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接力开普勒望远镜的TESS,会帮我们找到宜居的系外行星吗?

Nature自然科研 2018-05-16 10:41:39 阅读:

凌星系外行星巡天卫星的设计目的是观测到环绕邻近的明亮恒星的行星。

要接替NASA的开普勒望远镜并非易事。自从2009年发射升空以来,开普勒已经发现了已知的3700余颗系外行星的将近四分之三。还有成千上万的系外行星等待被确认。

接力开普勒望远镜的TESS,会帮我们找到宜居的系外行星吗?

凌星系外行星巡天卫星将搜寻超过85%的天空。

来源:Leif Heimbold/NASA

所以这次NASA选择了一个不同的方式来完成下一项行星搜寻任务。NASA计划于4月16日发射(注:实际4月19日发射)价值3.37亿美元的凌星系外行星巡天卫星(Transiting Exoplanet Survey Satellite,缩写为TESS),它将细致观测20万颗邻近的明亮恒星,寻找行星环绕它们运行的迹象。TESS将发现的行星数量可能会比开普勒少,但大概是比较重要的一些。

“我们并不特别关心发现行星的数目,而是更在意它们环绕着邻近的恒星运行。”来自麻省理工学院的天体物理学家、TESS项目的科学副主任Sara Seager说。

TESS的目的是辨认出离地球足够近的行星,以便宇航员可以飞过去详细考察。科学家团队估计这个航天器会发现超过500个不到地球两倍大的行星。这些星球将为今后几十年的深入研究打下基础,包括寻找生命的迹象。“我们会看到系外行星研究的全新机会。”Seager说。

认识我们的邻居

开普勒和TESS都是为搜寻天空中的行星凌星现象而设计的,也就是行星经过恒星表面而阻挡其光芒,使恒星微弱变暗的现象。在执行任务的大部分时间里,开普勒都在盯着宇宙深处的一小片区域——它望向距离地球920秒差距(3000光年)的地方,但只覆盖了天空的0.25%。它进行的天体调查显示,整个银河系中行星都很常见。“我们发现到处都有行星。”Elisa Quintana说,她是NASA戈达德太空飞行中心的天体物理学家。

与之相反,TESS将探索大范围的近空——着眼于离地球90秒差距以内的恒星,而范围覆盖超过85%的天空。这个航空器上装载的4个相机使它拥有相当于开普勒20倍的视野。TESS将先扫视南方星空,在一年之后,转向北方的群星;总计下来它将观测至少3000万个天体。

观测带将在南北黄极交会,两个极点相连垂直于地球公转轨道平面。这是有意设计的,因为NASA计划在2020年发射的詹姆斯·韦伯太空望远镜能够随时观测同样的区域。韦伯望远镜的6.5米主镜将能实现对行星大气层的详细光谱研究,但另外许多天文研究也很需要使用这台望远镜。“韦伯太空望远镜的观测时间会非常宝贵。”麻省理工学院的天体物理学家、TESS首席科学家George Ricker说。

接力开普勒望远镜的TESS,会帮我们找到宜居的系外行星吗?

来源: NASA/MIT

一旦TESS观测到值得进一步探索的备选行星,地面上的一群观测站就会开始行动。这些观测站包括许多搜寻行星的中坚力量,比如位于智利的欧洲南方天文台的HARPS设备,以及澳大利亚图文巴附近新建的微型系外行星径向速度阵列(Miniature Exoplanet Radial Velocity Array (MINERVA)-Australis)——规划为五架0.7米的一组望远镜。“如果有必要,我们有能力每晚观测同一个目标。”图文巴南昆士兰大学的天文学家Rob Wittenmyer说,他是MINERVA-Australis的负责人之一。

这些地面天文望远镜能够推算出TESS观测到的行星的质量,再由质量推算它们的成分——是岩石,冰,气体,还是其它物质。

一个全新的世界

最近的研究表明TESS项目的收益可能比预想的还要大。今年早些时候,麻省理工学院的天文学家Sarah Ballard重新计算了TESS可能找到多少环绕红矮星的行星(红矮星又称M型主序星,温度较低而数量众多),她的计算结果是大约990颗,比先前的预测多了1.5倍。如此大量的新发现足够让天文学家们开始比较各种不同类型的系外行星:例如,研究恒星耀斑如何影响行星大气层,或者分别有什么类型的行星环绕着不同发展阶段的恒星。

TESS很快就有伙伴了。欧洲航天局(European Space Agency,ESA)计划今年末发射它的系外行星特性探测卫星(Characterising Exoplanet Satellite)。这个航天器将测量环绕附近恒星的已知行星的尺寸——小至只比地球大一点,大至海王星大小。欧洲航天局也在计划21世纪20年代的两个新项目:研究与地球大小相当系外行星的PLATO,和研究行星大气层的ARIEL。

下一代的探索项目可以说来得非常及时,开普勒眼看就要结束使命,它搭载的燃料只能再支持它做最后几个月的探索了。

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