尋找可居住行星，歐洲發射全新系外行星獵手

研究而非尋找系外行星，歐洲發射全新太空望遠鏡，開啟系外行星研究新時代。

北京時間 12 月 18 晚，一枚俄羅斯的聯盟號火箭在法屬圭亞那太空中心成功發射。

作為火箭上的重磅載荷，歐洲航天局（ESA）最新開發的太空望遠鏡 CHEOPS 將被送上距離地球表面約 700 公里的高度。

圖 | 發射瞬間（來源：ESA）

正如 CHEOPS 的全名：CHaracterising ExOPlanets Satellite （系外行星特性探測衛星）所展現的那樣，這個天文望遠鏡將在軌道上永遠將鏡頭背對太陽，探索系外行星的詳細信息，包括尋找適合居住的新 “地球”。

在此前人類通過地面、空間望遠鏡發現了數千顆系外行星的基礎上，CHEOPS 將不再專注于發現新的系外行星，而是對已經發現的系外行星進行更加深入的研究，進一步獲取更詳細的物理參數。

圖 | CHEOPS 效果圖（來源：ESA）

如今 CHEOPS 已經成功抵達預定軌道，按照計劃，它將于 2020 年 4 月正式開始其為期 3.5 年的科學任務，在那期間，它將研究 300 顆至 500 顆系外行星。

30 年前，天文學家利用地面望遠鏡發現了第一顆系外行星。從那時起，旨在發現更多新系外行星的太空發射任務從未間斷，其中包括 2018 年 11 月退役的 NASA 的開普勒太空望遠鏡，以及至今仍在運營的凌日系外行星勘測衛星（TESS）。

但 CHEOPS 是第一架專門用來研究系外行星的太空望遠鏡。

圖 | CHEOPS 模擬圖（來源：ESA）

承擔著人類對系外行星新一輪的觀測任務，這顆重量 300 公斤、尺寸約為 1.5 × 1.5 × 1.5 米的衛星耗資約為 5500 萬美元。

首先，安裝在平臺上的太陽防護罩將保護散熱器和探測器外殼免受太陽直接照射，同時太陽防護罩上還裝有太陽能電池板，為整個衛星提供足夠的電力。

這些都是為了保證望遠鏡能夠保持高精度的正常工作。CHEOPS 配備了一臺口徑 30 厘米的望遠鏡。

在觀測過程當中，若鏡頭不能保持穩定，畫面輕微的抖動都會在都會嚴重影響成像結果。為保證觀測結果，衛星的姿態和軌道控制系統能讓衛星在長達 10 小時的持續觀測中保持超高指向精度，誤差不超過 4 角秒。

與此同時，要保證望遠鏡正常工作，衛星還有保證所有載荷一直保持穩定的溫度環境。衛星采用三軸穩定姿態控制系統，其中有一軸始終指向地球。同時整個航天器能夠圍繞望遠鏡的觀測視角緩慢轉動，以保證散熱器能夠一直背對陽光，保障衛星的散熱。

圖 | CHEOPS（來源：ESA）

根據歐洲航天局公布信息，CHEOPS 的具體觀測任務包括：

1、 CHEOPS 的觀測目標主要是質量在 1-20 倍地球質量的系外行星，將以前所未有的精度測定行星的質量與半徑之間的關系。只要被觀測行星圍繞的恒星亮度足夠， CHEOPS 在觀測行星半徑時能將誤差控制到 10% 以內。

可以預見的是， CHEOPS 在運行周期內的觀測行星樣本將非常可觀，在能夠保證測量精度的情況下， CHEOPS 獲得包括行星密度在內的行星信息將能夠用來驗證已有的關于行星形成和演化的理論。

2、識別具有大氣層的行星。 CHEOPS 將能夠識別行星是否存在大氣層，同時獲得該行星距離恒星位置、恒星的信息等。通過對一系列有大氣層 / 無大氣層行星的觀察和對比， CHEOPS 能推算出行星在何種質量、情況下，氣體會發生逃逸。

3、研究熱木星（Hot Jupiters）大氣中的能量傳輸。熱木星是一種系外氣體巨行星，質量接近或超過木星（1.9 ×1027kg）。此外 CHEOPS 還將測量出熱木星的相位曲線，進而得到它們的反照率信息。

此次任務將對已知的熱木星大氣特性帶來進一步的認知，有助于研究熱木星在白晝和黑夜不同時間段下的能量傳輸效率。

4、將為地面及空間望遠鏡，如詹姆斯韋伯望遠鏡等提供未來的觀測目標。值得一提的是，CHEOPS 將重點找出那些具有大氣層的行星，這些行星將是未來探索可居住性的主要目標。

我們正從發現這些系外行星，轉向研究這些系外行星的特征，荷蘭諾德維克歐洲空間研究與技術中心項目科學家 Kate Isaak 表示，“有了 CHEOPS，我們能搞清楚這些小行星是如何形成的。”

有意思的是， CHEOPS 計劃全任務周期中，80% 的觀測時間時交由 CHEOPS 科學小組進行觀測任務。

而在這部分任務完成后， CHEOPS 還留了 20% 的時間對外提供給了小組以外的更廣泛的研究者。該計劃被稱為 AO1（ The first Announcement of Opportunity），項目以外的外界研究者也向 CHEOPS 提交觀測申請。獲準后有機會通過 CHEOPS 對多顆系外行星進行科學觀測。

計劃詳情：

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