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再见开普勒,你好苔丝:行星研究将迎来新时代

来源:网络 作者:上海新闻网 人气: 发布时间:2018-04-20
摘要:来源:科学大院微信公众号美国东部时间18日18时51分(北京时间19日6时51分),佛罗里达州卡纳维拉尔角,多次延迟发射的系外行星探测卫星TESS(苔丝)终于从这个

  美国东部时间18日18时51分(北京时间19日6时51分),佛罗里达州卡纳维拉尔角,多次延迟发射的系外行星探测卫星TESS(苔丝)终于从这个世界上最知名的发射基地升空。它将被SpaceX Falcon 9火箭送至距离地球200公里的月球转移轨道上,开始漫长而复杂的入轨进程。

图1 准备发射的TESS卫星 (图片来源:nasaspaceflight.com)

图1 准备发射的TESS卫星 (图片来源:nasaspaceflight.com)

图2 TESS卫星发射图(图片来源:nasa.gov)

图2 TESS卫星发射图(图片来源:nasa.gov)

  在TESS之前的另外一颗已在天上工作了9年之久的系外行星探测卫星,也是在这里被送上天的——以16世纪德国天文学家开普勒(Kepler)命名的望远镜——这一次,TESS要去接班了。

  在开普勒望远镜运行的这些年中,因寻找系外行星收获颇丰,它被人们冠以了“行星猎手”的美称。不过,根据NASA科学家此前的最新估计,开普勒望远镜因燃料用尽将在几个月后停止运行。如果一切顺利的话,TESS在历时两个月、经历11次自身加速变轨和1次月球的弹弓效应之后,将最终进入其预定轨道,完美接棒开普勒,继续开展系外行星的观测。新任“行星探测官”TESS作为巡天卫星,大大拓展了开普勒之前的视线所及之处,这不仅将为人类更细致地研究系外行星创造条件,还将给2020年发射的韦伯太空望远镜备好一席丰盛的“大餐”。

  TESS项目科学副主任、MIT教授Sara Seager是全球知名的行星研究科学家,她评价说:“TESS项目将把行星研究带入到一个令人激动的新时代。”在开普勒之后,TESS开启了行星研究的第三个阶段。据估计,TESS将发现大约70个地球大小的行星和500个左右的超级地球。到那时候,类似2015年NASA宣布发现Kepler452B时的激动场景或将不断重现,这项任务——寻找地球在太阳系之外的、距离我们更近的地球表哥和地球表姐,以及可能存在的生命迹象——就交给TESS了!

  凌星找星:从阴影中发现光明

  TESS卫星由美国麻省理工学院教授George Ricker领头研发,其英文全称为Transiting Exoplanet Survey Satellite,中文意为“凌星系外行星巡天卫星”。此处有两个词值得我们注意,它们是接班人TESS的重要特征之二:一是“凌星(transiting)”,二是“巡天(survey)

  “凌星”指的是TESS卫星将使用凌星法来发现新的系外行星。其工作原理并不难理解:行星围绕中心恒星转动,当行星绕转到恒星前侧的时候——因行星本身不发光,而又有大小——会遮挡住来自于恒星的一部分光线,从而使得我们观察到的恒星亮度有一个微小的变暗。所谓“凌星法”,指的就是这种通过恒星亮度变暗来推测行星之存在的方法

图3 凌星法演示图

图3 凌星法演示图

  这种“从阴影中发现光明”的探测方法,不仅易于判断行星的存在,而且便于科学家们推断行星存在的个数。每一个行星都在恒星亮度演化图上留下了一个因遮挡导致的小坑,所以只要能够推断出坑的个数,科学家就能够得知恒星周围行星的数目了。

  让我们想想看,相较于恒星本身,行星通常要小得多,而且远在数光年之外,我们能观察到的因行星遮挡产生的亮度变化应该很小。即便是按照目前对巨行星的估计来看,其遮挡也只会导致中心恒星亮度百万分之一的降低。但是,开普勒与TESS都使用了凌星法来探测系外行星,原因在于太空中望远镜性能通常非常稳定,没有大气干扰,它们能够很容易测量到如此微小、甚至更小的变化。

  科学家们还有着诸如视向速度法、直接观测法和微引力透镜法等其它一些探测方式,但都相对比较复杂、难以实现和观测。所以,凌星法也是目前使用最为广泛的一种探测方式。

  巡视全天:

  四只小眼睛扫描大世界

  除此之外,“巡天”也标志着新卫星TESS和其他之前的项目在寻找系外行星工作模式上的差别,这一点也是它与前任开普勒之间的最显著不同。

  自2009年3月发射,直至2013年5月,开普勒望远镜一直指向天琴座和天鹅座的一块狭小区域,从不指向其它方向。开普勒望远镜希望通过对观测区域内的大约15万颗恒星进行持续不断的观测,从而观测到微小的亮度变化,以此来发现新的行星。(2013年5月之后,因为反作用轮发生故障,望远镜无法精确唯一地指向一个方向,从而将工作模式变成了扫描模式。)

  志在“巡天”的TESS卫星则完全不同,它并不指向一个特定区域,而是对整个天空进行巡视,希望找到那些距离我们地球很近且很亮的恒星周围的行星。我们知道,南北半球加起来,我们的肉眼只能看到大约8000颗恒星,然而TESS的“机器眼”可以探测到至少20万颗恒星,是人类肉眼可见的25倍之多!

图4 TESS卫星效果图(图片来源:NASA)

图4 TESS卫星效果图(图片来源:NASA)

图5 开普勒卫星效果图(图片来源:NASA)

图5 开普勒卫星效果图(图片来源:NASA)

  所以,TESS的结构构造也和开普勒迥异。TESS由四个完全一样的望远镜构成,相当于四个望远镜同时扫描,可以缩短全天扫描时间——这对于想要用两年时间观测完整个天空的TESS来说非常必要。同时,因为TESS只对地球附近的、或很亮的恒星进行观测,所以不需要很大的口径,它的每一个望远镜口径只有10厘米,和大多数业余望远镜的口径差不多,而开普勒仅由一个口径95厘米的望远镜构成。

  为了实现各自的观测目的,TESS卫星的轨道和开普勒也完全不同。

责任编辑:上海新闻网
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