最新探索目標：發現上萬顆系外行星，至少包括50顆地球大小系外行星

原標題：最新探索目標：發現上萬顆系外行星，至少包括50顆地球大小系外行星

可能有成千上萬行星位於太陽系外，可能是岩態世界，也可能是稀薄的氣體和塵埃。這些最近的系外行星位於哪裡？也許我們能探測它們組成的線索，甚至可居住嗎？凌日系外行星測量衛星「苔絲」(TESS)將是第一個尋找附近世界的衛星。NASA資助的宇宙飛船，體積並不比冰箱大得多，搭載了四個攝像頭，它們是在麻省理工學院(MIT)設計和建造的，有一個大眼睛的視覺：去測量天空中最近的、最亮的恆星，尋找經過的行星跡象。

凌日系外行星觀測衛星(TESS)將會發現數千顆圍繞著天空中最亮的恆星運行的外行星。圖片：NASA"s Goddard Space Flight Center/CI Lab

十多年前麻省理工學院的科學家們首次提出這項任務，苔絲馬上就要離開地面了。這艘宇宙飛船計劃於4月16日下午6點32分在佛羅里達州卡納維拉爾角空軍基地搭載SpaceX獵鷹9號火箭發射。苔絲將花兩年的時間來掃描幾乎整個天空，一個可以容納超過2000萬顆恆星的視場。科學家們預計成千上萬的這些恆星將會承載凌日行星，希望通過與苔絲的相機拍攝的照片來探測這些行星。麻省理工學院的苔絲科學團隊的目標是測量至少50個（小）行星的半徑，這些行星的半徑小於地球的四倍。

苔絲觀測的許多行星都應該離我們足夠近，一旦它們被苔絲認出來，科學家就可以用其他望遠鏡放大它們，探測大氣，描繪大氣狀況，甚至尋找可居住的跡象。苔絲的興趣對象副經理納塔莉亞·格列羅說：苔絲有點像個偵察兵，將收集到的那些可能是潛在的系外行星。在整個天空的風景之旅，在某些方面不知道會看到什麼，這就像我們在製作一張藏寶圖：這些都是很酷的東西。一粒種子，種在太空中。苔絲起源來自於一個更小的衛星，由麻省理工學院設計和建造，並於2000年10月9日由美國國家航空航天局發射升空。

由麻省理工學院Kavli天體物理與空間研究中心(MKI)研發的一套飛行照相機電子設備，將把從相機到計算機上的外行星數據傳輸到飛船上，並在傳回地球科學家之前進行處理。圖片：MIT Kavli Institute

高能瞬變探測器2或HETE-2，繞地球軌道運行了7年，任務是探測和定位伽馬射線爆發-高能爆炸，發射大量的，短暫的伽馬射線和x射線。為了探測這種極端、短暫的現象，麻省理工學院(MIT)的科學家們，由首席研究員喬治·瑞克(George Ricker)領導，將一套光學和x射線照相機組合在一起，配備了ccd或電荷耦合器件，以電子形式記錄強度和光的位置。TESS的儀器科學家，HETE-2團隊成員Joel Villasenor說隨著CCDs在20世紀70年代的出現，有了這個神奇的設備……這讓天文學家們變得更容易了。只要把CCD上的所有像素加起來，就能得到光的強度或大小。因此ccd確實為天文學打開了一扇門。

2004年Ricker和HETE-2團隊想知道衛星的光學攝像機是否能夠分辨出天空中已經開始吸引天文界的其他天體：系外行星。大約在這個時候太陽系外發現了不到200顆行星。其中一些是通過一種被稱為「過境法」的技術發現的，這種方法包括尋找某些恆星發出的光的周期性下降，這可能是一顆行星經過恆星前的信號。HETE-2照相機的光度是否足夠，這樣就可以指向天空的某一部分，並探測到其中的一個凹陷？不用說它並沒有真正起作用，但那是一種讓科學家開始思考的種子，也許我們應該試著用照相機來飛行ccd，來探測這些東西。2006年Ricker和他在麻省理工學院的團隊向NASA提出了一個小型的低成本衛星(HETE-S)作為一個發現級任務，後來作為一個私人資助的任務花費了2000萬美元。

NASA凌日系外行星測量衛星(TESS)，將識別出圍繞在我們太陽系外最亮的恆星的系外行星。圖片：NASA"s Goddard Space Flight Center

但是隨著一項全天空系外行星調查的成本和興趣的增加，決定尋求NASA的資助，達到1.2億美元的更高水平。2008年提交了一份關於NASA小探險家(SMEX)級任務的提案。在這個時候，衛星的設計包括6個CCD相機，研究小組建議航天器在低地球軌道飛行，類似於HETE-2。這樣的軌道應該保持相對較高的觀測效率，因為他們已經為het -2建立了數據接收地面站，也可以用來給苔絲使用。低地球軌道會對苔絲更敏感的相機產生負面影響。例如宇宙飛船對地球磁場的反應可能會導致重大的「宇宙飛船抖動」，產生的噪音掩蓋了一顆系外行星在星光下的傾角。NASA繞過了第一個提議，這個小組又回到了畫板上，這一次出現了一個新的計劃，它圍繞著一個全新的軌道。

在工程師的幫助下，航空航天公司和美國航空航天局戈達德太空飛行中心(Goddard Space Flight Center)的工程師們發現了一個從未被使用過的「月球共振」軌道，它能讓航天器保持極其穩定的狀態，同時還能看到一個完整的天空景象。一旦苔絲到達了這個軌道，它就會在地球和月球之間的一個高度橢圓的軌道上彈射，這條路徑可以使苔絲在月球的引力作用下，在軌道上運行幾十年。月球和衛星處於某種形式的舞蹈中，月亮把衛星拉到一邊，當苔絲完成一個軌道的時候，月亮就在另一邊拉著相反的方向。整體效果是月亮的拉力被抵消了，而且這是多年來非常穩定的結構。之前沒有人這麼做過，其他項目以後會嘗試使用這個軌道。

NASA的凌日系外行星測量衛星(TESS)，將識別出圍繞在我們太陽系外最亮的恆星的系外行星。圖片：NASA"s Goddard Space Flight Center

在目前計劃的軌道上，苔絲將會在不到兩周的時間裡向月球進發，收集數據，然後返回地球，在地球上最接近的地方，它將把數據傳回地面，從地表67000英里的高度，再甩出去。最終這個軌道將為苔絲節省大量的燃料，因為它不需要經常燃燒它的推進器來保持它的軌道。隨著軌道的改變，TESS團隊在2010年提交了第二份提案，這一次是NASA 2013年批准的探險家級任務。正是在這個時候，開普勒太空望遠鏡結束了對太陽系外行星的最初調查。該天文台於2009年發射升空，在四年的時間裡，它一直盯著天空中的一個特定的區域，觀察遙遠的恆星發出的光，尋找行星的變化跡象。

到2013年，開普勒的四個反應輪中有兩個已經磨損，阻止了宇宙飛船繼續原來的調查。在這一點上望遠鏡的測量使發現了近1000顆被證實的系外行星。為研究遙遠的恆星而設計的開普勒望遠鏡為苔絲鋪平了道路，這是一個視野更開闊的任務，可以掃描最近的恆星到地球。開普勒升空了，並且取得了巨大的成功，研究人員說可以做這類科學，而且到處都有行星，T這確實是我們NASA需要的科學的複選框，現在苔絲不僅能探測到行星，還能找到我們能在事後徹底發現的行星。通過NASA的選擇，TESS團隊在學校和麻省理工學院的林肯實驗室建立了設施，來建造和測試飛船的攝像頭。工程師們專門為苔絲設計了「深度耗竭」的ccd，這意味著攝像機可以探測到近紅外波段光線，這是很重要的，因為很多附近的恆星都是紅矮星，它們的發光強度比太陽和電磁波譜的紅外部分都要小。

如果科學家們能從這些恆星發出的光中探測到周期性的下降，這可能表明行星的存在比地球更緊的軌道。然而這些行星中有可能存在於「宜居地帶」，因為它們會繞著比太陽更冷的恆星旋轉。由於這些恆星相對較近，科學家可以通過地面望遠鏡進行後續觀測，以幫助確定是否確實適合生命。苔絲照相機安裝在衛星的頂部，周圍環繞著一個保護錐，以保護他們免受其他形式的電磁輻射。每架照相機都有24度24度的天空，足夠大到可以容納獵戶座。這顆衛星將在南半球開始觀測，並將天空分成13條，對每段進行27天的監測，然後再轉向下一段。在進入北半球的第二年，苔絲應該能夠在南半球觀察到幾乎整個天空。

當苔絲站在天空的一個條紋上時，它的照相機將拍攝那部分的星星。Ricker和他的同事們已經列出了20萬個附近的明亮恆星。該衛星的攝像頭將創建「郵票」圖像，這些圖像包含這些恆星周圍的像素。這些圖像將每兩分鐘拍攝一次，以便最大限度地捕捉到行星在其恆星前方交叉的時刻。攝像機還將拍攝每30分鐘一段天空中所有星星的全幀圖像。兩分鐘的照片可以得到一個像電影一樣的圖像，當行星在它的主星前方穿越時，星光正在做什麼。對於30分鐘的圖像來說，人們對可能會看到超新星、小行星或與引力波對應的天體感到興奮。不知道在那個時候我們會看到什麼。我們是孤獨的嗎？在苔絲髮射後，該小組預計衛星將在第一周內重新建立聯繫，在此期間它將打開所有的儀器和照相機。

然後將有一個60天的調試階段，由軌道ATK, NASA和MIT的工程師和科學家校準儀器並監測衛星的軌跡和性能。在那之後，苔絲將開始收集和下行天空的圖像。麻省理工學院和美國國家航空航天局的科學家們將把原始數據轉換成光曲線，以顯示一顆恆星隨時間變化的亮度。苔絲科學團隊包括Sara Seager地球的1941級教授,大氣和行星科學和科學副主任苔絲，會通過成千上萬的光曲線，至少在兩個相似的蘸星光，表明行星可能通過其恆星前面的兩倍。Seager和她的同事隨後將採用一系列方法來確定一個潛在行星的質量。質量是一個具有決定性的行星特性，如果只知道一個行星是地球的兩倍，

質量和大小共同就能知道平均行星密度，這將知道行星是什麼。在苔絲為期兩年的任務中，西格和她的同事們的目標是測量50顆行星的質量，這些行星的半徑是地球的四倍，這可能意味著對可居住性跡象的進一步觀察。與此同時，整個科學界和公眾將有機會為他們自己的系外行星尋找苔絲的數據。一旦數據被校準，團隊就會讓他們公開。任何人都可以下載數據，並得出自己的解釋，包括高中生、空談天文學家和其他研究機構。有這麼多的眼睛盯著苔絲的數據，有可能有一天，在苔絲髮現的附近星球上會發現有生命跡象。沒有任何科學能告訴我們生命現在就在那裡，除了那些小的岩石行星似乎非常普遍，它們似乎無處不在，所以它一定在某個地方？

博科園-科學科普｜來源：麻省理工學院

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