寻找可居住行星,欧洲发射全新系外行星猎手

科学
寻找可居住行星,欧洲发射全新系外行星猎手
麻省理工科技评论 2019-12-19

2019-12-19

北京时间 12 月 18 晚,一枚俄罗斯的联盟号火箭在法属圭亚那太空中心成功发射。
技术 火箭
北京时间 12 月 18 晚,一枚俄罗斯的联盟号火箭在法属圭亚那太空中心成功发射。

研究而非寻找系外行星,欧洲发射全新太空望远镜,开启系外行星研究新时代。

北京时间 12 月 18 晚,一枚俄罗斯的联盟号火箭在法属圭亚那太空中心成功发射。

作为火箭上的重磅载荷,欧洲航天局(ESA)最新开发的太空望远镜 CHEOPS 将被送上距离地球表面约 700 公里的高度。

寻找可居住行星,欧洲发射全新系外行星猎手

图 | 发射瞬间(来源:ESA)

正如 CHEOPS 的全名:CHaracterising ExOPlanets Satellite (系外行星特性探测卫星)所展现的那样,这个天文望远镜将在轨道上永远将镜头背对太阳,探索系外行星的详细信息,包括寻找适合居住的新 “地球”。

在此前人类通过地面、空间望远镜发现了数千颗系外行星的基础上,CHEOPS 将不再专注于发现新的系外行星,而是对已经发现的系外行星进行更加深入的研究,进一步获取更详细的物理参数。

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图 | CHEOPS 效果图(来源:ESA)

如今 CHEOPS 已经成功抵达预定轨道,按照计划,它将于 2020 年 4 月正式开始其为期 3.5 年的科学任务,在那期间,它将研究 300 颗至 500 颗系外行星。

30 年前,天文学家利用地面望远镜发现了第一颗系外行星。从那时起,旨在发现更多新系外行星的太空发射任务从未间断,其中包括 2018 年 11 月退役的 NASA 的开普勒太空望远镜,以及至今仍在运营的凌日系外行星勘测卫星(TESS)。

但 CHEOPS 是第一架专门用来研究系外行星的太空望远镜。

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图 | CHEOPS 模拟图(来源:ESA)

承担着人类对系外行星新一轮的观测任务,这颗重量 300 公斤、尺寸约为 1.5 × 1.5 × 1.5 米的卫星耗资约为 5500 万美元。

首先,安装在平台上的太阳防护罩将保护散热器和探测器外壳免受太阳直接照射,同时太阳防护罩上还装有太阳能电池板,为整个卫星提供足够的电力。

这些都是为了保证望远镜能够保持高精度的正常工作。CHEOPS 配备了一台口径 30 厘米的望远镜。

在观测过程当中,若镜头不能保持稳定,画面轻微的抖动都会在都会严重影响成像结果。为保证观测结果,卫星的姿态和轨道控制系统能让卫星在长达 10 小时的持续观测中保持超高指向精度,误差不超过 4 角秒。

与此同时,要保证望远镜正常工作,卫星还有保证所有载荷一直保持稳定的温度环境。卫星采用三轴稳定姿态控制系统,其中有一轴始终指向地球。同时整个航天器能够围绕望远镜的观测视角缓慢转动,以保证散热器能够一直背对阳光,保障卫星的散热。

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图 | CHEOPS(来源:ESA)

根据欧洲航天局公布信息,CHEOPS 的具体观测任务包括:

1、 CHEOPS 的观测目标主要是质量在 1-20 倍地球质量的系外行星,将以前所未有的精度测定行星的质量与半径之间的关系。只要被观测行星围绕的恒星亮度足够, CHEOPS 在观测行星半径时能将误差控制到 10% 以内。

可以预见的是, CHEOPS 在运行周期内的观测行星样本将非常可观,在能够保证测量精度的情况下, CHEOPS 获得包括行星密度在内的行星信息将能够用来验证已有的关于行星形成和演化的理论。

2、识别具有大气层的行星。 CHEOPS 将能够识别行星是否存在大气层,同时获得该行星距离恒星位置、恒星的信息等。通过对一系列有大气层 / 无大气层行星的观察和对比, CHEOPS 能推算出行星在何种质量、情况下,气体会发生逃逸。

3、研究热木星(Hot Jupiters)大气中的能量传输。热木星是一种系外气体巨行星,质量接近或超过木星(1.9 ×1027kg)。此外 CHEOPS 还将测量出热木星的相位曲线,进而得到它们的反照率信息。

此次任务将对已知的热木星大气特性带来进一步的认知,有助于研究热木星在白昼和黑夜不同时间段下的能量传输效率。

4、将为地面及空间望远镜,如詹姆斯韦伯望远镜等提供未来的观测目标。值得一提的是,CHEOPS 将重点找出那些具有大气层的行星,这些行星将是未来探索可居住性的主要目标。

我们正从发现这些系外行星,转向研究这些系外行星的特征,荷兰诺德维克欧洲空间研究与技术中心项目科学家 Kate Isaak 表示,“有了 CHEOPS,我们能搞清楚这些小行星是如何形成的。”

有意思的是, CHEOPS 计划全任务周期中,80% 的观测时间时交由 CHEOPS 科学小组进行观测任务。

而在这部分任务完成后, CHEOPS 还留了 20% 的时间对外提供给了小组以外的更广泛的研究者。该计划被称为 AO1( The first Announcement of Opportunity),项目以外的外界研究者也向 CHEOPS 提交观测申请。获准后有机会通过 CHEOPS 对多颗系外行星进行科学观测。

计划详情:

https://www.cosmos.esa.int/web/cheops-guest-observers-programme/ao-1-programmes

麻省理工科技评论

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