凌日系外行星勘测卫星(Transiting Exoplanet Survey Satellite,简称TESS)是
NASA最新的系外行星搜寻项目。科学家们希望,TESS能在为期两年的太空飞行任务中,对至少20万颗恒星进行观察,最终能发现数千颗新的系外行星。
研发背景
TESS 的前身是麻省理工学院设计和建造的、并于2000年10月9日由 NASA 发射升空的一颗小型卫星——高能瞬态事件探测者 2 号(The High Energy Transient Explorer 2, HETE-2)。该卫星已经在太空运行 7 年,其任务是发现和定位高能
伽马射线和X射线暴发现象。
为了探测持续时间极短的
伽马射线暴发现象,以首席科学家 George Ricker 为首的麻省理工学院团队,设计了一款能观测可见光和 X 射线的 CCD 相机,以此记录信号的强度和位置。团队成员 Joel Villasenor 表示,CCD 的发明是天文观测史上的一次飞跃,它使得信号处理变得非常简单。
2004 年,Ricker 和 HETE-2 团队突发奇想:是否可以用 HETE-2 来观测
地外行星?在当时,人类只发现了不到 200 颗地外行星,其中只有少数是用凌星法发现的。而根据最新的数据,人类发现的行星总数已经达到了 3700 个,借助更强大的太空望远镜,在十年之内,这一数字可能会上升到上万个。
Villasenor 表示,实践证明,HETE-2 的凌星探测尝试没有完全达到预期的效果。不过,这次尝试为后继的 CCD 成像地外行星探测任务奠定了基础。
NASA戈达德太空飞行中心GIP办公室负责人帕德·博伊德说:“GIP的目标是让TESS产生尽可能多的科学数据。TESS能对闪耀的年轻的恒星、恒星对以及邻近星系的超新星,甚至遥远活跃星系的
超大质量黑洞进行观测。TESS将大幅拓宽我们的宇宙视野。”
项目团队
项目支持:NASA 天体物理探索
项目领导:位于麻省剑桥的麻省理工学院
项目管理:位于马里兰州格林贝尔特的 NASA 戈达德空间飞行中心
首席科学家:
麻省理工学院 Kavli 天体物理和空间研究所的 George Ricker
参加项目的其他机构:Orbital ATK 公司,NASA Ames 研究中心,哈佛-史密森尼天体物理研究中心(Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics),空间望远镜科学研究所(Space Telescope Science Institute),以及世界各地的其他许多大学、研究机构和天文台。
研发过程
2006 年,Ricker 领导的麻省理工学院团队向 NASA 的探索任务项目提出了新的低成本小卫星方案 HETE-S。团队本拟自筹 2 千万美元经费,但鉴于成本太高,且地外行星的发现日益成为热点,团队决定寻求 NASA 的资助,申请 1.2 亿美元的项目经费。2008 年,团队正式向 NASA 小型探索任务项目提交了申请书,TESS 项目正式起步。
最初,TESS 包括 6 块 CCD 相机,预计运行于近地轨道,跟 HETE-2 任务类似。这种轨道设计有助于借助 HETE-2 任务的数据接收地面站以提高观测效率。
然而,团队发现,近地轨道的地球磁场太强,会导致卫星的显著抖动,这会对 TESS 的高灵敏度相机造成不可接受的干扰。
因此,NASA 拒绝了第一次项目申请。研究团队在 Orbital ATK 公司和 NASA 戈达德空间飞行中心的帮助下,开始重新设计一种被称为“月球共振”(lunar-resonant)的轨道。这种轨道可以在确保飞行器稳定的前提下提供全天域观测视野,这可以算的上是一次创举。
卫星参数
“苔丝”高1.5米,太阳翼、即
太阳能帆板收起时直径大约1.3米,重363千克,比大多数太空探测卫星小巧。按照航空航天局的说法,它的尺寸介于一台冰箱与一台“洗衣烘干一体机”之间。
探测原理
当系外行星经过中央恒星前面时,会短暂遮挡一些光线,导致星光变暗,TESS望远镜可以基于这点来判断行星的体积及环绕恒星一圈的时间,这两条信息对了解某颗行星是否支持生命至关重要。
“苔丝”采用“凌日法”探测系外行星,原理是当一颗行星从恒星前方越过时,可观察到恒星“变暗”现象。“苔丝”会接替燃料即将耗尽的“前辈”——航空航天局2009年发射的
开普勒太空望远镜,后者迄今发现2300颗已获确认的“候选”行星。
“苔丝”配备四个先进的
广角镜头,所观测太空区域比开普勒大350倍,所观测恒星平均比开普勒“亮度高30至100倍”。
发射经过
美国国家航空航天局定于北京时间2018年4月17日晚发射一颗探测卫星,寻找
太阳系外行星,期望发现可能孕育生命的“另一个地球”。
这颗卫星名为“凌日系外行星勘测卫星”,按英文缩写简称“苔丝”(TESS),定于北京时间4月17日6时32分由美国太空探索技术公司“猎鹰9”号火箭搭载,从佛罗里达州
卡纳维拉尔角空军基地发射升空。
美国航空航天局和SpaceX把凌日系外行星勘测卫星的发射推迟到北京时间4月19日早上6时51分并成功发射。
目标任务
工程目标
TESS需搜寻太阳系周围距离地球数百光年甚至更近的系外行星。
TESS目标选择工作组的联合负责人约书亚·佩珀表示,在TESS将观测的这些恒星中,小而亮的白矮星对确定行星非常理想。TESS的目标之一是发现与地球相当和
超级地球大小的行星。
尽管搜寻正在凌日的系外行星是这次任务的主要目标,但由于TESS会对几乎整个天空进行巡视,所以,它也通过客座调查员计划(GIP)对其他天体进行观察。
科学任务
TESS会把天空分成26个不同的区域,对几乎整个天空进行搜寻。该探测器上功能强大的照相机会持续不断地对每个区域进行查看,每27天巡视一次;每两分钟对来自最明亮物体的可见光进行测量。TESS会查看视星等(指观测者用肉眼所看到的星体亮度,视星等越高,恒星越暗),其中的一些甚至肉眼可见。
“苔丝”主要使命是在今后两年内“扫描”超过20万颗太阳系外离地球“最近、最亮”的恒星,确认是否有行星围绕它们公转。航空航天局预计,它会发现2万颗系外行星,其中50颗以上“与地球一般大小”,至多500颗体积“低于地球两倍大小”。
科学发现
2019年7月,“凌日系外行星勘探卫星”发现了73光年外的3颗
太阳系外行星,大小介于地球和海王星之间。太阳系内没有此类行星,研究人员认为,新研究填补了行星形成过程中“缺失的一环”。新发现的这三颗行星围绕太阳附近的同一颗恒星旋转,研究人员将这一恒星系统命名为“TOI-270”。其中
岩质行星TOI-270b比地球大25%,距离母恒星较近,表面温度高;TOI-270c和TOI-270d主要由气体构成,体积分别是地球的2.4倍和2.1倍。
2022年6月,“苔丝”(TESS)任务发现两个可能含有岩石矿物的“新世界”,它们围绕着靠近我们的宇宙邻居恒星——红矮星HD 260655运行,距离地球只有33光年,是迄今为止发现的最接近我们的多行星系统之一。科学家可借助此次发现了解系外行星的组成,并评估它们的大气层,为人们寻找外星生命提供重要线索。
这两颗新发现的系外行星被称为“超级地球”——比地球大,但比冰巨星小。它们绕着一颗名为HD 260655的冰冷红矮星运行。行星HD 260655 b的大小是地球的1.2倍,质量约为地球的两倍,每2.8天绕恒星一周。而行星HD 260655 c的大小是地球的1.5倍,质量是地球的3倍,每5.7天绕恒星一周。研究人员表示,根据大小、质量和密度数据,它们很可能是岩石行星。
这两颗行星的温度都难以维持生命的存在。B行星的温度约435℃,C行星的温度约284℃。实际温度取决于可能存在的大气及其性质。
2023年1月消息,一个国际天文学家团队利用美国国家航空航天局的“凌日系外行星勘探卫星”(TESS),探测到一颗新的“热木星”系外行星,其质量可能是木星的3倍左右,围绕一颗名为TOI-778的恒星运行。相关研究论文刊发在论文预印版网站上。
2024年5月24日,据IT之家消息,天文学家利用凌日系外行星勘测卫星(TESS)观测到 Gliese-12b 行星,其体积介于地球和金星之间,距离地球40光年,基于相关数据推测可能是类似于地球的系外行星。
一个国际研究团队借助美国航天局的“苔丝”探测器发现了一个独特的三星系统,拥有迄今发现最紧密的三星系统轨道。相关研究成果2024年10月发表在新一期美国《天体物理学杂志》上。