我國近鄰宜居行星巡天計劃觀測策略發(fā)布

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10月21日，記者從中國科學(xué)院紫金山天文臺獲悉，該臺領(lǐng)銜的科研團隊圍繞近鄰宜居行星巡天計劃(以下簡稱“CHES計劃”)空間探測開展了先期研究，為近鄰類日恒星的宜居帶類地行星探測任務(wù)制定了觀測策略。CHES計劃是目前國際上天體測量精度最高的空間探測計劃。該計劃將發(fā)射一個1.2米口徑高精度空間天體測量望遠鏡，測量精度為1微角秒。CHES計劃的相關(guān)觀測策略近日發(fā)表于國際學(xué)術(shù)期刊《天文學(xué)雜志》。

望遠鏡觀測精度達1微角秒

10月15日，中國科學(xué)院、國家航天局及中國載人航天工程辦公室聯(lián)合發(fā)布了《國家空間科學(xué)中長期發(fā)展規(guī)劃(2024—2050年)》，提出我國空間科學(xué)發(fā)展的“三步走”戰(zhàn)略目標。該規(guī)劃將“宜居行星”探測列為五大科學(xué)主題之一，指出“近鄰宜居系外行星”為重要的前沿研究方向。

中國科學(xué)院紫金山天文臺行星科學(xué)與深空探測實驗室主任、首席研究員季江徽介紹：“CHES計劃采用空間微角秒級別的高精度天體測量技術(shù)，普查太陽系近鄰約100顆類日恒星，探測宜居帶類地行星或超級地球。同時，該計劃還將詳細普查宜居行星的數(shù)目、真實質(zhì)量和三維軌道等信息，這將是國際上首次近鄰宜居帶類地行星的空間探測任務(wù)。”

CHES計劃采用原創(chuàng)性技術(shù)路線，相關(guān)研究將解答“近鄰宜居系外行星的分布”“地球是否唯一”及“行星如何成為生命搖籃”等重大科學(xué)問題。

1.2米口徑高精度空間天體測量望遠鏡發(fā)射后，將在日地拉格朗日L2點運行。對此，團隊開展了目標恒星的仿真觀測研究。為確保探測任務(wù)能有效捕捉到類日恒星宜居帶內(nèi)類地行星的信號，科研團隊為每個目標恒星制定了詳盡的觀測策略與優(yōu)化方案，并對各目標恒星在探測任務(wù)周期內(nèi)的觀測時刻作了科學(xué)規(guī)劃。

兩種觀測模式尋找類地行星

“團隊綜合考慮了載荷觀測效率、衛(wèi)星姿態(tài)穩(wěn)定性及熱控精度的高要求，選擇在日地拉格朗日L2點的Halo軌道上運行5年。”季江徽介紹，1.2米口徑高精度空間天體測量望遠鏡設(shè)有主要觀測模式和重復(fù)觀測模式兩種觀測模式。主要觀測模式將在垂直于黃道面的方向上依次進行循環(huán)觀測，觀測方向?qū)⒃诖怪庇谔柡蚅2點連線的平面上繞連線旋轉(zhuǎn)，承擔大部分觀測任務(wù)。重復(fù)觀測模式則用于補足觀測次數(shù)要求較多或分布密集的恒星，觀測方向會根據(jù)需要進行調(diào)整。因此，觀測策略將基于目標恒星在黃道坐標系下的分布進行設(shè)計。

在主要觀測模式下，望遠鏡的觀測范圍將隨著地球繞太陽的公轉(zhuǎn)而變化。為避免陽光直射對觀測的影響，當觀測方向與太陽方向的夾角小于60度時，將不再重復(fù)觀測。因此，每年每顆目標恒星的可觀測時間約占全年的2/3。

季江徽介紹，在5年的任務(wù)周期內(nèi)，望遠鏡的觀測區(qū)域每年均將有所變化，從而確保目標恒星在每年觀測的時刻不同，以便充分觀測視差及行星軌道，以提高對宜居帶類地行星信號的探測能力。

研究人員還模擬了目標恒星HD 88230周圍宜居帶存在一顆類地行星的情形，并進行了仿真觀測與數(shù)據(jù)擬合，驗證了該觀測策略能夠探測到宜居帶類地行星的信號，并成功反演其軌道參數(shù)，從而證實了觀測策略的可行性。

季江徽表示，CHES計劃還將探測X射線雙星和黑洞候選體，揭示銀河系的暗物質(zhì)分布。在5年的任務(wù)周期內(nèi)，CHES將累計有29220小時可用于科學(xué)觀測，其中25120小時專用于CHES任務(wù)的近鄰系外宜居行星探測，占總觀測時間的86%。其余4100小時則用于拓展科學(xué)目標的研究，例如X射線雙星與恒星級黑洞的質(zhì)量測量等，這將有助于深入理解黑洞的形成及其他前沿科學(xué)問題。