編譯 王格格

NASA新航天器凌星系外行星巡天衛(wèi)星（TESS）發(fā)射，它將為科學(xué)家展現(xiàn)我們附近行星的更清晰圖景。

TESS搭乘SpaceX獵鷹9號(hào)火箭在肯尼迪航天中心發(fā)射，這是NASA與埃隆·馬斯克合作的第一個(gè)科學(xué)任務(wù)

美國宇航局（NASA）于美東時(shí)間2018年4月18日發(fā)射了一顆探測(cè)衛(wèi)星，這顆帶著相機(jī)和雄心的小航天器“凌星系外行星巡天衛(wèi)星”，又稱TESS，在熊熊火焰中由SpaceX獵鷹9號(hào)火箭搭載升空，它將長(zhǎng)時(shí)間在月球和地球之間停留。

在接下來的兩年里，它將掃描巡視太陽系外世界。

TESS是人們?cè)噲D解答幾千年來困惑著人類的、也是近30年來天文學(xué)領(lǐng)域一直探索的主導(dǎo)謎題做出的最新努力：我們是孤獨(dú)的嗎？還有其他的地球嗎？哪怕在銀河系的任意其他地方存在微生物的證據(jù)都會(huì)震撼整個(gè)科學(xué)界。

不久以前，天文學(xué)家不知道在我們的太陽系外是否有行星，或者如果有的話，它們能否被發(fā)現(xiàn)。但從1995年一個(gè)圍繞類似太陽的恒星飛馬座51運(yùn)行的行星被發(fā)現(xiàn)開始，一場(chǎng)革命已經(jīng)發(fā)生。

美國宇航局2009年發(fā)射的開普勒太空望遠(yuǎn)鏡，在銀河系的一小塊天區(qū)天鵝座附近發(fā)現(xiàn)了4000顆可能的行星。開普勒在其瞄準(zhǔn)系統(tǒng)損壞之后，只對(duì)其他星場(chǎng)進(jìn)行了短暫的巡天。在太空中運(yùn)行9年之后，它已耗盡燃料。

麻省理工學(xué)院行星科學(xué)家、TESS團(tuán)隊(duì)成員薩拉·西格爾（Sara Seager）說，“大多數(shù)具有行星的恒星都距離我們很遙遠(yuǎn)，”參考之前開普勒的大量發(fā)現(xiàn)，“TESS將會(huì)填補(bǔ)圍繞附近恒星運(yùn)行的行星空白。”

TESS項(xiàng)目首席科學(xué)家喬治·里克說，有2 000萬顆恒星我們可以探測(cè)

TESS裹著閃閃發(fā)光的鋁箔（左）；一塊印有TESS項(xiàng)目所有工作人員簽名的匾牌（右）；TESS上還安裝了一個(gè)記憶芯片，內(nèi)含學(xué)童所繪的系外行星圖畫

喬治·里克（George Ricker），麻省理工學(xué)院研究員以及TESS團(tuán)隊(duì)的領(lǐng)導(dǎo)者，希望在300光年以內(nèi)的空間里找到500顆類似地球大小的行星，因?yàn)檫@個(gè)距離可以讓新一代的地面和太空望遠(yuǎn)鏡來檢驗(yàn)居住的可能性，甚至那里是否存在外星生命。

但是TESS的科學(xué)目標(biāo)不止宇宙中的行星。

“TESS會(huì)很有意思，”里克博士說，“我們有2 000萬顆恒星可以探測(cè)。航天器能夠?qū)μ炜罩械拿恳淮伍W爍做精確的亮度測(cè)量，星系、恒星、活動(dòng)星系核?！彼穆曇糁饾u減弱。

大多數(shù)的系外行星都圍繞著被稱為紅矮星的一類恒星運(yùn)行，紅矮星比太陽小得多，也更冷。它們是構(gòu)成我們近鄰（以及宇宙中）恒星的重要部分，對(duì)大多數(shù)行星來說也大概如此。

與開普勒望遠(yuǎn)鏡一樣，TESS會(huì)通過監(jiān)視恒星的光度來獵取這些行星，如果探測(cè)到光度的輕微下降和瞬間的衰落，表明有行星在它所圍繞的恒星前面通過。

該任務(wù)的策劃者說，他們預(yù)計(jì)最終編目20 000個(gè)不計(jì)形狀和尺寸的新的系外行星候選體，特別是他們承諾要拿出50顆小于4倍地球尺寸的新行星的質(zhì)量和軌道。

宇宙中的大多數(shù)行星尺寸都在地球和海王星的尺寸范圍之內(nèi)變化，但太陽系中沒有這樣的實(shí)例，正如西格博士所說：“我們對(duì)它們一無所知。”

它們是大部分由巖石構(gòu)成、被大氣面紗圍繞的所謂的“超級(jí)地球”？還是具有深埋在大量氣體中的小鐵核的 “迷你海王星”？

來自開普勒和天文學(xué)家的數(shù)據(jù)表明，不同之處在于質(zhì)量：具有大量巖石的肥沃之地——固態(tài)行星的尺寸往往小于地球大小的1.5倍，而具有冰云的“不毛之地”——?dú)鈶B(tài)行星體積則往往更大。遵循這條規(guī)律，那么有多少顆行星具備上述任一種情況，就能確定系外世界里有多少個(gè)星球可能有凍結(jié)的水蒸氣或成為潛在的生命花園。

“我們需要進(jìn)行精確的質(zhì)量測(cè)量?！惫鹗访芩商祗w物理中心負(fù)責(zé)組織天文學(xué)家跟蹤TESS觀測(cè)結(jié)果的大衛(wèi)·萊瑟姆（David Latham）說。

為此，該小組已經(jīng)獲得了在未來5年里每年80個(gè)晚上的觀測(cè)時(shí)間，利用安裝在意大利加那利大型望遠(yuǎn)鏡上的HARPS-N攝譜儀。該望遠(yuǎn)鏡位于非洲沿海的加那利群島拉帕爾馬島，隸屬于西班牙。

HARPS——高精度徑向速度行星搜索器，可以利用行星在繞軌道運(yùn)行時(shí)影響其主恒星擺動(dòng)的程度來測(cè)量一顆行星的質(zhì)量，這樣的測(cè)量如果足夠精確，將有助于對(duì)目標(biāo)的組成和結(jié)構(gòu)進(jìn)行區(qū)分。

TESS是美國宇航局較小的任務(wù)之一，預(yù)算2億美元，與之相比，開普勒望遠(yuǎn)鏡的預(yù)算約為6.5億美元。

發(fā)射前，TESS被部分裹著閃閃發(fā)光的鋁箔、短而粗的太陽能板折疊在一邊，安置在塑料帳篷內(nèi)的圓形底座上。這個(gè)帳篷在一座偏僻建筑中海綿般的“潔凈室”里占據(jù)了一個(gè)角落，位于太空中心的邊緣，在棕櫚樹、運(yùn)河和鸕鶿群中。

航天器的外形就像一個(gè)體積龐大、形狀怪異的冰箱，沒有裝磁鐵，而是帶著神秘的噴嘴和連接器。4對(duì)藍(lán)色支架從底座下面伸出來，仿佛高科技機(jī)械在汽車下面工作。

工程師們將匾牌粘貼到飛船底部，包括一個(gè)存有學(xué)童所繪的系外行星想象圖的記憶芯片。

里克博士站在一邊，穿著保護(hù)材料制成的防護(hù)服，只露出他戴著眼鏡的雙眼，在帳篷里凝視著他的新飛船，仿佛在看他的汽車被修理，并與設(shè)計(jì)和建造的工程師談?wù)撝鸺?/p>

里克博士作為麻省理工學(xué)院科維理天體物理研究所和空間研究所的研究員，一直是一名火箭科學(xué)家，建造即將發(fā)射到太空的天文衛(wèi)星占據(jù)了他整個(gè)職業(yè)生涯的很大部分。

他以前的大多數(shù)項(xiàng)目涉及通過X射線或伽馬射線來測(cè)量宇宙的律動(dòng)，最近是利用高能瞬變探測(cè)器來研究伽馬射線暴。

當(dāng)被問及研究行星是否代表他離開了以前的研究時(shí)，里克博士聳聳肩說：“并不是這樣?！彼乃泄ぷ鞫忌婕皩?duì)事物變化的精確測(cè)量，他稱之為“時(shí)域天文學(xué)”。

這項(xiàng)工作的關(guān)鍵是保有非常穩(wěn)定和靈敏的探測(cè)器——成像芯片，它是智能手機(jī)中傳感器的近親，可以可靠地記錄只有百萬分之幾的亮度變化，而這表明一顆行星正經(jīng)過它的主恒星。

里克博士說，他和他的同事們?cè)缭?006年就開始醞釀一個(gè)關(guān)于發(fā)現(xiàn)行星的任務(wù)。在參加了一次耗資較少的NASA小型搜尋項(xiàng)目競(jìng)賽失利后，科學(xué)家們?cè)?010年重新參加了一項(xiàng)更大的任務(wù)競(jìng)賽，并獲得了勝利。

他們已經(jīng)竭盡全力去設(shè)計(jì)一種緊湊的航天器，來適配NASA用于小型探索的火箭，所以當(dāng)NASA選擇SpaceX的獵鷹9號(hào)時(shí)，它可以攜帶更大的載荷來完成TESS發(fā)射任務(wù)。

這是美國宇航局第一次為它的科學(xué)任務(wù)從埃隆·馬斯克的公司購買一艘SpaceX火箭。所有目光都聚焦在發(fā)射臺(tái)上，SpaceX的發(fā)射歷史中，偶爾也有不愉快的被迫放棄的任務(wù)。

美國宇航局發(fā)布的一份報(bào)告顯示，航天局和SpaceX仍就兩年半前國際空間站在飛行中解體的任務(wù)出錯(cuò)問題無法達(dá)成一致。在2016的第二次災(zāi)難中，一艘獵鷹9在發(fā)射臺(tái)測(cè)試中爆炸，摧毀了一顆其客戶包括Facebook的通信衛(wèi)星。

不屈不撓的SpaceX公司及其創(chuàng)始人馬斯克先生已經(jīng)連續(xù)22次發(fā)射獵鷹，并于2018年2月進(jìn)行了一次重型獵鷹的首飛，這是世界上最強(qiáng)大的火箭，馬斯克借此把他的一輛特斯拉跑車送入了太空。

TESS：與一顆繞著它的恒星運(yùn)行的行星相伴

“TESS看起來像獵鷹9里面的一個(gè)小玩具?！崩锟瞬┦空f。不過，是一個(gè)有潛力的玩具。

在飛船的頂部有4個(gè)小相機(jī)，每一個(gè)都有24度的視場(chǎng)，大致是與獵戶座星座大小相當(dāng)?shù)囊粔K天區(qū)面積。

相機(jī)每次將持續(xù)觀察天空的相鄰區(qū)域27天，然后換到下一塊天區(qū)。第一年，研究人員將對(duì)整個(gè)南半球天空進(jìn)行巡天；第二年，他們會(huì)將北半球天空的數(shù)據(jù)整合到一起。如果任務(wù)延長(zhǎng)超過兩年，他們會(huì)重復(fù)上述過程。

里克博士和他的同事們準(zhǔn)備了一張200 000顆附近恒星的列表，這些恒星的亮度將被以他們稱為航天器“郵戳”的模式每?jī)煞昼姕y(cè)量并報(bào)告一次。同時(shí)，每隔半小時(shí)記錄一次24度大小的天區(qū)圖像。

在尋找可居住的系外行星競(jìng)賽中，這樣的搜尋方式對(duì)于尋找和研究更有勝算，即圍繞天文學(xué)術(shù)語中無所不在的紅矮星?！斑@是紅矮星的時(shí)代?！蔽鞲癫┦空f。

因?yàn)樗鼈儽忍柛涓等?，它們的“金發(fā)碧眼”帶——原則上說是可能存在液態(tài)水的——距離它們的主恒星只有幾百萬英里，而不是地球繞太陽的9 000萬英里。

在更短的繞行距離情況下，紅矮星上的所謂1年只有10到30天。如果TESS正巧在那27天里關(guān)注這塊天區(qū)，由于凌星的緣故，我們可能會(huì)看到光度的3次輕微下降，那么足以證明這顆行星是一個(gè)真正的候選體，并對(duì)其開展調(diào)查來進(jìn)一步證實(shí)。

但事實(shí)上，正如西格博士所指出的，可居住性仍有待商榷，至少對(duì)于脆弱的我們來說如此。紅矮星非常不穩(wěn)定，并且會(huì)受到強(qiáng)烈的太陽耀斑影響。

從開普勒對(duì)特拉普系統(tǒng)80天的觀測(cè)數(shù)據(jù)分析，這個(gè)系統(tǒng)包括至少7顆地球大小的行星緊緊圍繞著一顆距離我們約40光年的恒星，匈牙利天文學(xué)家計(jì)算出該小行星系統(tǒng)受到過42次太陽耀斑并因此產(chǎn)生了致命輻射。

西格博士指出，至少有一次，就像1859年一個(gè)著名的太陽耀斑“卡林頓事件”，它摧毀了地球上的電信服務(wù)，并使得低緯度地區(qū)直到赤道都看到了極光。

西格博士說：“就我個(gè)人而言，我將永遠(yuǎn)支持存在一個(gè)能讓我們感覺到有親緣關(guān)系的真正的地球?qū)\生兄弟?！彼傅氖且粋€(gè)像我們的地球這樣的行星，圍繞著一顆像太陽一樣大的恒星運(yùn)轉(zhuǎn)。

為了開始其出色的探險(xiǎn)，TESS將被發(fā)射到一個(gè)異常偏心的軌道上，在最遠(yuǎn)點(diǎn)將衛(wèi)星一路帶到月球。與月球的引力相互作用將使TESS在長(zhǎng)達(dá)1 000年里保持穩(wěn)定的13.7天軌道周期，里克博士說。

遠(yuǎn)地點(diǎn)，離地球最遠(yuǎn)的距離，將最大限度地減少來自地球的阻礙和干擾。TESS將在每次環(huán)繞到離地球最近的時(shí)候傳回?cái)?shù)據(jù)，在大約67000英里處。

萊瑟姆博士稱之為“光滑的軌道”，但需要近兩個(gè)月的時(shí)間消耗許多燃料才能到達(dá)那里并開始進(jìn)行科學(xué)研究。如果一切順利，那將是2018年6月中旬。

里克博士說，在這個(gè)過程中的某個(gè)時(shí)候，研究小組將把飛船上的相機(jī)轉(zhuǎn)向地球，最后回眸一下家園。

當(dāng)被問及是否準(zhǔn)備成為系外行星先生時(shí)，里克博士皺皺眉，他說，“我所期待的是，獲取一些數(shù)據(jù)來查看?！?/p>