天價的「韋伯」望遠鏡又又又推遲了，但他的「好搭檔」要先行一步了！

原標題：天價的「韋伯」望遠鏡又又又推遲了，但他的「好搭檔」要先行一步了！

前言

可能大家已經都知道了，NASA的旗艦級任務——「詹姆斯·韋伯」太空望遠鏡的發射時間又又又又一次被推遲了。因為種種技術問題造成的拖延，發射時間從最早宣稱的2011年一路推遲到2020年，項目經費也一路飆升至駭人聽聞的80億美元。但今天的主角並不是韋伯，常言道「一個好漢三個幫」，韋伯不是一個人在戰鬥

，NASA為他委派了一名得力的搭檔——TESS，話說這個搭檔馬上就要升空了，而且這傢伙的升空對發射承包商SpaceX而言也是一次「生死大考」，本文作者：Saturn V

一個月的沉默之後，SpaceX即將進行新一波密集發射（其餘詳見我們網站預報）

在SpaceX諸多等待發射的載荷中，預計最早在美國東部時間4月16日下午6:32發射的名叫TESS的衛星似乎並不很引人注目。但其實通過一個細節便能看出此次發射對SpaceX來說至關重要，TESS將會使用全新的一級火箭，而這很可能是獵鷹9 Block 4非二手火箭的謝幕演出。TESS到底是什麼東西值得SpaceX如此重視？

TESS，正對的是數據天線，黑色罩子罩住的是相機

TESS是英文Transiting Exoplanet Survey Satellite的首字母簡寫，譯為凌日系外行星巡天衛星，是NASA的「探索者計劃」太空望遠鏡成員之一。計劃最早在2011年由谷歌提供種子資金，麻省理工學院帶頭，光學組件由MIT的林肯實驗室負責研製，衛星則由軌道ATK公司負責製造。這顆發射質量僅350千克，立起來不過略比人高的衛星，放在獵鷹9諾大的整流罩里頗有些玩具的感覺。但就是這個「玩具」卻牽動著無數天文學家的心，其發射成功與否更對SpaceX的未來發展有著深遠影響。

TESS和人與獵鷹9整流罩和人

從TESS的名字便能看出，這是一個通過凌日法來尋找太陽系外類似地球行星的望遠鏡，簡而言之便是通過行星對其環繞恆星光芒的定期性遮擋，導致的恆星光源強度衰減來發現行星。大約一年前TESS的「老前輩」 斯皮策空間望遠鏡便是通過此法發現了七顆環繞TRAPPIST-1恆星的類地行星，TESS預計替代的前輩開普勒空間望遠鏡更利用此法，在9年多的時間內發現了1284個太陽系外類地行星。

說到觀測類地行星的太空望遠鏡，幾乎所有人都會想到NASA遠（臭）近（名）聞（昭）名（著）的詹姆斯?韋伯空間望遠鏡，超大的6.5米直徑第一級鍍金鏡片讓韋伯會有超過以往所有太空望遠鏡的觀測精度。儘管一拖再拖，但此「神器」也預計會在2019年中發射升空（就在作者發給我此文的那個早上，發射時間再次推遲到2020年，主頁君注），既然如此為何和韋伯比起來幾乎各方面性能都是小不點的TESS還能牽動那麼多天文學家的心呢？這還要從TESS的S（Survey，巡天）說起。

「韋伯「望遠鏡的預算經費飆升圖（這貨以後絕X是航天項目經費控制的反面典型，主頁君注）

接觸過專業相機的人都知道，拍攝遠景時使用廣角鏡頭可獲得很寬視角的完整遠景，但遠景的細節則不清晰，相反使用高倍鏡頭雖能拍攝到遠景的清晰細節，但卻不得不犧牲視角拍攝不到整體遠景。通俗一點講，就像站在最後一排看話劇，不使用望遠鏡能看所有演員的表演但卻看不見每個演員的面部細節，而使用望遠鏡雖能看清面部細節，但也一次只能看一個演員。視野和清晰度是兩個不共戴天的仇敵，在觀測距離以光年計算的天文望遠鏡上更是如此。

TESS不同任務時長所能觀測視角和韋伯觀測視角（黑色虛線）對比

韋伯逆天觀測精度的代價便是主近紅外相機視角橫縱只有2.2 弧分，而60弧分等於1度，對你沒有看錯，韋伯的主相機觀測視角只有大約0.0367度。也就是說韋伯一次所能觀測的恆星數量十分有限，而截止至2018年3月，在2796個地外行星系中已確定有3743顆行星，其中625個行星系有不止一顆行星。哪怕從現在開始不再有新的行星被發現，韋伯也不可能在預計的10年服役期內完成數千顆行星的細節觀測。因此有效利用韋伯寶貴的觀測資源便至關重要，這時候就輪到TESS出場了。

TESS的「廣角」相機

如果說韋伯是高倍鏡頭，那麼TESS則是廣角鏡頭。四台CCD低溫低噪相機每台都有橫縱24度的視角，使得TESS可以對整片宇域的恆星進行觀測，提前發現和篩選值得韋伯進行後續細緻觀測的類地行星，巡天的稱呼因此得來。TESS入軌後將會對提前劃分的每個星區進行為期27天的觀測，著重觀測距離地球30至300光年之間的，較為明亮的紅矮星，確定是否存在行星的同時觀測出恆星宜居帶的大概距離。由於紅矮星溫度低於太陽，宜居帶距離恆星更近，因此在宜居帶環繞紅矮星的行星環繞周期較短，在10-30地球日之內。也就是說27天的觀察最佳可產生3次光源衰減，足以進行非常細緻的分析和計算，從這個意義上來講，TESS可算是韋伯的先遣隊了。

類地行星開普勒-186f距離恆星要比地球近很多，環繞周期更短

為達到上述觀測效率，TESS要儘可能遠離地球避免地球遮擋住它的視野，但同時也不能離地球太遠阻礙數據傳輸，研發團隊為此設計了一條非常奇葩的軌道，TESS將會是第一個使用2:1月球共振軌道的太空飛行器。此軌道正如其名，是利用月球引力共振效應的地球環繞軌道，近地點108000千米遠地點375000千米，軌道平面大約垂直於月球環繞平面。2:1是因為環繞周期（13.7地球日）恰好是月球環繞地球周期的一半，月球的引力會和TESS產生共振，第一圈環繞時月球向一個方向施力，第二圈環繞時則向相反方向施力，這樣TESS不需要軌道調整引擎便可在此軌道上穩定環繞1000餘年，不會像它預計替代的開普勒望遠鏡那樣因為燃料限制而犧牲了部分觀測。

不過要到達2:1月球共振軌道（上圖藍線）並非易事，從地球發射的TESS要先飛向月球（上圖綠線），利用月球的引力彈弓效應改變傾角進入深空的轉移軌道（上圖紫線），最後再利用地球的引力（上圖黃線）把TESS拉回共振軌道。TESS還要使用NASA的深空通訊網路（DSN），在僅有的經過近地點的16小時內完成兩次為時4個小時的龐大數據傳輸，同時軌道ATK的地面工作人員還要在TESS再次前往深空前清空硬碟內存，以便記錄新的觀測數據。TESS也會成為首個使用26GHz Ka波段DSN數據鏈的太空飛行器，此高頻波段比老式S低頻波段的數據傳輸速度快數百倍，有趣的是韋伯望遠鏡也要使用此波段的數據鏈，也就是說就連通訊技術上TESS都是韋伯的先遣隊。

由在美國加州巴斯托市，西班牙馬德里市和澳大利亞堪培拉市的三座巨大天線陣列組成的「覆蓋」宇宙的深空通訊網路將負責TESS的數據傳輸。若4月16日成功發射，TESS經過多次點火後最順利也要6月中旬才能入軌，任務複雜程度可見一斑。而上述一系列接力入軌操作第一棒的重擔，則被NASA欽定壓到了SpaceX身上。

NASA對SpaceX剪不斷理還亂的「感情」，在TESS上得到了最完美展現。一方面NASA希望這個自己投資幾十億的私人公司能帶來廉價發射的回報，但另一方面較為保守的NASA也擔心SpaceX尤其是馬斯克本人的衝勁會把造價高昂的載荷變成絢麗的煙花。事實上從3月16日NASA發布的關於CRS-7任務事故的報告就能看出，兩年半過去了，SpaceX和它最大的贊助商依然在事故具體原因上尚存在分歧。TESS可以說是NASA給SpaceX的又一張試卷，這會是SpaceX第一次發射進入深空的「非測試廣告」載荷，亦是SpaceX發射的第一個太空望遠鏡。

讓NASA耿耿於懷的CRS-7事故（視頻2分鐘左右發生事故）

NASA之所以能把TESS「放心」地託付給SpaceX，是因為和總耗資80億的韋伯，6億5千萬的開普勒相比，TESS的2億美金已經可算為「小任務」了，換句話說就是哪怕發射失敗了也不會特別心疼（有錢人的世界我們不懂）。而若發射成功，則證明獵鷹9或者說SpaceX這個公司具備發射超精密載荷送入深空的能力，也就是發射要求最高的太空望遠鏡將不再被歐空局和ULA壟斷，次世代更大更貴的太空望遠鏡，諸如ATLAST（Advanced Technology Large-Aperture Space Telescope，先進科技大直徑太空望遠鏡）等都可允許SpaceX參與發射競標。從這個意義上來講，發射TESS的獵鷹9或許比重型獵鷹更容易遭到來自神（U）秘（L）人（A）狙擊手的攻擊。

可能的ATLAST設計

當然對於SpaceX來說，尤其對於馬斯克本人來說，公司的認可才是最為關鍵的。早在介紹其殖民火星關鍵的BFR飛船時，馬斯克便說過BFR巨大的前部貨倉能夠發射更大直徑的太空望遠鏡，其實這已經是表明了希望NASA能為BFR的研發提供資金支持，未來以廉價發射太空望遠鏡回報。TESS的成功與否，會是馬斯克畫的這塊大餅能否被NASA認可的關鍵，畢竟若連一個小的望遠鏡都發射不好，NASA又有什麼理由相信能發射更大更複雜的呢？不相信，又何來的投入資金呢？

BFR所能搭載的望遠鏡第一級鏡片大小預估，最左為哈勃，中間為韋伯

這能否成為現實，TESS是要過的第一關

就像不管iPhone X的發布會上大家再怎麼嘲諷蘋果見光死的新產品，再怎麼拿iPhone的創新玩梗開玩笑，等iPhone 8和iPhone X發售時還都老老實實掏出錢包購買一樣。對一個商業公司產品的信任才是購買力的真正來源，ULA的天價「黑店」能行走江湖亦是如此，SpaceX作為後起之秀更應如此。

（全文完）

喜歡這篇文章嗎？立刻分享出去讓更多人知道吧！