靜待發(fā)射的獵鷹9號火箭，頂部整流罩內(nèi)裝的是TESS,，NASA專門用于搜尋太陽系外行星的下一代空間天文臺,。圖片來源：SpaceX

（艾麥樂 編譯）經(jīng)過了一次推遲之后，北京時間4月19日早晨6:51,，一枚獵鷹9號火箭將從美國佛羅里達的卡納維拉爾角發(fā)射升空?；鸺敳康恼髡謨?nèi)裝的是TESS,，NASA專門用于搜尋太陽系外行星的下一代空間天文臺。

TESS的全稱是凌星系外行星巡天望遠鏡,，設(shè)計目標是用它來掃描天空,，搜尋鄰近恒星周圍與地球相似的行星。

那么,，到底TESS是什么,，又將如何完成它的目標呢？

搜尋離太陽系最近的巖石行星

第一顆繞著其他恒星旋轉(zhuǎn)的行星,，是在1992年被確認發(fā)現(xiàn)的,。它所環(huán)繞的恒星，是一顆脈沖星,，是恒星的殘骸,，不能算是一顆普通的恒星。又過了3年,，第一顆繞著普通恒星旋轉(zhuǎn)的行星被天文學家發(fā)現(xiàn),，更多的系外行星才陸續(xù)浮出水面。沒過多久,，天文學家就發(fā)現(xiàn),，一些系外行星的軌道平面恰好側(cè)對著地球,，讓它們能夠從各自恒星的正前方經(jīng)過。發(fā)生這種情況時,，系外行星便會遮擋一點點星光,，而在我們的眼中，這顆恒星就會稍稍變暗一些,。這種變暗的幅度通常很小,，但如果遇到到大個子行星和小個子恒星，這種所謂的凌星現(xiàn)象就能產(chǎn)生超過1%的亮度下降,，用現(xiàn)代觀測設(shè)備很容易檢測出來,。

2009年，NASA發(fā)射了開普勒望遠鏡,，來尋找更多的凌星系外行星,。開普勒望遠鏡只指向一小塊天空（位于天鵝座中），盯著大約15萬顆恒星,，監(jiān)測它們的亮度,。它已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了超過2300顆得到確認的行星，還有差不多同樣數(shù)量的備選行星（即疑似是行星,，仍需后續(xù)觀測來證實它們確實存在）,。盡管后來，開普勒望遠鏡遇到了一些機械故障,，無法保持原來的指向,，但工程師設(shè)法挽救了這項任務(wù)。如今,，它仍在堅持工作,，只是功能上受到限制，必須定期改變指向,。稱為K2的這項拓展任務(wù),，也已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了超過300顆系外行星。

開普勒望遠鏡的設(shè)計目的,，就是要深入到銀河系深處,，它對暗弱恒星更加靈敏，這是為了盡可能多地發(fā)現(xiàn)系外行星,。開普勒任務(wù)是為了回答這樣一個問題：“宇宙中有多少系外行星,，又可以分成哪幾種類別？”

而TESS將要回答的,，是另一個同等重要的問題：“離我們最近的巖石行星在哪里,？”

 TESS望遠鏡在軌運行的藝術(shù)畫。圖片來源：NASA's Goddard Space Flight Center/CI Lab

為了做到這一點，它將巡視整個天空的85%（比開普勒望遠鏡的視場大將近400倍）,，觀察大約20萬顆最明亮的恒星,，監(jiān)測它們的亮度，搜尋凌星的跡象,。這些恒星大都離地球不遠（都在大約300光年以內(nèi)）,，所以TESS將找到銀河系中離我們最近的一些系外行星。在總數(shù)上,，TESS將發(fā)現(xiàn)大量的行星,，而據(jù)估計，其中直徑小于4倍地球的行星,，它應(yīng)該能夠找到大約50顆,。

這樣的行星稱為超級地球，在這樣的大小范圍內(nèi),，行星仍有可能主要由巖石構(gòu)成,，并且擁有一個大氣層。比這更大的行星,，在形成過程中往往會迅速增長,，成為所謂的“迷你海王星”——它們比海王星小一些，卻很可能擁有較為濃厚的大氣層,。所以,，想要找到跟我們類似的行星，4倍地球直徑以下才是最佳的搜尋范圍,。

地球和另外幾顆人類已知超級地球的“合影”,。除地球以外，其他行星的表面顏色及特征,，都只是藝術(shù)家的想象，我們對那些行星的細節(jié)幾乎一無所知,。圖片來源： NASA/Ames/JPL-Caltech

方便后續(xù)觀測確定行星細節(jié)

TESS的美妙之處在于,，因為它觀測的都是比較明亮的恒星，所以它發(fā)現(xiàn)的任何行星,，利用地面設(shè)備都很容易進行后續(xù)觀測,。這一點很關(guān)鍵，意味著我們可以用光譜儀對準它們,，將星光拆分成不同的顏色,。如果測量得足夠精細，我們就能得到有關(guān)這些行星的大量信息,。最重要的一點是,，我們能稱量出這些行星的質(zhì)量。

行星繞著恒星運轉(zhuǎn)時,，它的引力也會拖拽恒星,。行星會沿著一個大圓（或者橢圓）繞恒星旋轉(zhuǎn),，作為回應(yīng)，恒星也會小幅度擺動,。我們無法直接看到這樣的擺動,，但隨著恒星的擺動，有時候它會靠近我們,，有時候又會遠離我們,，這意味著我們可以從它的光譜中尋找多普勒頻移。行星質(zhì)量越大,，它對恒星的拖拽就越強,，恒星便會擺動得越快。所以,，通過觀測恒星的光譜,，我們能夠稱量行星的質(zhì)量。

而凌星能夠告訴我們行星有多大,，因為星光被遮擋掉多少完全取決于行星的個頭,。知道了質(zhì)量和大小，我們就能得到行星的密度,。而這,，正是我們的目的所在。

與地球這樣只有稀薄大氣層的巖石行星相比,，有著濃厚大氣層的行星密度會稍低一些,。如果能夠測定密度，我們就可以著手來了解這顆行星了,。

此外,，在某些情況下，行星的大氣層也是可以被測定的,。光譜分析將揭示大氣層的化學構(gòu)成,。所以，找到鄰近的太陽系外行星,，確實非常非常重要,。

這正是TESS要做的事情。

相比于這項宏大的任務(wù),，TESS本身實際上小得驚人,，大概只有一臺大型冰箱那么大，總重量不到400千克,。圖片來源：NASA

前所未有的古怪軌道

TESS的軌道不得不提,，因為它實在太過古怪。

它既不像大多數(shù)人造衛(wèi)星那樣在低地球軌道運行，也不像開普勒望遠鏡那樣環(huán)繞太陽運行,，而是沿著一條長橢圓軌道繞地球運轉(zhuǎn),，到地球的距離介于11萬千米到37.5萬千米之間。這條軌道還會翹起一個37°的傾角,。為什么要給它安排這么一條古怪的軌道呢,？

因為這是一條特殊的軌道。它跟月亮有著某種恰到好處的同步,，每當TESS抵達遠地點,，也就是運行到離地球最遠的那一點時，月球總是會出現(xiàn)在跟TESS呈90°直角的位置上,。不僅如此,，TESS繞地球運轉(zhuǎn)一整圈所用的時間剛好是月球的一半，如此一來,，當TESS抵達遠地點時,，月亮會出現(xiàn)在它的一側(cè)，而再過大約13.6天,，TESS再次抵達遠地點時,，月亮會出現(xiàn)在它的另外一側(cè)。通過這種方式,，月球引力的影響就會在一個月內(nèi)相互抵消,，使得TESS的軌道能夠保持穩(wěn)定。

長橢圓軌道還有其他好處,。它讓TESS遠離地球的磁場,，而磁場會影響航天器的運行。它還讓TESS永遠處在陽光照耀之中,，以免受到熱脹冷縮的影響,。在低地球軌道上，人造衛(wèi)星每天都會經(jīng)歷好幾次日出和日落,，巨大的溫差會縮短人造衛(wèi)星的使用年限,。

為了抵達這樣一條奇怪的軌道，TESS將由獵鷹9號火箭發(fā)射升空,，先抵達一條低地地球軌道，再通過二級火箭的再次點火,，將軌道的遠地點推高到27萬千米左右,。接下來，TESS將與火箭分離,，用自身攜帶的推進器完成多次軌道抬升,，直到它有機會從足夠近的地方飛掠月球。月球的引力將改變軌道的形狀和傾角，把TESS甩到最終的任務(wù)軌道上去,。在那之后,，TESS還要再經(jīng)過2個月的試運行，以確保所有設(shè)備都運轉(zhuǎn)正常,。

TESS將在一條特殊軌道上執(zhí)行觀測任務(wù),。為了進入這條軌道，它還必須借助月球引力的幫助,。

接下來,，行星搜尋將正式開始。

我發(fā)現(xiàn),，還從來沒有哪個航天器被發(fā)射到這樣一條軌道上,。事實上，就連這條軌道的概念,，也是2013年才首次有人提出,。數(shù)學計算證明這是可行的，如果這次任務(wù)成功演示了一點,，估計未來會有更多的航天器使用這條軌道,。

由于必須借助月球的引力，TESS的發(fā)射窗口非常狹窄,，每次只有30秒時間,。地球的自轉(zhuǎn)加上月球的位置都必須恰到好處才行。

所以,，如果可以的話,，一定記得收看發(fā)射直播。畢竟,，能夠把地球,、月亮、成千上萬顆鄰近恒星,，以及可能存在的一大批類地行星全都牽扯在內(nèi)的探測任務(wù),，可沒有那么常見！（編輯：Steed）

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