美國宇航局新的地球獵人將如何搜索地球2.0

直到25年前，我們才知道宇宙中的其他行星位於何處。多虧了開普勒太空望遠鏡，天文學家現在已經知道了300到3000光年之外的超過3500個外行星。

預計到2020年，這一數字將達到2萬，這要感謝TESS——凌日系外行星勘測衛星。這顆衛星將於2018年4月16日在佛羅里達州卡納維拉爾角發射的SpaceX獵鷹9號火箭上發射升空。

TESS會做什麼？

TESS會發現更多的系外行星，更重要的是，它們比開普勒能夠做得更多。

根據開普勒在我們銀河系的一個非常小的範圍內發現約150,000顆恆星的情況，天文學家估計可能有1000億顆系外行星。

因此，TESS只會去觀察我們恆星附近的恆星，特別是那些環繞在它們周圍的行星。

麻省理工學院（MIT）計劃十多年，而TESS預計會找到幾十個地球2.0候選人。天文學家第一次將獲得關於類地行星大小、質量和年齡的準確數據。

「我們預計，TESS將會發現一些行星，它們的大氣成分對生命的存在有潛在的線索，這可以精確地由未來的觀察者來衡量，」位於劍橋的麻省理工學院Kavli天體物理與空間研究中心的首席研究員George Ricker說，他領導著這項任務。

開普勒有什麼問題？

雖然系外行星依然從開普勒收集的巨大數據集中被發現 - 特別是谷歌的人工智慧團隊 - 這位著名的成功行星獵手在2013年電機損壞時失去了優勢，而且它不能再定位自己。

儘管從那時起它一直在使用它的1.4米反射鏡和95兆像素攝像頭進行更有價值的觀測，但它將在今年晚些時候耗盡燃料。

重要的是，開普勒在第一階段有一種非常特殊的方式來尋找外行星，比如它盯著萊拉星座附近的一小片天空。

TESS有不同的策略; 它將研究整個天空。

TESS在哪裡尋找系外行星？

在最初兩年的系外行星搜尋任務期間，TESS將會看到距離我們不到300光年遠的恆星，以及比開普勒目標亮30至100倍的恆星。

他們的光可以幫助天文學家確定一個行星的質量，密度和大氣成分，以及它的大氣中是否有水。而TESS將天空分為兩個區域，分別為南北部，然後把每個區域劃分成13個區。

TESS將依次查看每個區域，每個區域為期27天，希望能夠捕捉凌日的行星。 總的來說，TESS將研究85％的天空，這比開普勒望去的天空高出約350倍。

TESS使用什麼技術？

其巨大的願景是四個令人難以置信的相機。 每個超廣角相機都有7個鏡頭，可以將星星聚焦，可以看到24度廣角的天空，並在其後面有一個16.8兆像素的檢測器。

「你在外面購買的CCDs非常薄，只有兩到三微米，」Ricker說。 「而TESS CCDs的厚度為100微米，因此它們可以檢測到近紅外光（和），它們比iPhone中的好100倍。」

坐在地球高度橢圓的軌道上，它可以保持穩定10年的運作，當TESS每隔13.7天從地球上空飛過時，它便將所有數據下行鏈路發送到NASA深空網路。

TESS將如何識別系外行星？

TESS將通過運輸方式找到系外行星，這正是開普勒的工作方式。當一顆行星經過它的恆星前方時，它會使TESS將檢測到恆星亮度的周期性和有規律的下降。

然而，TESS和任何軌道式太空望遠鏡可以看到的一個巨大的限制因素是：視線。太陽系軌道上的所有行星通常都在同一個平面上，但是TESS只會發現系外行星的軌道恰好與其視角完全一致。

TESS和JWST會一起工作嗎？

儘管它將能夠更深入地觀察太陽系外的行星，但在很大程度上，TESS將會為更先進的詹姆斯·韋伯太空望遠鏡(JWST)編列一份星際任務清單，以便仔細觀察。

「JWST是一台非常強大的望遠鏡，它有6.5米的鏡面，所以它能夠比TESS捕獲更多的光線，」華盛頓NASA總部天體物理學部門主任Paul Hertz說。 「JWST有分光計，可以分解光線，並查看行星大氣中的氣體類型。」

當JWST最初被概念化時，並沒有發現一顆外行星。然而，當JWST的發射日期從2019年6月推遲到2020年的時候，TESS和JWST之間的計劃發生了碰撞。

未來的行星獵手

如果TESS要為JWST創建一個「待辦事項清單」，那麼搜索Earth 2.0的下一步是什麼？答案是歐洲航天局計劃在2026年發射的26個小型望遠鏡的PLATO。

在其四年或八年的任務期間，在超過地球150萬公里的軌道上，它將致力於尋找地球大小的行星以及在可居住區域內環繞太陽的超級行星。同時它還會測量行星的半徑，質量和年齡，甚至研究其主星的地震活動。

在PLATO之後將會出現下一代太空望遠鏡，這是一個價值32億美元的寬視野紅外巡天望遠鏡（WFIRST）。

作為JWST的後繼者，暫時計劃在2020年中期發射，WFIRST將擁有一個先進的日冕儀，可以研究附近的外行星。

對於地球獵手來說，未來十年將是TESS的全部，但其結果可能會更加持久。

美國宇航局戈達德太空飛行中心，美國馬里蘭州Greenbelt太空飛行中心TESS項目經理Jeff Volosin說：「地球20光年內有100顆恆星可能有行星。 「如果機器人任務能夠以20％的光速行進，那麼很有可能許多恆星和行星將成為TESS即將找到的那些恆星和行星。「

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