地球|地球2.0：人类第二个家园会是“流浪地球”吗？( 二 )

2009年，美国国家航空航天局（NASA）发射开普勒太空望远镜，核心目标是发现类太阳恒星周围的宜居类地行星，这也是人类第一次对银河系行星种群进行普查。
开普勒的遗憾
给后来者留出探索空间
令人遗憾的是，开普勒望远镜升空仅四年，就发生了故障。天文学家对此感到无比惋惜，同时也开始酝酿新的银河系“普查” 。 2018年， NASA发射凌日系外行星勘测卫星（TESS），以接替开普勒。欧洲空间局紧随其后，于2019年成功发射CHEOPS望远镜。
2018年发现“超级地球”后，葛健就希望中国的科技力量能够加入到未来的银河系“行星普查”中。
经过仔细分析研究，葛健和团队认为，开普勒任务没能实现核心科学目标有两个重要原因：一是对恒星活动噪声认识不足，二是仪器的噪声偏高， “当时天文学家对恒星和行星的认识还不够深入，直到望远镜上天之后才发现问题” 。
【地球|地球2.0：人类第二个家园会是“流浪地球”吗？】葛健解释，开普勒寻找行星主要用的是“凌星法” ，也就是行星经过恒星表面时所引发的恒星表面的微弱光度变化。当初设计仪器的探测指标时，科学家是以太阳的活跃度为蓝本的。可当开普勒上天之后才发现，大约有2/3的待观测恒星活动要比太阳剧烈很多。这样一来，观测的噪声非常大，一些小的凌星信号就会被无情淹没。
再者，开普勒望远镜的视场只有100平方度（月亮的视面积约为0.5平方度），而全天约为4.1万平方度。按照朝一个方向观测一年的节奏，开普勒要看遍全天需要400多年。一般而言，行星只观测到一次还不能确认，要观测到三四次才行。因此，开普勒能够观测的主要是公转周期在一年以内的行星，对于周期超过一年的就无可奈何了。
如此一来，开普勒任务虽然开启了人类寻找太阳系外行星的先河，却给后来者留下了巨大的探索空间。
独创“搜星利器”
超大视场+超高精度
2019年，在中国科学院“空间科学（二期）”战略性先导科技专项的总体部署下，葛健召集了几十位科学家和技术人员，开始筹划“地球2.0”项目。
经过一年多预研，项目整体方案最终确定：科学卫星将搭载自主研制的6台30厘米口径、500平方度广角凌星望远镜， 1台30厘米口径、4平方度微引力透镜望远镜，发射到日-地拉格朗日L2点处，利用超大视场和超高精度的光学测光，对银河系内类地行星进行大规模普查。
“凌星法”和“微引力透镜法”观测对小质量行星探测具有高度敏感性， “地球2.0”项目将首次结合这两种先进的观测方法。
“我们原先设计7台256平方度的望远镜都用凌星法来观测，优化设计后，每台凌星望远镜的视场增加到500平方度，这样每台望远镜的搜寻能力也就相应提高了一倍。 ”葛健介绍，后来经清华大学天文系系主任毛淑德教授建议，项目方案作了调整，空出一个载荷位置，放置微引力透镜望远镜，对准银河系中心观测。
葛健说，银河系中心的恒星密度非常大，尽管单个恒星和前景目标，包括恒星和行星，能对准发生微引力透镜效应的概率很小，但银心附近数量庞大的恒星大大增加了发生微引力透镜事件的总量， “这样我们就有机会发现不少质量较小的行星，甚至‘流浪地球’” 。
“开普勒望远镜口径大约1米，视场做到100平方度已经是极限了。但我们创造性地用6个30厘米的较小望远镜来实现500平方度的超大视场观测，同时让6台望远镜观测同一个视场的目标，并将观测的数据叠加，从而实现一个较大口径望远镜的观测深度。 ”葛健说，这样既实现了超大视场，又实现了观测深度的要求，也就可以看到更多星星。