美将发射新一代系外行星探测器

深蓝色的畅想

9年以来，开普勒空间望远镜在太空中发现了超过2600颗经过确认的系外行星，这意味着银河系中可能有数千亿颗系外行星。这些新的努力贡献了大量和地球大小类似的行星，它们的组成、大气和气候——这些因素决定其是否适宜生命存在——很值得进行研究。而肩负这一使命的是凌日系外行星勘测卫星（TESS），这是NASA的一项新任务，将于4月16日发射升空。

这是剑桥市麻省理工学院（MIT）研究人员的结晶——耗资3.37亿美元的TESS项目旨在确定至少50颗岩质系外行星。这些系外行星的大小与地球相仿或更大，它们的大气层将由更大型的詹姆斯·韦伯太空望远镜（JWST）仔细研究，该望远镜将于2020年发射。

“我们应该把韦伯放在哪里？”今年1月，在马里兰州国家港湾举行的美国天文学会年会上，TESS项目首席研究员George Ricker委婉地问道。“这是一个寻星镜。”

就像开普勒空间望远镜一样，TESS通过盯着恒星寻找行星，即在行星从一颗恒星前方经过时寻找后者亮度的下降，这就是所谓的“凌日”现象。但是开普勒空间望远镜保持了一个固定的视角，只观察距离3000光年的0.25%的天空，而TESS将会在大约300光年的范围内观察85%的天空。

这架探测器将携带4个望远镜，一起观测从太阳系的极点到赤道（被称为黄道）的天空。在这一范围内观测一次将持续27天，然后再重复这个过程。在1年观测13次后，TESS将几乎覆盖一半的天空，之后它会翻转并观测另一个半球。

马里兰州格林贝尔特市NASA戈达德太空飞行中心项目科学家Stephen Rinehart说，在两年的时间里，TESS应该能够测量大约200万颗恒星的亮度。他说：“如果开普勒预测每颗恒星有一颗行星，我们将会看到更多行星。这将是一个数据的水龙头。”

今年的晚些时候，欧洲空间局将睁开另外一只眼睛观测系外行星，这就是“系外行星描绘卫星”。与寻找新的天体不同，这颗卫星将用更长的时间观测已知行星的凌日过程，从而更精确地确定它们的大小。通过与地基的质量测量相结合，这应该能够更好地解决系外行星的密度问题。

在接下来的几个月里，天文学家还将在智利进行地面搜索，即寻找宜居系外行星的“SPECULOOS”项目。该项目的4个1米望远镜拥有近红外传感器，可以探测到最昏暗、最冷的恒星发生的凌日现象；在加纳利群岛，一个类似的阵列将对北方天空进行勘察。

“这些恒星都太微弱了，无法让TESS的小型望远镜看到，但它们可以成为JWST的有价值的目标。”领导该项目的比利时利格斯大学的Michael Gillon说。

SPECULOOS可能对小行星特别敏感，因为即使是小的天体也会阻挡来自暗淡的目标恒星的大量光线。“TESS会发现更多的系外行星，但是在宜居地带中，SPECULOOS的探测潜力应该会更高。”Gillon说，“接下来的几年将会非常令人兴奋！”

开普勒空间望远镜是世界上首个用于探测太阳系外类地行星的飞行器，于2009年3月6日从佛罗里达州卡纳维拉尔角空军基地发射升空，它是NASA发射的首颗类地行星探测器。在为期至少3年半的任务期内，开普勒空间望远镜对天鹅座和天琴座中大约10万个恒星系统展开观测，以寻找类地行星和生命存在的迹象。

开普勒空间望远镜最初被设计用来观测太空中的一片区域，并通过凌日现象寻找这些系外行星。在发射升空后，该望远镜取得了巨大的成功。然而在2012年——该项目运行3年时，开普勒空间望远镜4个反作用轮（用于使望远镜指向观测目标）中的1个发生了故障。而当又有一个反作用轮于2013年失效后，一切似乎都已无法挽回。但是开普勒空间望远镜的地面控制人员想出了一个聪明的办法，使得飞行器能够利用剩下的两个反作用轮、卫星的推进器以及太阳光子的压力继续工作。