NASA“潘多拉”探测器将探测系外行星大气

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作为一颗小型卫星，“潘多拉”号的主要任务是深入研究至少20颗已知的系外行星，重点探测这些行星大气中的水汽、云层和雾霾含量。这些观察数据将为NASA的詹姆斯·韦伯空间望远镜和未来寻找宜居世界的任务奠定基础。

“潘多拉”号的诞生源于在系外行星观测方面所面临的一个关键难题。

天文学家可以通过“凌日”现象来研究系外行星的大气成分。所谓“凌日”，是指从地球视角观测时，行星经过其主恒星前方的天文现象。在这一过程中，部分恒星光线会在到达观测者之前掠过行星的大气层。这些光线与大气物质相互作用后，会在光谱中留下独特的“化学指纹”，即在特定波长上显示出亮度降低，从而揭示行星大气的组成。

然而，2018年，亚利桑那大学研究团队的博士生、现在麻省理工学院从事科学研究的Benjamin Rackham发现了这种方法的局限性：望远镜不仅接收到掠过行星大气的光线，还会接收到来自整个恒星表面的光。恒星表面并不均匀，存在着更热、异常明亮的光斑区域和更冷、更暗的类日斑点区域，这些区域会随着恒星的自转而不断变化。这种来自恒星的“混合信号”干扰了穿过系外行星大气层的光信号，使科学家们难以准确识别行星大气的特征。

“我们预测这种干扰会限制韦伯望远镜研究宜居行星的能力。”项目系外行星科学工作组负责人、亚利桑那大学斯图尔德天文台和月球与行星实验室教授Daniel Apai解释说，“特别是在探测水的存在时，恒星的光变可能会掩盖或模仿水的光谱特征，而水恰恰是评估行星宜居性的关键指标。”

为此，科学家们提出了“潘多拉”计划。“虽然‘潘多拉’的体型和灵敏度不及韦伯望远镜，但它能够更长时间地观察系外行星的主恒星，从而实现更深入的研究。”Apai表示，“更好地了解这些恒星，将有助‘潘多拉’及其‘老大哥’韦布望远镜区分来自恒星和行星的信号。”

为实现这一突破性的观测目标，“潘多拉”号在设备和观察策略上都进行了创新设计。在设备方面，科学家们为其配备了一台口径45厘米的全铝制望远镜。这台由劳伦斯利弗莫尔国家实验室与新罕布什尔州基恩市的康宁特种材料公司联合研发的望远镜具有独特优势：不仅能同时捕捉恒星的可见光亮度和近红外光谱，还能在行星凌日时获取行星的近红外光谱。这种多波段的综合观测数据将帮助科学团队准确判断恒星表面特性，从而对恒星和行星的信号实现有效分离。

在观测策略上，与使用需求量大、观测时间有限的韦布等旗舰级望远镜不同，“潘多拉”号可以对目标进行长时间的持续跟踪观测。在为期一年的任务中，科学团队计划对至少20颗系外行星进行深入研究，每颗行星将进行10次观测，每次持续24小时，以确保能够完整记录行星的凌日光谱数据。

NASA戈达德航天中心牵头的这项任务汇集了多家机构的技术力量。劳伦斯利弗莫尔国家实验室负责项目管理和工程实施，并与康宁公司合作开发了任务的核心设备。NASA艾姆斯研究中心将负责数据处理，而任务控制中心则设在亚利桑那大学，这也是NASA首次将任务运营中心设在该校。

“我们的团队正全力以赴，确保任务控制中心在发射时能够达到最佳运行状态。”任务操作团队负责人Karl Harshman表示，“本周我们已完成了天线系统的通信测试。这个系统将负责向‘潘多拉’号发送指令并接收航天器传回的遥测数据。我们都期待着今年晚些时候开始接收科学数据。”

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