靜待發(fā)射的獵鷹9號火箭，頂部整流罩內(nèi)裝的是TESS，NASA專門用于搜尋太陽系外行星的下一代空間天文臺。圖片來源：SpaceX

（艾麥樂 編譯）經(jīng)過了一次推遲之后，北京時間4月19日早晨6:51，一枚獵鷹9號火箭將從美國佛羅里達(dá)的卡納維拉爾角發(fā)射升空?；鸺敳康恼髡謨?nèi)裝的是TESS，NASA專門用于搜尋太陽系外行星的下一代空間天文臺。

TESS的全稱是凌星系外行星巡天望遠(yuǎn)鏡，設(shè)計目標(biāo)是用它來掃描天空，搜尋鄰近恒星周圍與地球相似的行星。

那么，到底TESS是什么，又將如何完成它的目標(biāo)呢？

搜尋離太陽系最近的巖石行星

第一顆繞著其他恒星旋轉(zhuǎn)的行星，是在1992年被確認(rèn)發(fā)現(xiàn)的。它所環(huán)繞的恒星，是一顆脈沖星，是恒星的殘骸，不能算是一顆普通的恒星。又過了3年，第一顆繞著普通恒星旋轉(zhuǎn)的行星被天文學(xué)家發(fā)現(xiàn)，更多的系外行星才陸續(xù)浮出水面。沒過多久，天文學(xué)家就發(fā)現(xiàn)，一些系外行星的軌道平面恰好側(cè)對著地球，讓它們能夠從各自恒星的正前方經(jīng)過。發(fā)生這種情況時，系外行星便會遮擋一點(diǎn)點(diǎn)星光，而在我們的眼中，這顆恒星就會稍稍變暗一些。這種變暗的幅度通常很小，但如果遇到到大個子行星和小個子恒星，這種所謂的凌星現(xiàn)象就能產(chǎn)生超過1%的亮度下降，用現(xiàn)代觀測設(shè)備很容易檢測出來。

2009年，NASA發(fā)射了開普勒望遠(yuǎn)鏡，來尋找更多的凌星系外行星。開普勒望遠(yuǎn)鏡只指向一小塊天空（位于天鵝座中），盯著大約15萬顆恒星，監(jiān)測它們的亮度。它已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了超過2300顆得到確認(rèn)的行星，還有差不多同樣數(shù)量的備選行星（即疑似是行星，仍需后續(xù)觀測來證實(shí)它們確實(shí)存在）。盡管后來，開普勒望遠(yuǎn)鏡遇到了一些機(jī)械故障，無法保持原來的指向，但工程師設(shè)法挽救了這項任務(wù)。如今，它仍在堅持工作，只是功能上受到限制，必須定期改變指向。稱為K2的這項拓展任務(wù)，也已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了超過300顆系外行星。

開普勒望遠(yuǎn)鏡的設(shè)計目的，就是要深入到銀河系深處，它對暗弱恒星更加靈敏，這是為了盡可能多地發(fā)現(xiàn)系外行星。開普勒任務(wù)是為了回答這樣一個問題：“宇宙中有多少系外行星，又可以分成哪幾種類別？”

而TESS將要回答的，是另一個同等重要的問題：“離我們最近的巖石行星在哪里？”

 TESS望遠(yuǎn)鏡在軌運(yùn)行的藝術(shù)畫。圖片來源：NASA's Goddard Space Flight Center/CI Lab

為了做到這一點(diǎn)，它將巡視整個天空的85%（比開普勒望遠(yuǎn)鏡的視場大將近400倍），觀察大約20萬顆最明亮的恒星，監(jiān)測它們的亮度，搜尋凌星的跡象。這些恒星大都離地球不遠(yuǎn)（都在大約300光年以內(nèi)），所以TESS將找到銀河系中離我們最近的一些系外行星。在總數(shù)上，TESS將發(fā)現(xiàn)大量的行星，而據(jù)估計，其中直徑小于4倍地球的行星，它應(yīng)該能夠找到大約50顆。

這樣的行星稱為超級地球，在這樣的大小范圍內(nèi)，行星仍有可能主要由巖石構(gòu)成，并且擁有一個大氣層。比這更大的行星，在形成過程中往往會迅速增長，成為所謂的“迷你海王星”——它們比海王星小一些，卻很可能擁有較為濃厚的大氣層。所以，想要找到跟我們類似的行星，4倍地球直徑以下才是最佳的搜尋范圍。

地球和另外幾顆人類已知超級地球的“合影”。除地球以外，其他行星的表面顏色及特征，都只是藝術(shù)家的想象，我們對那些行星的細(xì)節(jié)幾乎一無所知。圖片來源： NASA/Ames/JPL-Caltech

方便后續(xù)觀測確定行星細(xì)節(jié)

TESS的美妙之處在于，因?yàn)樗^測的都是比較明亮的恒星，所以它發(fā)現(xiàn)的任何行星，利用地面設(shè)備都很容易進(jìn)行后續(xù)觀測。這一點(diǎn)很關(guān)鍵，意味著我們可以用光譜儀對準(zhǔn)它們，將星光拆分成不同的顏色。如果測量得足夠精細(xì)，我們就能得到有關(guān)這些行星的大量信息。最重要的一點(diǎn)是，我們能稱量出這些行星的質(zhì)量。

行星繞著恒星運(yùn)轉(zhuǎn)時，它的引力也會拖拽恒星。行星會沿著一個大圓（或者橢圓）繞恒星旋轉(zhuǎn)，作為回應(yīng)，恒星也會小幅度擺動。我們無法直接看到這樣的擺動，但隨著恒星的擺動，有時候它會靠近我們，有時候又會遠(yuǎn)離我們，這意味著我們可以從它的光譜中尋找多普勒頻移。行星質(zhì)量越大，它對恒星的拖拽就越強(qiáng)，恒星便會擺動得越快。所以，通過觀測恒星的光譜，我們能夠稱量行星的質(zhì)量。

而凌星能夠告訴我們行星有多大，因?yàn)樾枪獗徽趽醯舳嗌偻耆Q于行星的個頭。知道了質(zhì)量和大小，我們就能得到行星的密度。而這，正是我們的目的所在。

與地球這樣只有稀薄大氣層的巖石行星相比，有著濃厚大氣層的行星密度會稍低一些。如果能夠測定密度，我們就可以著手來了解這顆行星了。

此外，在某些情況下，行星的大氣層也是可以被測定的。光譜分析將揭示大氣層的化學(xué)構(gòu)成。所以，找到鄰近的太陽系外行星，確實(shí)非常非常重要。

這正是TESS要做的事情。

相比于這項宏大的任務(wù)，TESS本身實(shí)際上小得驚人，大概只有一臺大型冰箱那么大，總重量不到400千克。圖片來源：NASA

前所未有的古怪軌道

TESS的軌道不得不提，因?yàn)樗鼘?shí)在太過古怪。

它既不像大多數(shù)人造衛(wèi)星那樣在低地球軌道運(yùn)行，也不像開普勒望遠(yuǎn)鏡那樣環(huán)繞太陽運(yùn)行，而是沿著一條長橢圓軌道繞地球運(yùn)轉(zhuǎn)，到地球的距離介于11萬千米到37.5萬千米之間。這條軌道還會翹起一個37°的傾角。為什么要給它安排這么一條古怪的軌道呢？

因?yàn)檫@是一條特殊的軌道。它跟月亮有著某種恰到好處的同步，每當(dāng)TESS抵達(dá)遠(yuǎn)地點(diǎn)，也就是運(yùn)行到離地球最遠(yuǎn)的那一點(diǎn)時，月球總是會出現(xiàn)在跟TESS呈90°直角的位置上。不僅如此，TESS繞地球運(yùn)轉(zhuǎn)一整圈所用的時間剛好是月球的一半，如此一來，當(dāng)TESS抵達(dá)遠(yuǎn)地點(diǎn)時，月亮?xí)霈F(xiàn)在它的一側(cè)，而再過大約13.6天，TESS再次抵達(dá)遠(yuǎn)地點(diǎn)時，月亮?xí)霈F(xiàn)在它的另外一側(cè)。通過這種方式，月球引力的影響就會在一個月內(nèi)相互抵消，使得TESS的軌道能夠保持穩(wěn)定。

長橢圓軌道還有其他好處。它讓TESS遠(yuǎn)離地球的磁場，而磁場會影響航天器的運(yùn)行。它還讓TESS永遠(yuǎn)處在陽光照耀之中，以免受到熱脹冷縮的影響。在低地球軌道上，人造衛(wèi)星每天都會經(jīng)歷好幾次日出和日落，巨大的溫差會縮短人造衛(wèi)星的使用年限。

為了抵達(dá)這樣一條奇怪的軌道，TESS將由獵鷹9號火箭發(fā)射升空，先抵達(dá)一條低地地球軌道，再通過二級火箭的再次點(diǎn)火，將軌道的遠(yuǎn)地點(diǎn)推高到27萬千米左右。接下來，TESS將與火箭分離，用自身攜帶的推進(jìn)器完成多次軌道抬升，直到它有機(jī)會從足夠近的地方飛掠月球。月球的引力將改變軌道的形狀和傾角，把TESS甩到最終的任務(wù)軌道上去。在那之后，TESS還要再經(jīng)過2個月的試運(yùn)行，以確保所有設(shè)備都運(yùn)轉(zhuǎn)正常。

TESS將在一條特殊軌道上執(zhí)行觀測任務(wù)。為了進(jìn)入這條軌道，它還必須借助月球引力的幫助。

接下來，行星搜尋將正式開始。

我發(fā)現(xiàn)，還從來沒有哪個航天器被發(fā)射到這樣一條軌道上。事實(shí)上，就連這條軌道的概念，也是2013年才首次有人提出。數(shù)學(xué)計算證明這是可行的，如果這次任務(wù)成功演示了一點(diǎn)，估計未來會有更多的航天器使用這條軌道。

由于必須借助月球的引力，TESS的發(fā)射窗口非常狹窄，每次只有30秒時間。地球的自轉(zhuǎn)加上月球的位置都必須恰到好處才行。

所以，如果可以的話，一定記得收看發(fā)射直播。畢竟，能夠把地球、月亮、成千上萬顆鄰近恒星，以及可能存在的一大批類地行星全都牽扯在內(nèi)的探測任務(wù)，可沒有那么常見?。ň庉嫞?a href="http://www./i/0356939795/">Steed）

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