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    最新探索目标:发现上万颗系外行星,至少50颗地球大小系外行星

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      爱因斯坦

      可能有成千上万行星位于太阳系外,可能是岩态世界,也可能是稀薄的气体和尘埃。这些最近的系外行星位于哪里?也许我们能探测它们组成的线索,甚至可居住吗?凌日系外行星测量卫星“苔丝”(TESS)将是第一个寻找附近世界的卫星。NASA资助的宇宙飞船,体积并不比冰箱大得多,搭载了四个摄像头,它们是在麻省理工学院(MIT)设计和建造的,有一个大眼睛的视觉:去测量天空中最近的、最亮的恒星,寻找经过的行星迹象。

      最新探索目标:发现上万颗系外行星,至少50颗地球大小系外行星

      凌日系外行星观测卫星(TESS)将会发现数千颗围绕着天空中最亮的恒星运行的外行星。图片:NASA's Goddard Space Flight Center/CI Lab

      十多年前麻省理工学院的科学家们首次提出这项任务,苔丝马上就要离开地面了。这艘宇宙飞船计划于4月16日下午6点32分在佛罗里达州卡纳维拉尔角空军基地搭载SpaceX猎鹰9号火箭发射。苔丝将花两年的时间来扫描几乎整个天空,一个可以容纳超过2000万颗恒星的视场。科学家们预计成千上万的这些恒星将会承载凌日行星,希望通过与苔丝的相机拍摄的照片来探测这些行星。麻省理工学院的苔丝科学团队的目标是测量至少50个(小)行星的半径,这些行星的半径小于地球的四倍。

      苔丝观测的许多行星都应该离我们足够近,一旦它们被苔丝认出来,科学家就可以用其他望远镜放大它们,探测大气,描绘大气状况,甚至寻找可居住的迹象。苔丝的兴趣对象副经理纳塔莉亚·格列罗说:苔丝有点像个侦察兵,将收集到的那些可能是潜在的系外行星。在整个天空的风景之旅,在某些方面不知道会看到什么,这就像我们在制作一张藏宝图:这些都是很酷的东西。一粒种子,种在太空中。苔丝起源来自于一个更小的卫星,由麻省理工学院设计和建造,并于2000年10月9日由美国国家航空航天局发射升空。

      最新探索目标:发现上万颗系外行星,至少50颗地球大小系外行星

      由麻省理工学院Kavli天体物理与空间研究中心(MKI)研发的一套飞行照相机电子设备,将把从相机到计算机上的外行星数据传输到飞船上,并在传回地球科学家之前进行处理。图片:MIT Kavli Institute

      高能瞬变探测器2或HETE-2,绕地球轨道运行了7年,任务是探测和定位伽马射线爆发-高能爆炸,发射大量的,短暂的伽马射线和x射线。为了探测这种极端、短暂的现象,麻省理工学院(MIT)的科学家们,由首席研究员乔治·瑞克(George Ricker)领导,将一套光学和x射线照相机组合在一起,配备了ccd或电荷耦合器件,以电子形式记录强度和光的位置。TESS的仪器科学家,HETE-2团队成员Joel Villasenor说随着CCDs在20世纪70年代的出现,有了这个神奇的设备……这让天文学家们变得更容易了。只要把CCD上的所有像素加起来,就能得到光的强度或大小。因此ccd确实为天文学打开了一扇门。

      2004年Ricker和HETE-2团队想知道卫星的光学摄像机是否能够分辨出天空中已经开始吸引天文界的其他天体:系外行星。大约在这个时候太阳系外发现了不到200颗行星。其中一些是通过一种被称为“过境法”的技术发现的,这种方法包括寻找某些恒星发出的光的周期性下降,这可能是一颗行星经过恒星前的信号。HETE-2照相机的光度是否足够,这样就可以指向天空的某一部分,并探测到其中的一个凹陷?不用说它并没有真正起作用,但那是一种让科学家开始思考的种子,也许我们应该试着用照相机来飞行ccd,来探测这些东西。2006年Ricker和他在麻省理工学院的团队向NASA提出了一个小型的低成本卫星(HETE-S)作为一个发现级任务,后来作为一个私人资助的任务花费了2000万美元。

      最新探索目标:发现上万颗系外行星,至少50颗地球大小系外行星

      NASA凌日系外行星测量卫星(TESS),将识别出围绕在我们太阳系外最亮的恒星的系外行星。图片:NASA's Goddard Space Flight Center

      但是随着一项全天空系外行星调查的成本和兴趣的增加,决定寻求NASA的资助,达到1.2亿美元的更高水平。2008年提交了一份关于NASA小探险家(SMEX)级任务的提案。在这个时候,卫星的设计包括6个CCD相机,研究小组建议航天器在低地球轨道飞行,类似于HETE-2。这样的轨道应该保持相对较高的观测效率,因为他们已经为het -2建立了数据接收地面站,也可以用来给苔丝使用。低地球轨道会对苔丝更敏感的相机产生负面影响。例如宇宙飞船对地球磁场的反应可能会导致重大的“宇宙飞船抖动”,产生的噪音掩盖了一颗系外行星在星光下的倾角。NASA绕过了第一个提议,这个小组又回到了画板上,这一次出现了一个新的计划,它围绕着一个全新的轨道。

      在工程师的帮助下,航空航天公司和美国航空航天局戈达德太空飞行中心(Goddard Space Flight Center)的工程师们发现了一个从未被使用过的“月球共振”轨道,它能让航天器保持极其稳定的状态,同时还能看到一个完整的天空景象。一旦苔丝到达了这个轨道,它就会在地球和月球之间的一个高度椭圆的轨道上弹射,这条路径可以使苔丝在月球的引力作用下,在轨道上运行几十年。月球和卫星处于某种形式的舞蹈中,月亮把卫星拉到一边,当苔丝完成一个轨道的时候,月亮就在另一边拉着相反的方向。整体效果是月亮的拉力被抵消了,而且这是多年来非常稳定的结构。之前没有人这么做过,其他项目以后会尝试使用这个轨道。

      最新探索目标:发现上万颗系外行星,至少50颗地球大小系外行星

      NASA的凌日系外行星测量卫星(TESS),将识别出围绕在我们太阳系外最亮的恒星的系外行星。图片:NASA's Goddard Space Flight Center

      在目前计划的轨道上,苔丝将会在不到两周的时间里向月球进发,收集数据,然后返回地球,在地球上最接近的地方,它将把数据传回地面,从地表67000英里的高度,再甩出去。最终这个轨道将为苔丝节省大量的燃料,因为它不需要经常燃烧它的推进器来保持它的轨道。随着轨道的改变,TESS团队在2010年提交了第二份提案,这一次是NASA 2013年批准的探险家级任务。正是在这个时候,开普勒太空望远镜结束了对太阳系外行星的最初调查。该天文台于2009年发射升空,在四年的时间里,它一直盯着天空中的一个特定的区域,观察遥远的恒星发出的光,寻找行星的变化迹象。

      到2013年,开普勒的四个反应轮中有两个已经磨损,阻止了宇宙飞船继续原来的调查。在这一点上望远镜的测量使发现了近1000颗被证实的系外行星。为研究遥远的恒星而设计的开普勒望远镜为苔丝铺平了道路,这是一个视野更开阔的任务,可以扫描最近的恒星到地球。开普勒升空了,并且取得了巨大的成功,研究人员说可以做这类科学,而且到处都有行星,T这确实是我们NASA需要的科学的复选框,现在苔丝不仅能探测到行星,还能找到我们能在事后彻底发现的行星。通过NASA的选择,TESS团队在学校和麻省理工学院的林肯实验室建立了设施,来建造和测试飞船的摄像头。工程师们专门为苔丝设计了“深度耗竭”的ccd,这意味着摄像机可以探测到近红外波段光线,这是很重要的,因为很多附近的恒星都是红矮星,它们的发光强度比太阳和电磁波谱的红外部分都要小。

      如果科学家们能从这些恒星发出的光中探测到周期性的下降,这可能表明行星的存在比地球更紧的轨道。然而这些行星中有可能存在于“宜居地带”,因为它们会绕着比太阳更冷的恒星旋转。由于这些恒星相对较近,科学家可以通过地面望远镜进行后续观测,以帮助确定是否确实适合生命。苔丝照相机安装在卫星的顶部,周围环绕着一个保护锥,以保护他们免受其他形式的电磁辐射。每架照相机都有24度24度的天空,足够大到可以容纳猎户座。这颗卫星将在南半球开始观测,并将天空分成13条,对每段进行27天的监测,然后再转向下一段。在进入北半球的第二年,苔丝应该能够在南半球观察到几乎整个天空。

      当苔丝站在天空的一个条纹上时,它的照相机将拍摄那部分的星星。Ricker和他的同事们已经列出了20万个附近的明亮恒星。该卫星的摄像头将创建“邮票”图像,这些图像包含这些恒星周围的像素。这些图像将每两分钟拍摄一次,以便最大限度地捕捉到行星在其恒星前方交叉的时刻。摄像机还将拍摄每30分钟一段天空中所有星星的全帧图像。两分钟的照片可以得到一个像电影一样的图像,当行星在它的主星前方穿越时,星光正在做什么。对于30分钟的图像来说,人们对可能会看到超新星、小行星或与引力波对应的天体感到兴奋。不知道在那个时候我们会看到什么。我们是孤独的吗?在苔丝发射后,该小组预计卫星将在第一周内重新建立联系,在此期间它将打开所有的仪器和照相机。

      然后将有一个60天的调试阶段,由轨道ATK, NASA和MIT的工程师和科学家校准仪器并监测卫星的轨迹和性能。在那之后,苔丝将开始收集和下行天空的图像。麻省理工学院和美国国家航空航天局的科学家们将把原始数据转换成光曲线,以显示一颗恒星随时间变化的亮度。苔丝科学团队包括Sara Seager地球的1941级教授,大气和行星科学和科学副主任苔丝,会通过成千上万的光曲线,至少在两个相似的蘸星光,表明行星可能通过其恒星前面的两倍。Seager和她的同事随后将采用一系列方法来确定一个潜在行星的质量。质量是一个具有决定性的行星特性,如果只知道一个行星是地球的两倍,

      质量和大小共同就能知道平均行星密度,这将知道行星是什么。在苔丝为期两年的任务中,西格和她的同事们的目标是测量50颗行星的质量,这些行星的半径是地球的四倍,这可能意味着对可居住性迹象的进一步观察。与此同时,整个科学界和公众将有机会为他们自己的系外行星寻找苔丝的数据。一旦数据被校准,团队就会让他们公开。任何人都可以下载数据,并得出自己的解释,包括高中生、空谈天文学家和其他研究机构。有这么多的眼睛盯着苔丝的数据,有可能有一天,在苔丝发现的附近星球上会发现有生命迹象。没有任何科学能告诉我们生命现在就在那里,除了那些小的岩石行星似乎非常普遍,它们似乎无处不在,所以它一定在某个地方?

      博科园-科学科普|来源:麻省理工学院

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    • Lv.6伽马射线
      欧拉
      好酷 [s-70]
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      Lv.20胡夫金字塔
      阿基米德🌏
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      跨界认知研究者-探索人文与自然的链接

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