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发布时间:2018-11-20

原标题:NASA TESS下周一搭乘猎鹰9火箭升空,寻找外星生命

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据The Verge北京时间4月13日报道,美国航空航天局下周将发射被称作TESS的航天器,在宇宙中搜索人类之前没有发现的系外行星,帮助科学家了解它们的构成,以及它们是否存在生命。

▲TESS将搜索围绕距离地球最近的恒星运行的行星,搜寻外星生命

下周一,TESS将搭乘猎鹰9火箭从位于美国佛罗里达州的卡纳维拉尔角空军基地升空。

TESS的发射正值美国航空航天局的系外行星搜索航天器——开普勒望远镜即将退役之际。2009年升空的开普勒望远镜燃料将在未来数月消耗完毕。但是,TESS的使命不同于开普勒望远镜,后者的使命只是简单地发现尽可能多的系外行星,TESS则更“挑剔”,将搜索围绕距离地球最近的恒星运行的行星。据美国航空航天局称,由于这些恒星亮度更高,研究起来更方便。

美国航空航天局TESS项目科学家史蒂芬·莱因哈特(Stephen Rinehart)向The Verge表示,“开普勒望远镜的任务是对系外行星进行普查:系外行星有多少?分布情况如何?与地球大小相当的系外行星有多少?TESS则针对研究与地球邻近的系外行星进行了优化,对它们进行更详尽的研究。”

TESS特别关注的一类系外行星是:位于恒星恰当轨道上、与地球大小相当的岩石行星,这类行星可能存在液态水。如果发现存在与地球相似大气层的系外行星,它们就可能存在外星生命。

亮度越高越方便研究

开普勒望远镜一次只能观察数小块天空,在其视野内存在10万颗恒星。TESS的视野将是开普勒望远镜的400倍,能看到20万颗,甚至数百万颗恒星。美国航空航天局阿姆斯研究中心天文学家、开普勒望远镜项目科学家杰西·多特森(Jessie Dotson)向The Verge表示,“它将在我们看不到的天空中找到系外行星。”

在寻找系外行星方面,TESS和开普勒望远镜采用相同的技术:凌日法。每当行星凌日时,恒星亮度会降低,在地球轨道上运行的望远镜能检测到恒星亮度的变化。但与开普勒望远镜相比,TESS观察的恒星距离地球要近得多:距离地球数十至数百光年,而非数千光年,这使得恒星的亮度在天空中要高出30至100倍。

▲TESS搜索系外行星的艺术渲染图

要真正了解系外行星的构成——是像地球一样的岩石行星还是像木星一样的气体行星,我们需要知道其密度。要了解行星的密度,最好的方法是知道它对恒星的影响。即使一颗行星相对较小,它对恒星也产生引力,会引起恒星轻微摇晃。摇晃的程度与行星质量有关。

亮度更高的恒星,能更方便地快速检测其摇晃程度。对于距离遥远、亮度低的恒星,天文学家无法收集到足够的光线,判断其摇晃程度需要更长时间。像开普勒望远镜观察的恒星,判断其摇晃程度可能需要数周,甚至数月时间。但对于TESS观察的恒星,判断其摇晃程度可能只需要数个小时。

莱因哈特说,利用开普勒望远镜,天文学家只能判断少数恒星的摇晃程度,“利用TESS,可以判断所有观察目标的摇晃程度”。

TESS将发现这样的系外行星

利用其4台相机,TESS对同一片天空只观察27天,然后转向观察下一片天空;相比之下,开普勒望远镜的观察时间长达数月甚至数年。因此,TESS将主要用于搜索运行周期小于1个月的系外行星——限制了其能发现的系外行星类型。

需要澄清的一点是,TESS不会发现地球2.0。TESS可能发现的类地系外行星将围绕红矮星运行,红矮星辐射的能量远小于太阳,系外行星必须更靠近红矮星才能维持液态水,这意味着这些行星上的一年只相当于地球的10天左右。

▲围绕红矮星运行的系外行星艺术渲染图

天文学家对发现围绕红矮星运行的行星一直非常兴奋,因为红矮星在宇宙中大量存在。但是,只是在宜居带内,并不意味着红矮星的行星上会有生命存在。靠近红矮星运行的系外行星,一面会长时间是白天,另一面则长时间是黑夜。红矮星“性情不稳”,时常会向附近的行星发出大量高能粒子,这意味着这些系外行星不可能存在与地球相似的环境。

当詹姆斯·韦伯太空望远镜投入使用时,天文学家将能够研究TESS发现的大小与地球相似系外行星的大气层。不过,詹姆斯·韦伯太空望远镜最早也要到2020年才能升空,因此,我们要知道这些系外行星是否存在能对生命提供支持的大气层还需要数年时间。

麻省理工学院行星科学家萨拉·西格尔(Sara Seager)表示,她对发现尺寸是地球2-3倍的系外行星——被称作超级地球或小海王星——非常激动。开普勒望远镜发现这类行星非常常见,但人类对它们的构成和形成知之甚少。当TESS发现这类系外行星时,天文学家可以利用地面上的望远镜继续研究它们大气层的构成,从而了解它们是怎样形成的。

发射升空

TESS计划于美国东部时间星期一下午6:32(北京时间星期二早上6:32),搭乘SpaceX的一枚猎鹰9火箭从位于美国佛罗里达州的卡纳维拉尔角空军基地发射升空。如果一切顺利,TESS将从6月份开始收集数据——届时开普勒望远镜可能开始不能正常工作。

▲TESS轨道示意图

TESS不存在燃料耗尽问题。它将位于围绕地球的超椭圆轨道上,与地球的距离超过月球。TESS绕地球运行一周需要13.7天,以前从未有过航天器在这一轨道上运行,但它异常稳定,因此,TESS不需要多少燃料,可以稳定运行100年以上。

但是,航天器要进入这一轨道需要大量能量。不过TESS有一大优势:尺寸小,重量略低于800磅(362公斤),许多卫星的重量都高达数千磅。TESS只占到猎鹰9火箭的很小一部分空间,这使得猎鹰9火箭能更容易地把它发射到需要的轨道。

根据原定计划,TESS只进行2年的研究工作,但工程师已经在谋划延长其使用寿命。如果成功,TESS将编制新的系外行星索引目录,供天文学家研究之用。

编辑:扁徒

发布时间:2018-11-20 17:36:38

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责任编辑:董杜