尋找可居住行星，歐洲發(fā)射全新系外行星獵手

研究而非尋找系外行星，歐洲發(fā)射全新太空望遠(yuǎn)鏡，開啟系外行星研究新時(shí)代。

北京時(shí)間 12 月 18 晚，一枚俄羅斯的聯(lián)盟號(hào)火箭在法屬圭亞那太空中心成功發(fā)射。

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

圖 | 發(fā)射瞬間（來源：ESA）

正如 CHEOPS 的全名：CHaracterising ExOPlanets Satellite （系外行星特性探測衛(wèi)星）所展現(xiàn)的那樣，這個(gè)天文望遠(yuǎn)鏡將在軌道上永遠(yuǎn)將鏡頭背對太陽，探索系外行星的詳細(xì)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(yuǎn)鏡發(fā)現(xiàn)了數(shù)千顆系外行星的基礎(chǔ)上，CHEOPS 將不再專注于發(fā)現(xiàn)新的系外行星，而是對已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的系外行星進(jìn)行更加深入的研究，進(jìn)一步獲取更詳細(xì)的物理參數(shù)。

圖 | CHEOPS 效果圖（來源：ESA）

如今 CHEOPS 已經(jīng)成功抵達(dá)預(yù)定軌道，按照計(jì)劃，它將于 2020 年 4 月正式開始其為期 3.5 年的科學(xué)任務(wù)，在那期間，它將研究 300 顆至 500 顆系外行星。

30 年前，天文學(xué)家利用地面望遠(yuǎn)鏡發(fā)現(xiàn)了第一顆系外行星。從那時(shí)起，旨在發(fā)現(xiàn)更多新系外行星的太空發(fā)射任務(wù)從未間斷，其中包括 2018 年 11 月退役的 NASA 的開普勒太空望遠(yuǎn)鏡，以及至今仍在運(yùn)營的凌日系外行星勘測衛(wèi)星（TESS）。

但 CHEOPS 是第一架專門用來研究系外行星的太空望遠(yuǎn)鏡。

圖 | CHEOPS 模擬圖（來源：ESA）

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

首先，安裝在平臺(tái)上的太陽防護(hù)罩將保護(hù)散熱器和探測器外殼免受太陽直接照射，同時(shí)太陽防護(hù)罩上還裝有太陽能電池板，為整個(gè)衛(wèi)星提供足夠的電力。

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

在觀測過程當(dāng)中，若鏡頭不能保持穩(wěn)定，畫面輕微的抖動(dòng)都會(huì)在都會(huì)嚴(yán)重影響成像結(jié)果。為保證觀測結(jié)果，衛(wèi)星的姿態(tài)和軌道控制系統(tǒng)能讓衛(wèi)星在長達(dá) 10 小時(shí)的持續(xù)觀測中保持超高指向精度，誤差不超過 4 角秒。

與此同時(shí)，要保證望遠(yuǎn)鏡正常工作，衛(wèi)星還有保證所有載荷一直保持穩(wěn)定的溫度環(huán)境。衛(wèi)星采用三軸穩(wěn)定姿態(tài)控制系統(tǒng)，其中有一軸始終指向地球。同時(shí)整個(gè)航天器能夠圍繞望遠(yuǎn)鏡的觀測視角緩慢轉(zhuǎn)動(dòng)，以保證散熱器能夠一直背對陽光，保障衛(wèi)星的散熱。

圖 | CHEOPS（來源：ESA）

根據(jù)歐洲航天局公布信息，CHEOPS 的具體觀測任務(wù)包括：

1、 CHEOPS 的觀測目標(biāo)主要是質(zhì)量在 1-20 倍地球質(zhì)量的系外行星，將以前所未有的精度測定行星的質(zhì)量與半徑之間的關(guān)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(shí)能將誤差控制到 10% 以內(nèi)。

可以預(yù)見的是， CHEOPS 在運(yùn)行周期內(nèi)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(nèi)的行星信息將能夠用來驗(yàn)證已有的關(guān)于行星形成和演化的理論。

2、識(shí)別具有大氣層的行星。 CHEOPS 將能夠識(shí)別行星是否存在大氣層，同時(shí)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(zhì)量、情況下，氣體會(huì)發(fā)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(zhì)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(jìn)而得到它們的反照率信息。

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

4、將為地面及空間望遠(yuǎn)鏡，如詹姆斯韋伯望遠(yuǎn)鏡等提供未來的觀測目標(biāo)。值得一提的是，CHEOPS 將重點(diǎn)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(biāo)。

我們正從發(fā)現(xiàn)這些系外行星，轉(zhuǎn)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(shù)中心項(xiàng)目科學(xué)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(jì)劃全任務(wù)周期中，80% 的觀測時(shí)間時(shí)交由 CHEOPS 科學(xué)小組進(jìn)行觀測任務(wù)。

而在這部分任務(wù)完成后， CHEOPS 還留了 20% 的時(shí)間對外提供給了小組以外的更廣泛的研究者。該計(jì)劃被稱為 AO1（ The first Announcement of Opportunity），項(xiàng)目以外的外界研究者也向 CHEOPS 提交觀測申請。獲準(zhǔn)后有機(jī)會(huì)通過 CHEOPS 對多顆系外行星進(jìn)行科學(xué)觀測。

計(jì)劃詳情：

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