接力開普勒望遠鏡的TESS，會幫我們找到宜居的系外行星嗎？

原文以NASA』s next exoplanet hunter will seek worlds close to home為標題

發布在2018年4月4日的《自然》新聞上

原文作者：Alexandra Witze

凌星系外行星巡天衛星的設計目的是觀測到環繞鄰近的明亮恆星的行星。

要接替NASA的開普勒望遠鏡並非易事。自從2009年發射升空以來，開普勒已經發現了已知的3700餘顆系外行星的將近四分之三。還有成千上萬的系外行星等待被確認。

凌星系外行星巡天衛星將搜尋超過85%的天空。

來源：Leif Heimbold/NASA

所以這次NASA選擇了一個不同的方式來完成下一項行星搜尋任務。NASA計劃於4月16日發射（註：實際4月19日發射）價值3.37億美元的凌星系外行星巡天衛星（Transiting Exoplanet Survey Satellite，縮寫為TESS），它將細緻觀測20萬顆鄰近的明亮恆星，尋找行星環繞它們運行的跡象。TESS將發現的行星數量可能會比開普勒少，但大概是比較重要的一些。

「我們並不特別關心發現行星的數目，而是更在意它們環繞著鄰近的恆星運行。」來自麻省理工學院的天體物理學家、TESS項目的科學副主任Sara Seager說。

TESS的目的是辨認出離地球足夠近的行星，以便宇航員可以飛過去詳細考察。科學家團隊估計這個航天器會發現超過500個不到地球兩倍大的行星。這些星球將為今後幾十年的深入研究打下基礎，包括尋找生命的跡象。「我們會看到系外行星研究的全新機會。」Seager說。

認識我們的鄰居

開普勒和TESS都是為搜尋天空中的行星凌星現象而設計的，也就是行星經過恆星表面而阻擋其光芒，使恆星微弱變暗的現象。在執行任務的大部分時間裡，開普勒都在盯著宇宙深處的一小片區域——它望向距離地球920秒差距（3000光年）的地方，但只覆蓋了天空的0.25%。它進行的天體調查顯示，整個銀河系中行星都很常見。「我們發現到處都有行星。」Elisa Quintana說，她是NASA戈達德太空飛行中心的天體物理學家。

與之相反，TESS將探索大範圍的近空——著眼於離地球90秒差距以內的恆星，而範圍覆蓋超過85%的天空。這個航空器上裝載的4個相機使它擁有相當於開普勒20倍的視野。TESS將先掃視南方星空，在一年之後，轉向北方的群星；總計下來它將觀測至少3000萬個天體。

觀測帶將在南北黃極交會，兩個極點相連垂直於地球公轉軌道平面。這是有意設計的，因為NASA計劃在2020年發射的詹姆斯·韋伯太空望遠鏡能夠隨時觀測同樣的區域。韋伯望遠鏡的6.5米主鏡將能實現對行星大氣層的詳細光譜研究，但另外許多天文研究也很需要使用這台望遠鏡。「韋伯太空望遠鏡的觀測時間會非常寶貴。」麻省理工學院的天體物理學家、TESS首席科學家George Ricker說。

來源： NASA/MIT

一旦TESS觀測到值得進一步探索的備選行星，地面上的一群觀測站就會開始行動。這些觀測站包括許多搜尋行星的中堅力量，比如位於智利的歐洲南方天文台的HARPS設備，以及澳大利亞圖文巴附近新建的微型系外行星徑向速度陣列（Miniature Exoplanet Radial Velocity Array (MINERVA)-Australis）——規劃為五架0.7米的一組望遠鏡。「如果有必要，我們有能力每晚觀測同一個目標。」圖文巴南昆士蘭大學的天文學家Rob Wittenmyer說，他是MINERVA-Australis的負責人之一。

這些地面天文望遠鏡能夠推算出TESS觀測到的行星的質量，再由質量推算它們的成分——是岩石，冰，氣體，還是其它物質。

一個全新的世界

最近的研究表明TESS項目的收益可能比預想的還要大。今年早些時候，麻省理工學院的天文學家Sarah Ballard重新計算了TESS可能找到多少環繞紅矮星的行星（紅矮星又稱M型主序星，溫度較低而數量眾多），她的計算結果是大約990顆，比先前的預測多了1.5倍。如此大量的新發現足夠讓天文學家們開始比較各種不同類型的系外行星：例如，研究恆星耀斑如何影響行星大氣層，或者分別有什麼類型的行星環繞著不同發展階段的恆星。

TESS很快就有夥伴了。歐洲航天局（European Space Agency，ESA）計劃今年末發射它的系外行星特性探測衛星（Characterising Exoplanet Satellite）。這個航天器將測量環繞附近恆星的已知行星的尺寸——小至只比地球大一點，大至海王星大小。歐洲航天局也在計劃21世紀20年代的兩個新項目：研究與地球大小相當系外行星的PLATO，和研究行星大氣層的ARIEL。

下一代的探索項目可以說來得非常及時，開普勒眼看就要結束使命，它搭載的燃料只能再支持它做最後幾個月的探索了。?

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