离我们最近的岩石行星处于什么位置！

静待发射的猎鹰9号火箭，顶部整流罩内装的是TESS，NASA专门用于搜索太阳系内行星的下一代空间地理台。图片来源：SpaceX

作者：Phil Plait

编译：艾麦乐

编辑：Steed

经过了一次推延之后，北京工夫4月19日晚上6:51，一枚猎鹰9号火箭将从美国佛罗里达的卡纳维拉尔角发射升空。火箭顶部的整流罩内装的是TESS，NASA专门用于搜索太阳系内行星的下一代空间地理台。

TESS的全称是凌星系内行星巡天望远镜，设计目的是用它来扫描天空，搜索临近恒星四周与地球类似的行星。

那么，究竟TESS是什么，又将如何完成它的目的呢？

搜索离太阳系最近的岩石行星

第一颗绕着其他恒星旋转的行星，是在1992年被确认发现的。它所盘绕的恒星，是一颗脉冲星，是恒星的残骸，不能算是一颗普通的恒星。又过了3年，第一颗绕着普通恒星旋转的行星被地理学家发现，更多的系内行星才陆续浮出水面。没过多久，地理学家就发现，一些系内行星的轨道立体恰恰侧对着地球，让它们可以从各自恒星的正后方经过。发作这种状况时，系内行星便会遮挡一点点星光，而在我们的眼中，这颗恒星就会稍稍变暗一些。这种变暗的幅度通常很小，但假如遇到到大个子行星和小个子恒星，这种所谓的凌星景象就能发生超越1%的亮度下降，用古代观测设备很容易检测出来。

2009年，NASA发射了开普勒望远镜，来寻觅更多的凌星系内行星。开普勒望远镜只指向一小块天空（位于天鹅座中），盯着大约15万颗恒星，监测它们的亮度。它曾经发现了超越2300颗失掉确认的行星，还有差不多异样数量的备选行星（即疑似是行星，仍需后续观测来证明它们的确存在）。虽然后来，开普勒望远镜遇到了一些机器毛病，无法坚持原来的指向，但工程师设法援救了这项义务。如今，它仍在坚持任务，只是功用上遭到限制，必需活期改动指向。称为K2的这项拓展义务，也曾经发现了超越300颗系内行星。

开普勒望远镜的设计目的，就是要深化到银河系深处，它对暗弱恒星愈加灵敏，这是为了尽能够多地发现系内行星。开普勒义务是为了答复这样一个成绩：“ 宇宙中有多少系内行星，又可以分红哪几品种别？”

而TESS将要答复的，是另一个同等重要的成绩：“ 离我们最近的岩石行星在哪里？”

为了做到这一点，它将巡视整个天空的85%（比开普勒望远镜的视场大将近400倍），察看大约20万颗最亮堂的恒星，监测它们的亮度，搜索凌星的迹象。这些恒星大都离地球不远（都在大约300光年以内），所以TESS将找到银河系中离我们最近的一些系内行星。在总数上，TESS将发现少量的行星，而据估量，其中直径小于4倍地球的行星，它应该可以找到大约50颗。

这样的行星称为超级地球，在这样的大小范围内，行星仍有能够次要由岩石构成，并且拥有一个大气层。比这更大的行星，在构成进程中往往会迅速增长，成为所谓的“ 迷你海王星”——它们比海王星小一些，却很能够拥有较为浓重的大气层。所以，想要找到跟我们相似的行星，4倍地球直径以下才是最佳的搜索范围。

地球和另外几颗人类已知超级地球的“合影”。除地球以外，其他行星的外表颜色及特征，都只是艺术家的想象，我们对那些行星的细节简直一无所知。图片来源： NASA/Ames/JPL-Caltech

方便后续观测确定行星细节

TESS的美好之处在于，由于它观测的都是比拟亮堂的恒星，所以它发现的任何行星，应用空中设备都很容易停止后续观测。这一点很关键，意味着我们可以用光谱仪对准它们，将星光拆分红不同的颜色。假如测量得足够精密，我们就能失掉有关这些行星的少量信息。最重要的一点是，我们能称量出这些行星的质量。

行星绕着恒星运转时，它的引力也会拖拽恒星。行星会沿着一个大圆（或许椭圆）绕恒星旋转，作为回应，恒星也会小幅度摆动。我们无法间接看到这样的摆动，但随着恒星的摆动，有时分它会接近我们，有时分又会远离我们，这意味着我们可以从它的光谱中寻觅多普勒频移。行星质量越大，它对恒星的拖拽就越强，恒星便会摆动得越快。所以，经过观测恒星的光谱，我们可以称量行星的质量。

而凌星可以通知我们行星有多大，由于星光被遮挡掉多少完全取决于行星的个头。晓得了质量和大小，我们就能失掉行星的密度。而这，正是我们的目的所在。

与地球这样只要稀薄大气层的岩石行星相比，有着浓重大气层的行星密度会稍低一些。假如可以测定密度，我们就可以着手来理解这颗行星了。

此外，在某些状况下，行星的大气层也是可以被测定的。光谱剖析将提醒大气层的化学构成。所以，找到临近的太阳系内行星，的确十分十分重要。

这正是TESS要做的事情。

相比于这项庞大的义务，TESS自身实践上小得惊人，大约只要一台大型冰箱那么大，总分量不到400千克。图片来源：NASA

史无前例的乖僻轨道

TESS的轨道不得不提，由于它真实太过乖僻。

它既不像大少数天然卫星那样在低地球轨道运转，也不像开普勒望远镜那样盘绕太阳运转，而是沿着一条长椭圆轨道绕地球运转，到地球的间隔介于11万千米到37.5万千米之间。这条轨道还会翘起一个37°的倾角。

为何要给它布置这么一条乖僻的轨道呢？

由于这是一条特殊的轨道。它跟月亮有着某种恰如其分的同步，每当TESS抵达远地点，也就是运转到离地球最远的那一点时，月球总是会呈现在跟TESS呈90°直角的地位上。不只如此，TESS绕地球运转一整圈所用的工夫刚好是月球的一半，如此一来，当TESS抵达远地点时，月亮会呈现在它的一侧，而再过大约13.6天，TESS再次抵达远地点时，月亮会呈现在它的另外一侧。经过这种方式，月球引力的影响就会在一个月内互相抵消，使得TESS的轨道可以坚持波动。

长椭圆轨道还有其他益处。它让TESS远离地球的磁场，而磁场会影响航天器的运转。它还让TESS永远处在阳光照射之中，以免遭到热胀冷缩的影响。在低地球轨道上，天然卫星每天都会阅历好几次日出和日落，宏大的温差会延长天然卫星的运用年限。

为了抵达这样一条奇异的轨道，TESS将由猎鹰9号火箭发射升空，先抵达一条低地地球轨道，再经过二级火箭的再次点火，将轨道的远地点推高到27万千米左右。接上去，TESS将与火箭别离，用本身携带的推进器完成屡次轨道抬升，直到它无机会从足够近的中央飞掠月球。月球的引力将改动轨道的外形和倾角，把TESS甩到最终的义务轨道上去。在那之后，TESS还要再经过2个月的试运转，以确保一切设备都运转正常。