术越来越强,我们可以把卫星做得越来越小,功能越来越强。现在很多微纳卫星的功能,实际上和以前大卫星的功能也差不多了。我以前做的卫星都是围绕着近地轨道做一些科学任务,后来我想,能不能做点更好玩的。比如——观测系外行星,探测充满贵金属的小行星。

近10年来,我一直从事微纳卫星的研究。这10年做了很多有意思的事情,首先做了一些近地轨道的卫星,来做科学实验。未来我希望做一些更有意思的项目,比如找超级地球。

什么是微纳卫星?1公斤到100公斤的卫星,我们可以称它为“微纳卫星”。这种卫星的好处是:轻、小、成本低、研制周期短。随着电子技术越来越强,我们可以把卫星做得越来越小,功能越来越强。现在很多微纳卫星的功能,实际上和以前大卫星的功能也差不多了。10年前的大卫星,可能有些功能还不如我们现在这种小卫星。

微纳卫星现在全球热度很高,每年全世界有上百个这样的卫星发射。欧空局还做了一个未来立方星的图谱,有观测地球的、有观测月球的、有观测小行星的。这种立方星最大的好处是成本很低,而且它可以平台互换:这个卫星上的部件可以放到另一个卫星上,大家可以通用,多便宜。

机缘巧合,去年我碰到了一个朋友,他在列日空间中心工作,当时他们在做系外行星观测。后来他到西安出差的时候,我俩吃了一顿饭,产生了一个想法——我们一块来做能观测系外行星的卫星吧。什么是系外行星?其实太阳系以外的行星就叫“系外行星”。90年代人们都认为有系外行星,但是没有发现过。后来两位瑞士科学家发现了系外行星。24年后,这两个瑞士科学家,因为发现了第一颗系外行星飞马座51b,获得了诺贝尔奖。

但这个系外行星非常不适合我们居住,温度1000度,一般生物肯定生活不了。那么,我们能不能找一些适合人类居住的呢?人类不可能永远呆在地球上,一定会往深空去。那往深空去,总得找一个适合居住的地方,不可能一直生活在飞船上。恒星生活环境太恶劣,宜居的星球只能是行星,因此找适合人类居住的系外行星很重要。

以前人们看系外行星的方法比较简单,都是间接法。为什么不直接看?很简单:恒星那么亮,无法直接看到旁边的行星。而间接法,测量的是行星经过恒星时,恒星的光线的变化。因为行星经过时,会遮住一部分恒星的光,所以人类就根据光变暗的程度来研究,经过的行星有多大。但是,大部分系外行星不适合用这种方法观测,后来我们就想有没有更好的观测方法。

当时,我们选择了比邻星b作为观测对象。第一是因为它离我们近,光只要走4年多就到了。第二,比邻星b距离它的恒星,只有700万公里,这个距离很合适——距离恒星太近就热死了,距离恒星太远了又会非常冷。研究对象有了,总得有好的研究方法。Jérôme教授他们擅长做深空观测的科学仪器,提出了一个很有意思的方法:做两个光学系统,光照进来之后,经过数字处理来得到行星的信息。

方法说起来很简单,其实真的好复杂,但是幸好地面已经验证过了,我们希望用微纳卫星,看看这个方法在天上可不可行。这颗星有很多难点,举个例子,这个星要求长度尽可能长。我们知道火箭的体积是有限的,如果卫星特别长,就不方便往火箭里装了。后来我们提出解决方案:做一个会变形的卫星,有点像变形金刚。

除了系外行星,我们还在做一些很有意思的事儿——我们希望将来能把卫星送到小行星附近。小行星有啥用?以前大家听小行星都说,小行星有生命起源,小行星可以研究太阳系起源,小行星可以研究很多的天体物理等等。最近大家又发现了一个新的热点,小行星是个宝藏——上面有金有银,有铜有镍,有很多贵金属。最近还有一个消息说,有的小行星上全是钻石。

如果能拉一个小行星,到地球轨道来开采一下,那是非常棒的一件事。但在这之前,还是要先探测小行星,看看上面到底有什么。于是,就需要发射微纳卫星。微纳卫星虽然不大,但也很贵。光发射1公斤卫星到近地轨道就得十几万人民币。那怎么办?我们就几个大学和研究机构合作,清华大学、武汉大学、北京理工大学、长光卫星、中科院等等。大家合作,有钱的出钱,没钱的出人,大家一块来攒一个卫星。

在做这些深空项目之前,我本人其实不做卫星。有一天晚上,我在来北京出差的路上,坐着绿皮车,忽然来了一个电话。是我师兄,在国外大学,他问我:有个国际合作项目,用卫星探测大气,你参加吗?我说,我参加。这才机缘巧合地参与了卫星的项目。其实在上中学的时候,我很迷茫,自己不知道自己想干啥。但是有一点我知道:我喜欢看《科幻世界》、《航空知识》、《航空航天》。

上大学后,我就选择了西工大,因为西工大航空航天很好。

但我没想到,一上大学专业竟然是导弹的。我本科毕业设计、研究生、博士、副教授初期,全是在做导弹。因为2010年的一个电话,才改变了我的人生,去做了卫星。当时还是有选择的:我可以接着做导弹,也可以做卫星。我又想了两天,后来决定——就按自己本心吧,喜欢做啥就做啥。于是才转入了卫星行业。所以我相信,只要你努力,只要你坚持,很多时候有些不可能的事情可以变成可能。

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