繼續尋找外星生命，美國航天局新一代“行星獵手”蓄勢待發

在尋找到外星生命之前，人類恐怕永遠不會甘心承認自己在宇宙中的孤獨。

美國國家航空航天局（NASA）的新一代“行星獵手”凌日系外行星巡天測量衛星（TESS）已在卡納維拉爾角空軍基地蓄勢待發，最早將於美國東部時間4月16日6時32分發射升空，接棒即將油盡燈枯的功勳前輩開普勒望遠鏡，繼續掃描系外行星，尋找外星生命的跡象。

搭乘SpaceX的“獵鷹九號”火箭升空入軌後，TESS將執行為期兩年的系外行星觀測任務。與第一代“行星獵手”開普勒望遠鏡相比，TESS掃描範圍擴大了400倍，覆蓋全部天空，共分成26個區域。TESS每隔27天觀測一個區域，每隔2分鐘拍攝一張系外行星的照片，連成一段行星繞行的動畫。

凌日系外行星巡天測量衛星（TESS） 本文圖片均來自NASA網站

開普勒一直在廣撒網，TESS走的路線卻是“快準狠”。因此，它會優先掃描太陽附近最明亮的20萬顆恆星。這些恆星周圍的行星更容易被地面望遠鏡和其他太空望遠鏡跟進研究。

除了上述“主線任務”之外，TESS也接受國際天文學界的“支線委託”。它可以應科學家們的要求額外觀測2萬顆左右的天體。

“身殘志堅”的開普勒

2009年3月，承載著“第二地球”夢想的開普勒望遠鏡發射升空。冠以提出“行星三大定律”的德國天文學家之名，它是一名專業的“行星獵手”。

開普勒望遠鏡到達繞日軌道後，專注地凝視著天鵝座（Cygnus）方向的一角天空，通過“凌日”（transit）現象，監視約15萬顆處於主序星階段的恆星，尋找它們周圍的行星。所謂“凌日”，即當行星掠過恆星表面時，會造成恆星的亮度有所下降，就像日食一樣。

凌日示意圖

2012年7月，開普勒4個控制朝向的反應輪中的1個故障。2013年5月，另一個反應輪故障，數據收集被迫中斷。

2013年8月，NASA宣布放棄維修開普勒望遠鏡，轉而啟動備份的K2計劃。開普勒不能再常規化地監測與太陽類似的恆星、尋找系外行星，只能在繞行時偶爾捕捉到行星的蹤影，並幫助觀測其他一些有趣的天體，比如 “葫蘆娃星系”TRAPPIST-1。在這一排七個類地行星中，有三顆位於宜居帶。

而開普勒從2009年到2013年收集的海量數據，直到2017年才全部整理完成。它找到的候選行星共計4034顆，其中2000多顆已經得到驗證；已經找到30多顆可能存在液態水的“第二地球”候選行星。

目前，開普勒剩下的燃料只能再支撐數月。

製作巡天藏寶圖

攜帶四個由麻省理工學院（MIT）設計製造的鏡頭，TESS相當於一個火眼金睛的哨兵。“我們要去巡遊整個天空，在某種程度上說對方向比較茫然。TESS幫我們做了一張藏寶圖，標明了有趣的部分。現在，跟著它走就是了。”參與項目的MIT科學家Natalia Guerrero說道。

首先，TESS會快速通過凌日現象鎖定一批附近明亮恆星周圍的行星，計算出它們的體積和軌道。接著，地面望遠鏡跟進觀測，測量行星的品質。綜合體積、軌道和品質，科學家們能夠評估其密度和主要成分。

NASA尋找系外行星的全陣容

密度是篩選外星生命線索的第一步：它們可能是像地球這樣的固態行星，可能是木星那樣的大型氣態行星，又或是一類被稱為“小海王星”的固態行星：表面覆蓋著厚重的大氣層，製造出一個生命無法存活的溫室。

最後，地面和其他太空望遠鏡能通過後續觀測研究部分行星的大氣層。

與月共舞的軌道

傳統的近地軌道受地球磁場干擾較大，鏡頭捕捉凌日現象時會接受到噪音。為此，NASA這次專門設計了一個借力月球的神奇軌道，在保證全天區觀測視野的同時，既節省了燃料，又能令衛星超常穩定地工作。

這個前所未有的軌道呈極扁的橢圓形，月球的引力會將彈弓一樣把衛星甩出去又拉回來。TESS在被甩出去的過程中收集數據，接著被拉回地球附近（約108000公里高空）時向地面站傳輸數據。由於不需要點燃推進器以維持軌道，衛星可以在軌道上工作幾十年。

TESS軌道示意圖

“衛星會與月共舞。月球在一邊把衛星拉過來，當衛星轉完一圈後，月球又正好在另一邊把衛星推出去。這個軌道整體平衡了月球引力，可以穩定地運行很多年。這是前所未有的嘗試，我預計未來也會有其他項目採用這個軌道。”TESS設備科學家Joel Villasenor說道。