我國近鄰宜居行星巡天計劃觀測策略發布

2024-10-22 17:56:53來源：中國科技網

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10月21日，記者從中國科學院紫金山天文臺獲悉，該臺領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計劃的相關觀測策略近日發表于國際學術期刊《天文學雜志》。

望遠鏡觀測精度達1微角秒

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

中國科學院紫金山天文臺行星科學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，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目、真實質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。”

CHES計劃采用原創性技術路線，相關研究將解答“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”等重大科學問題。

1.2米口徑高精度空間天體測量望遠鏡發射后，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。為確保探測任務能有效捕捉到類日恒星宜居帶內類地行星的信號，科研團隊為每個目標恒星制定了詳盡的觀測策略與優化方案，并對各目標恒星在探測任務周期內的觀測時刻作了科學規劃。

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、衛星姿態穩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有主要觀測模式和重復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觀測，觀測方向將在垂直于太陽和L2點連線的平面上繞連線旋轉，承擔大部分觀測任務。重復觀測模式則用于補足觀測次數要求較多或分布密集的恒星，觀測方向會根據需要進行調整。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年的任務周期內，望遠鏡的觀測區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據擬合，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，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分布。在5年的任務周期內，CHES將累計有29220小時可用于科學觀測，其中25120小時專用于CHES任務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目標的研究，例如X射線雙星與恒星級黑洞的質量測量等，這將有助于深入理解黑洞的形成及其他前沿科學問題。

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