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继续寻找外星生命,美国航天局新一代“行星猎手”蓄势待发
(博讯北京时间2018年4月16日 转载)
    
    来源:澎湃新闻 记者:虞涵棋
    
    在寻找到外星生命之前,人类恐怕永远不会甘心承认自己在宇宙中的孤独。
    美国国家航空航天局(NASA)的新一代“行星猎手”凌日系外行星巡天测量卫星(TESS)已在卡纳维拉尔角空军基地蓄势待发,最早将于美国东部时间4月16日6时32分发射升空,接棒即将油尽灯枯的功勋前辈开普勒望远镜,继续扫描系外行星,寻找外星生命的迹象。
    搭乘SpaceX的“猎鹰九号”火箭升空入轨后,TESS将执行为期两年的系外行星观测任务。与第一代“行星猎手”开普勒望远镜相比,TESS扫描范围扩大了400倍,覆盖全部天空,共分成26个区域。TESS每隔27天观测一个区域,每隔2分钟拍摄一张系外行星的照片,连成一段行星绕行的动画。
    
    凌日系外行星巡天测量卫星(TESS) 本文图片均来自NASA网站
    开普勒一直在广撒网,TESS走的路线却是“快准狠”。因此,它会优先扫描太阳附近最明亮的20万颗恒星。这些恒星周围的行星更容易被地面望远镜和其他空间望远镜跟进研究。
    除了上述“主线任务”之外,TESS也接受国际天文学界的“支线委托”。它可以应科学家们的要求额外观测2万颗左右的天体。
    “身残志坚”的开普勒
    2009年3月,承载着“第二地球”梦想的开普勒望远镜发射升空。冠以提出“行星三大定律”的德国天文学家之名,它是一名专业的“行星猎手”。
    开普勒望远镜到达绕日轨道后,专注地凝视着天鹅座(Cygnus)方向的一角天空,通过“凌日”(transit)现象,监视约15万颗处于主序星阶段的恒星,寻找它们周围的行星。所谓“凌日”,即当行星掠过恒星表面时,会造成恒星的亮度有所下降,就像日食一样。
    继续寻找外星生命,美国航天局新一代“行星猎手”蓄势待发

    凌日示意图
    2012年7月,开普勒4个控制朝向的反应轮中的1个故障。2013年5月,另一个反应轮故障,数据收集被迫中断。
    2013年8月,NASA宣布放弃维修开普勒望远镜,转而启动后备的K2计划。开普勒不能再常规化地监测与太阳类似的恒星、寻找系外行星,只能在绕行时偶尔捕捉到行星的踪影,并帮助观测其他一些有趣的天体,比如 “葫芦娃星系”TRAPPIST-1。在这一排七个类地行星中,有三颗位于宜居带。
    而开普勒从2009年到2013年收集的海量数据,直到2017年才全部整理完成。它找到的候选行星共计4034颗,其中2000多颗已经得到验证;已经找到30多颗可能存在液态水的“第二地球”候选行星。
    目前,开普勒剩下的燃料只能再支撑数月。
    制作巡天藏宝图
    携带四个由麻省理工学院(MIT)设计制造的镜头,TESS相当于一个火眼金睛的哨兵。“我们要去巡游整个天空,在某种程度上说对方向比较茫然。TESS帮我们做了一张藏宝图,标明了有趣的部分。现在,跟着它走就是了。”参与项目的MIT科学家Natalia Guerrero说道。
    首先,TESS会快速通过凌日现象锁定一批附近明亮恒星周围的行星,计算出它们的体积和轨道。接着,地面望远镜跟进观测,测量行星的质量。综合体积、轨道和质量,科学家们能够评估其密度和主要成分。
    

    NASA寻找系外行星的全阵容
    密度是筛选外星生命线索的第一步:它们可能是像地球这样的固态行星,可能是木星那样的大型气态行星,又或是一类被称为“小海王星”的固态行星:表面覆盖着厚重的大气层,制造出一个生命无法存活的温室。
    最后,地面和其他空间望远镜能通过后续观测研究部分行星的大气层。
    与月共舞的轨道
    传统的近地轨道受地球磁场干扰较大,镜头捕捉凌日现象时会接受到噪音。为此,NASA这次专门设计了一个借力月球的神奇轨道,在保证全天区观测视野的同时,既节省了燃料,又能令卫星超常稳定地工作。
    这个前所未有的轨道呈极扁的椭圆形,月球的引力会将弹弓一样把卫星甩出去又拉回来。TESS在被甩出去的过程中收集数据,接着被拉回地球附近(约108000公里高空)时向地面站传输数据。由于不需要点燃推进器以维持轨道,卫星可以在轨道上工作几十年。
    
    TESS轨道示意图
    “卫星会与月共舞。月球在一边把卫星拉过来,当卫星转完一圈后,月球又正好在另一边把卫星推出去。这个轨道整体平衡了月球引力,可以稳定地运行很多年。这是前所未有的尝试,我预计未来也会有其他项目采用这个轨道。”TESS设备科学家Joel Villasenor说道。 (博讯 https://boxun.collateral-freedom.org)
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