原文以NASA’s next exoplanet hunter will seek worlds close to home為標(biāo)題

發(fā)布在2018年4月4日的《自然》新聞上

原文作者：Alexandra Witze

要接替NASA的開普勒望遠(yuǎn)鏡并非易事。自從2009年發(fā)射升空以來，開普勒已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了已知的3700余顆系外行星的將近四分之三。還有成千上萬的系外行星等待被確認(rèn)。

凌星系外行星巡天衛(wèi)星將搜尋超過85%的天空。

來源：Leif Heimbold/NASA

所以這次NASA選擇了一個(gè)不同的方式來完成下一項(xiàng)行星搜尋任務(wù)。NASA計(jì)劃于4月16日發(fā)射（注：實(shí)際4月19日發(fā)射）價(jià)值3.37億美元的凌星系外行星巡天衛(wèi)星（Transiting Exoplanet Survey Satellite，縮寫為TESS），它將細(xì)致觀測20萬顆鄰近的明亮恒星，尋找行星環(huán)繞它們運(yùn)行的跡象。TESS將發(fā)現(xiàn)的行星數(shù)量可能會(huì)比開普勒少，但大概是比較重要的一些。

“我們并不特別關(guān)心發(fā)現(xiàn)行星的數(shù)目，而是更在意它們環(huán)繞著鄰近的恒星運(yùn)行。”來自麻省理工學(xué)院的天體物理學(xué)家、TESS項(xiàng)目的科學(xué)副主任Sara Seager說。

TESS的目的是辨認(rèn)出離地球足夠近的行星，以便宇航員可以飛過去詳細(xì)考察?？茖W(xué)家團(tuán)隊(duì)估計(jì)這個(gè)航天器會(huì)發(fā)現(xiàn)超過500個(gè)不到地球兩倍大的行星。這些星球?qū)榻窈髱资甑纳钊胙芯看蛳禄A(chǔ)，包括尋找生命的跡象?！拔覀儠?huì)看到系外行星研究的全新機(jī)會(huì)?！盨eager說。

認(rèn)識(shí)我們的鄰居

開普勒和TESS都是為搜尋天空中的行星凌星現(xiàn)象而設(shè)計(jì)的，也就是行星經(jīng)過恒星表面而阻擋其光芒，使恒星微弱變暗的現(xiàn)象。在執(zhí)行任務(wù)的大部分時(shí)間里，開普勒都在盯著宇宙深處的一小片區(qū)域——它望向距離地球920秒差距（3000光年）的地方，但只覆蓋了天空的0.25%。它進(jìn)行的天體調(diào)查顯示，整個(gè)銀河系中行星都很常見?！拔覀儼l(fā)現(xiàn)到處都有行星。”Elisa Quintana說，她是NASA戈達(dá)德太空飛行中心的天體物理學(xué)家。

與之相反，TESS將探索大范圍的近空——著眼于離地球90秒差距以內(nèi)的恒星，而范圍覆蓋超過85%的天空。這個(gè)航空器上裝載的4個(gè)相機(jī)使它擁有相當(dāng)于開普勒20倍的視野。TESS將先掃視南方星空，在一年之后，轉(zhuǎn)向北方的群星；總計(jì)下來它將觀測至少3000萬個(gè)天體。

觀測帶將在南北黃極交會(huì)，兩個(gè)極點(diǎn)相連垂直于地球公轉(zhuǎn)軌道平面。這是有意設(shè)計(jì)的，因?yàn)镹ASA計(jì)劃在2020年發(fā)射的詹姆斯·韋伯太空望遠(yuǎn)鏡能夠隨時(shí)觀測同樣的區(qū)域。韋伯望遠(yuǎn)鏡的6.5米主鏡將能實(shí)現(xiàn)對(duì)行星大氣層的詳細(xì)光譜研究，但另外許多天文研究也很需要使用這臺(tái)望遠(yuǎn)鏡。“韋伯太空望遠(yuǎn)鏡的觀測時(shí)間會(huì)非常寶貴。”麻省理工學(xué)院的天體物理學(xué)家、TESS首席科學(xué)家George Ricker說。

來源： NASA/MIT

一旦TESS觀測到值得進(jìn)一步探索的備選行星，地面上的一群觀測站就會(huì)開始行動(dòng)。這些觀測站包括許多搜尋行星的中堅(jiān)力量，比如位于智利的歐洲南方天文臺(tái)的HARPS設(shè)備，以及澳大利亞圖文巴附近新建的微型系外行星徑向速度陣列（Miniature Exoplanet Radial Velocity Array (MINERVA)-Australis）——規(guī)劃為五架0.7米的一組望遠(yuǎn)鏡?！叭绻斜匾?，我們有能力每晚觀測同一個(gè)目標(biāo)?！眻D文巴南昆士蘭大學(xué)的天文學(xué)家Rob Wittenmyer說，他是MINERVA-Australis的負(fù)責(zé)人之一。

這些地面天文望遠(yuǎn)鏡能夠推算出TESS觀測到的行星的質(zhì)量，再由質(zhì)量推算它們的成分——是巖石，冰，氣體，還是其它物質(zhì)。

一個(gè)全新的世界

最近的研究表明TESS項(xiàng)目的收益可能比預(yù)想的還要大。今年早些時(shí)候，麻省理工學(xué)院的天文學(xué)家Sarah Ballard重新計(jì)算了TESS可能找到多少環(huán)繞紅矮星的行星（紅矮星又稱M型主序星，溫度較低而數(shù)量眾多），她的計(jì)算結(jié)果是大約990顆，比先前的預(yù)測多了1.5倍。如此大量的新發(fā)現(xiàn)足夠讓天文學(xué)家們開始比較各種不同類型的系外行星：例如，研究恒星耀斑如何影響行星大氣層，或者分別有什么類型的行星環(huán)繞著不同發(fā)展階段的恒星。

TESS很快就有伙伴了。歐洲航天局（European Space Agency，ESA）計(jì)劃今年末發(fā)射它的系外行星特性探測衛(wèi)星（Characterising Exoplanet Satellite）。這個(gè)航天器將測量環(huán)繞附近恒星的已知行星的尺寸——小至只比地球大一點(diǎn)，大至海王星大小。歐洲航天局也在計(jì)劃21世紀(jì)20年代的兩個(gè)新項(xiàng)目：研究與地球大小相當(dāng)系外行星的PLATO，和研究行星大氣層的ARIEL。

下一代的探索項(xiàng)目可以說來得非常及時(shí)，開普勒眼看就要結(jié)束使命，它搭載的燃料只能再支持它做最后幾個(gè)月的探索了。?

Nature|doi: 10.1038/d41586-018-03354-7