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新的行星搜寻空间望远镜已经发现了新世界

了解凌日系外行星巡天卫星(TESS)如何识别类地行星搜索中的潜在岩石行星。

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凌日系外行星巡天卫星(TESS)旨在搜寻附近明亮恒星周围的行星。来源:美国宇航局戈达德太空飞行中心

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仅用了六周的科学观测,美国宇航局的凌日系外行星巡天卫星(TESS)就已经发现了 50 个可能的新世界供科学家研究。

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TESS 通过观测行星经过其母星前方时引起的亮度下降来寻找行星。它于 7 月 25 日开始科学观测,第一批数据于 9 月 5 日提供给天文学家,但 TESS 数据分析的第一步是排除假阳性。有时,所谓的“行星”实际上可能是双星系统中的另一颗恒星挡住了伴星的光,或者也可能是恒星表面的太阳黑子,并非第二个天体。

虽然这些行星候选者中的大多数将在未来分析中被排除,但马萨诸塞理工学院的首席研究员 George Ricker 告诉《天文学》杂志,仅在此数据中就可能潜藏着六颗 bona-fide(真实)的行星。Ricker 表示,通常情况下,一旦通过凌日法探测到,地面上的视向速度法(观测轨道天体的影响)将跟进,五到 20% 的行星候选者最终会被证实为真正的行星。他补充说,即使是业余爱好者也可以帮助搜寻。

“我们将警报提供给世界各地的天文学家,并且会一直这样做,因为有许多业余爱好者拥有出色的仪器,可以用于初步筛选,”Ricker 说,并补充说,由于需要双重核实的行星候选者(疑似岩石行星和更大的行星)数量众多,这个过程可能需要数月或数年。

“随着我们在这方面越来越熟练,我们每个扇区将获得 100 到 200 个[候选者]。将会有很多东西需要处理。我预计会有大约 3000 个潜在的感兴趣天体,”他补充道。

凌日法探测系外行星的方法是持续观测一颗恒星,寻找其亮度因行星经过而产生的下降。(来源:NASA)

凌日法探测系外行星的方法是持续观测一颗恒星,寻找其亮度因行星经过而产生的下降。(来源:NASA)

搜寻附近行星

对于 TESS 来说,这是一个充满希望的开始。在其最初为期三年的任务中,TESS 预计将找到 50 颗岩石行星,这些行星的直径是地球的四倍或更小。美国宇航局正在长期搜寻类地行星,而长期的开普勒行星搜寻任务的燃料即将耗尽,TESS 被誉为开普勒工作的逻辑继承者。

虽然开普勒的主要任务集中在天鹅座中的遥远恒星,但 TESS 是一项全天候巡天任务,经过优化,可以观测近距离的恒星。它运行在一个前所未有的月球共振轨道上,这意味着 TESS 绕地球运行两次,而月球绕地球运行一次。TESS 大约每月会将其广阔的视野在天空中不同的扇区之间切换。

TESS 将观测比开普勒观测的恒星亮 30 到 100 倍的恒星。如果发现有趣的目标,地面更容易观测这些更亮的恒星,而且它们也比开普勒的大部分恒星更近。因此,希望通过 TESS 的观测,将很快建立一个望远镜网络,对它发现的行星进行后续观测。

所有美国宇航局的任务都要经过定期审查,以确定是否应该获得更多资金以延长工作时间。到目前为止,迹象表明 TESS 将超过其最初的 50 颗岩石行星的目标;TESS 的观测比预期更加清晰(信噪比更高)。该航天器预计还将发现更大、气态的行星,但其正式目标更侧重于岩石行星。

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此外,该航天器的轨道非常高效,TESS 拥有足够的剩余燃料可以再观测一两个世纪;换句话说,与开普勒不同,该航天器的寿命终结不是因为耗尽燃料。TESS 还有效地将其存储容量增加了两倍,因为航天器在其轨道上的稳定性比预期更好;这意味着生成图像并在航天器上存储图像所需的每像素比特数更少。(每像素比特数是图像中存储信息的量度;每像素比特数越多,文件大小越大。)

在延长的任务期间,Ricker 表示,团队将尝试更快地将信息传回地球,以捕捉更多短期现象。TESS 在短暂的轨道运行中已经发现了几个新的近地小行星、一颗彗星和一个超新星,但增加更快速的响应将使天文学家能够看到更多的恒星爆发,以及近距离轨道运行的恒星(例如与其他恒星紧密运行的恒星)的潮汐瓦解事件等现象。

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TESS 的未来展望

尽管搜寻“地球 2.0”仍在进行中,Ricker 表示,TESS 数据集中可能已经存在一些小型行星。“我们已经看到迹象表明,在初始数据集中有几颗小型行星,我们正在通过审查过程来确保我们确实确定了它们的属性,而不是假阳性,”他说。

TESS 发现的候选行星也将成为詹姆斯·韦伯太空望远镜(JWST)后续观测的主要目标,该望远镜计划于 2021 年发射。如果这些世界拥有类地生命,它们的大气层中将存在可在红外波段可见的化学特征——而这正是 JWST 将要运行的波长范围。TESS 的观测扇区也完美地位于 JWST 的“连续观测区”内,该区域是其在轨道运行时一年中任何时候都可以观测到的天空区域。

随着 TESS 观测的继续,行星将源源不断地被发现。随着地面和太空望远镜进行后续观测,我们的银河系邻居将会变得更加广阔。

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