離我們最近的岩石行星處於什麼位置！

靜待發射的獵鷹9號火箭，頂部整流罩內裝的是TESS，NASA專門用於搜索太陽系內行星的下一代空間地理臺。圖片來源：SpaceX

作者：Phil Plait

編譯：艾麥樂

編輯：Steed

經過了一次推延之後，北京工夫4月19日晚上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射升空。火箭頂部的整流罩內裝的是TESS，NASA專門用於搜索太陽系內行星的下一代空間地理臺。

TESS的全稱是凌星系內行星巡天望遠鏡，設計目的是用它來掃描天空，搜索臨近恆星四周與地球類似的行星。

那麼，究竟TESS是什麼，又將如何完成它的目的呢？

搜索離太陽系最近的岩石行星

第一顆繞着其他恆星旋轉的行星，是在1992年被確認發現的。它所盤繞的恆星，是一顆脈衝星，是恆星的殘骸，不能算是一顆普通的恆星。又過了3年，第一顆繞着普通恆星旋轉的行星被地理學家發現，更多的系內行星才陸續浮出水面。沒過多久，地理學家就發現，一些系內行星的軌道立體恰恰側對着地球，讓它們可以從各自恆星的正後方經過。發作這種狀況時，系內行星便會遮擋一點點星光，而在我們的眼中，這顆恆星就會稍稍變暗一些。這種變暗的幅度通常很小，但假如遇到到大個子行星和小個子恆星，這種所謂的凌星景象就能發生超越1%的亮度下降，用古代觀測設備很容易檢測出來。

2009年，NASA發射了開普勒望遠鏡，來尋覓更多的凌星系內行星。開普勒望遠鏡只指向一小塊天空（位於天鵝座中），盯着大約15萬顆恆星，監測它們的亮度。它曾經發現了超越2300顆失掉確認的行星，還有差不多異樣數量的備選行星（即疑似是行星，仍需後續觀測來證明它們的確存在）。雖然後來，開普勒望遠鏡遇到了一些機器毛病，無法堅持原來的指向，但工程師設法援救了這項義務。如今，它仍在堅持任務，只是功用上遭到限制，必需活期改動指向。稱爲K2的這項拓展義務，也曾經發現了超越300顆系內行星。

開普勒望遠鏡的設計目的，就是要深化到銀河系深處，它對闇弱恆星愈加靈敏，這是爲了盡能夠多地發現系內行星。開普勒義務是爲了答覆這樣一個成績：“ 宇宙中有多少系內行星，又可以分紅哪幾品種別？”

而TESS將要答覆的，是另一個同等重要的成績：“ 離我們最近的岩石行星在哪裏？”

爲了做到這一點，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），察看大約20萬顆最亮堂的恆星，監測它們的亮度，搜索凌星的跡象。這些恆星大都離地球不遠（都在大約300光年以內），所以TESS將找到銀河系中離我們最近的一些系內行星。在總數上，TESS將發現少量的行星，而據估量，其中直徑小於4倍地球的行星，它應該可以找到大約50顆。

這樣的行星稱爲超級地球，在這樣的大小範圍內，行星仍有能夠次要由岩石構成，並且擁有一個大氣層。比這更大的行星，在構成進程中往往會迅速增長，成爲所謂的“ 迷你海王星”——它們比海王星小一些，卻很能夠擁有較爲濃重的大氣層。所以，想要找到跟我們相似的行星，4倍地球直徑以下才是最佳的搜索範圍。

地球和另外幾顆人類已知超級地球的“合影”。除地球以外，其他行星的外表顏色及特徵，都只是藝術家的想象，我們對那些行星的細節簡直一無所知。圖片來源： NASA/Ames/JPL-Caltech

方便後續觀測確定行星細節

TESS的美好之處在於，由於它觀測的都是比擬亮堂的恆星，所以它發現的任何行星，應用空中設備都很容易停止後續觀測。這一點很關鍵，意味着我們可以用光譜儀對準它們，將星光拆分紅不同的顏色。假如測量得足夠精密，我們就能失掉有關這些行星的少量信息。最重要的一點是，我們能稱量出這些行星的質量。

行星繞着恆星運轉時，它的引力也會拖拽恆星。行星會沿着一個大圓（或許橢圓）繞恆星旋轉，作爲回應，恆星也會小幅度擺動。我們無法間接看到這樣的擺動，但隨着恆星的擺動，有時分它會接近我們，有時分又會遠離我們，這意味着我們可以從它的光譜中尋覓多普勒頻移。行星質量越大，它對恆星的拖拽就越強，恆星便會擺動得越快。所以，經過觀測恆星的光譜，我們可以稱量行星的質量。

而凌星可以通知我們行星有多大，由於星光被遮擋掉多少完全取決於行星的個頭。曉得了質量和大小，我們就能失掉行星的密度。而這，正是我們的目的所在。

與地球這樣只要稀薄大氣層的岩石行星相比，有着濃重大氣層的行星密度會稍低一些。假如可以測定密度，我們就可以着手來理解這顆行星了。

此外，在某些狀況下，行星的大氣層也是可以被測定的。光譜剖析將提醒大氣層的化學構成。所以，找到臨近的太陽系內行星，的確十分十分重要。

這正是TESS要做的事情。

相比於這項龐大的義務，TESS自身實踐上小得驚人，大約只要一臺大型冰箱那麼大，總分量不到400千克。圖片來源：NASA

史無前例的乖僻軌道

TESS的軌道不得不提，由於它真實太過乖僻。

它既不像大少數天然衛星那樣在低地球軌道運轉，也不像開普勒望遠鏡那樣盤繞太陽運轉，而是沿着一條長橢圓軌道繞地球運轉，到地球的間隔介於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。

爲何要給它佈置這麼一條乖僻的軌道呢？

由於這是一條特殊的軌道。它跟月亮有着某種恰如其分的同步，每當TESS抵達遠地點，也就是運轉到離地球最遠的那一點時，月球總是會呈現在跟TESS呈90°直角的地位上。不只如此，TESS繞地球運轉一整圈所用的工夫剛好是月球的一半，如此一來，當TESS抵達遠地點時，月亮會呈現在它的一側，而再過大約13.6天，TESS再次抵達遠地點時，月亮會呈現在它的另外一側。經過這種方式，月球引力的影響就會在一個月內互相抵消，使得TESS的軌道可以堅持波動。

長橢圓軌道還有其他益處。它讓TESS遠離地球的磁場，而磁場會影響航天器的運轉。它還讓TESS永遠處在陽光照射之中，以免遭到熱脹冷縮的影響。在低地球軌道上，天然衛星每天都會閱歷好幾次日出和日落，宏大的溫差會延長天然衛星的運用年限。

爲了抵達這樣一條奇異的軌道，TESS將由獵鷹9號火箭發射升空，先抵達一條低地地球軌道，再經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。接上去，TESS將與火箭別離，用本身攜帶的推進器完成屢次軌道抬升，直到它無機會從足夠近的中央飛掠月球。月球的引力將改動軌道的外形和傾角，把TESS甩到最終的義務軌道上去。在那之後，TESS還要再經過2個月的試運轉，以確保一切設備都運轉正常。