在我们的太阳系外，可能有数千颗行星——它们可能是岩石世界或更稀薄的气体和尘埃的星系邻居。这些离我们最近的系外行星位于哪里?我们能从它们中的哪一个中找到它们的组成和可居住性的线索呢?凌日系外行星调查卫星(TESS)将是第一个寻找这些附近行星的卫星。
这艘nasa资助的宇宙飞船，比冰箱大不了多少，携带四个由麻省理工学院构思、设计和制造的摄像机，有一个远大的愿景:调查天空中最近、最亮的恒星，寻找行星经过的迹象。
现在，由于麻省理工学院科学家首次提出了这个使命，这十多年来，苔丝即将下车。宇宙飞船计划在佛罗里达州Cape Canaveral Air Force Station的Spacex Falcon 9火箭上发布于4月16日，早上6:32美东时间。
TESS将用两年的时间扫描几乎整个天空——这个视野范围可以包含超过2000万颗恒星。科学家们预计，这些恒星中有数千颗将拥有凌日行星，他们希望通过TESS相机拍摄的图像来发现这些行星。
在这个卓越的奖金中，苔丝科学团队在麻省理工学院旨在衡量至少50个小星球的群众，其半径不到地球的四倍。许多苔丝的行星应该足够接近我们自己的行星，一旦他们被苔丝识别，科学家就可以使用其他望远镜放大它们，以检测大气，表征大气条件，甚至寻找居住地的迹象。
“TESS有点像一个侦察员，”由麻省理工学院领导的TESS兴趣对象项目的副经理纳塔莉亚·格雷罗(Natalia Guerrero)说，该项目将从TESS数据中捕捉到的可能是潜在系外行星的物体进行分类。
格雷罗说:“我们正在进行整个天空的风景之旅，在某些方面，我们不知道我们会看到什么。”“这就像我们在制作藏宝图:这些都是很酷的东西。现在，去追他们。”
一颗种子，种在太空中
TESS的起源是由麻省理工学院设计和制造的一颗更小的卫星，并于2000年10月9日由美国宇航局发射升空。高能瞬态探索者2号(简称HETE-2)绕地球轨道运行了7年，其任务是探测和定位伽马射线暴。伽马射线暴是一种高能爆炸，会释放出大量、短暂的伽马射线和x射线。
为了探测这种极端、短暂的现象，麻省理工学院的科学家们在首席研究员乔治·瑞克(George Ricker)的带领下，将一套光学和x射线相机集成到卫星中，这些相机配有ccd(电荷耦合设备)，以电子形式记录光的强度和位置。
“随着20世纪70年代的CCD的出现，你有这种梦幻般的装置......这使得天文学家更容易了解了很多东西，”Hete-2团队成员Joel Villasenor说，他现在也是苔丝的科学家。“你只是总结了CCD上的所有像素，它为您提供了光的强度或幅度。所以CCD真的破坏了天文学的东西。“
2004年，Ricker和Hete-2团队想知道卫星的光学摄像头是否可以在天空中挑选出来吸引天文社区的其他物体：外产上。在这段时间里，只发现了太阳系之外的少数行星。这些被称为传输方法的技术，涉及寻找从某些恒星的光线中的周期性垂度，这可能会用信号在星形前面发出一个星球。
“我们在想，是否HETE-2的相机的光度测量足以让我们指向天空的一部分，并探测到这些下降?”不用说，这并没有奏效。”“但那是我们开始思考的种子，也许我们应该尝试用带摄像头的ccd飞行来尝试和检测这些东西。”
一条路径,清除
2006年，瑞士和他的团队在麻省理工学院提出了一个小型，低成本的卫星（HETE-S），即美国国家航空航天局作为一个发现阶级任务，后来作为私人资助的使命，以2000万美元。但随着一个全天候的外延调查的成本和兴趣，他们决定寻求NASA资金，较高的1.2亿美元。2008年，他们向NASA小型探险家（SMEX）级任务提出了一份新名称 - 苔丝。
目前，卫星设计包括6个CCD相机，研究小组建议航天器在近地轨道飞行，类似于HETE-2。他们认为，这样的轨道可以保持相对较高的观测效率，因为他们已经为HETE-2建立了数据接收地面站，也可以用于TESS。
但他们很快意识到低地轨道对苔丝更敏感的相机产生负面影响。例如，航天器对地球磁场的反应可能导致显着的“航天器抖动”，产生隐藏在星球上的噪音的噪音。
NASA绕过了第一个提议，团队回到了绘图板，这一次出现了一个新的计划，铰链在一个完全新颖的轨道上。在美国国家航空航天局戈达德太空飞行中心和航空航天公司工程师的帮助下，该团队确定了一个从未使用过的“月球共振”轨道，该轨道将使航天器保持极其稳定，同时使其具有全天空视野。
一旦TESS到达这个轨道，它将在地球和月球之间以一个高度椭圆的路径弹射，在月球引力的引导下，TESS可以在轨道上运行几十年。
“月球和卫星就像是在跳舞，”Villasenor说。“月球拉着卫星的一边，当TESS完成一个轨道运行时，月球也在另一边拉着卫星，向相反的方向移动。总的效果是月球的拉力被平衡了，并且在很多年里它是一个非常稳定的结构。以前没有人这样做过，我怀疑以后会有其他项目尝试使用这个轨道。”
在目前的计划轨道上，TESS将在不到两周的时间里向月球摆动，收集数据，然后返回地球，在离地球最近的时候，它将从地球表面67000英里的高空将数据传回地面接收站，然后摆动回来。最终，这一轨道将为TESS节省大量燃料，因为它不需要定期燃烧推进器来保持轨道运行。
随着轨道的改进，TESS团队在2010年提交了第二份提案，这一次是“探索者”级任务，NASA在2013年批准了它。就在这个时候，开普勒太空望远镜结束了对系外行星的最初调查。该天文台于2009年发射，对天空中的一个特定区域进行了四年的观测，以监测来自遥远恒星的光，以寻找凌日行星的迹象。
到2013年，开普勒的四个反作用轮中有两个已经磨损，使其无法继续进行最初的调查。在这一点上，望远镜的测量使近1000颗确定的系外行星得以发现。开普勒旨在研究遥远的恒星，为TESS铺平了道路。TESS是一项视野更广阔的任务，旨在扫描离地球最近的恒星。
“开普勒升空后取得了巨大的成功，研究人员说，‘我们可以做这种科学，行星无处不在，’”TESS成员、麻省理工大学卡弗里分校的博士后詹妮弗·伯特说。“我认为这是我们真正需要的科学复选框，NASA说，‘好吧，TESS现在很有意义。’这不仅能让我们探测到行星，还能发现我们事后可以彻底描述的行星。”
天空中的条纹
在NASA的选择下，TESS团队在校园和麻省理工学院的林肯实验室建立了设施，以建造和测试航天器的摄像头。工程师们专门为TESS设计了“深度耗竭”ccd，这意味着摄像头可以探测到波长范围广至近红外的光线。这一点很重要，因为TESS将监测的许多附近恒星都是红矮星——一种小而冷的恒星，其发射的亮度不如太阳，且处于电磁波谱的红外部分。
如果科学家能够探测到这些恒星发出的周期性光线下降，这可能意味着存在比地球轨道更紧密的行星。尽管如此，这些行星中的一些仍有可能处于“宜居带”内，因为它们围绕着比太阳冷得多的恒星运行。由于这些恒星相对较近，科学家可以用地面望远镜进行后续观察，以帮助确定是否确实适合生命存在。
TESS的摄像头安装在卫星顶部，周围有一个保护锥，以保护它们免受其他形式的电磁辐射。每个相机都有一个24 * 24度的天空视图，大到足以包含猎户座。该卫星将开始在南半球进行观测，并将天空分成13条条纹，在转向下一段之前对每一段进行27天的监测。TESS在第一年应该能够观测到南半球的几乎整个天空，然后在第二年转移到北半球。
当TESS指向天空中的一条条纹时，它的相机将在这部分拍摄恒星的照片。瑞克和他的同事们列出了他们特别想要观测的20万颗附近明亮的恒星。这颗卫星的摄像头将生成“邮票”图像，其中包括每颗恒星周围的像素。这些图像将每两分钟拍摄一次，以便最大限度地捕捉到行星从其恒星前面经过的时刻。该相机还将每30分钟拍摄天空中某条特定条纹上的所有星星的全帧图像。
“有了这两分钟的照片，当行星从它的主恒星前面穿过时，你可以得到一幅电影般的图像，了解星光在做什么，”格雷罗说。“对于30分钟的图像，人们对可能看到的超新星、小行星或引力波的对应物感到兴奋。我们不知道在那个时间尺度上我们会看到什么。”
我们是孤独的吗?
在TESS推出之后，该团队预计卫星将在第一周内重建联系，在此期间它将打开其所有乐器和相机。然后，将有60天的调试阶段，因为美国宇航局和麻省理工学院的工程师校准仪器并监控卫星的轨迹和性能。之后，苔丝将开始收集和下行天空的图像。麻省理工学院和美国航空航天局的科学家将采用原始数据并将其转换为光线曲线，表明随着时间的推移变化明星的亮度。
从那里，包括Sara Seager，1941年地球教授，大气和行星科学教授，以及科学副主任，苔丝的副主任，都会看一下千分之一的曲线，在星光中至少有两个类似的逢低，表明行星可能在其恒星前面传递了两次。然后，海贝和她的同事们将采用电池的方法来确定潜在地球的质量。
“质量是行星的一个决定性特征，”西格说。“如果你只知道一个行星是地球的两倍,这可能是很多事情:薄的岩石世界氛围,或者我们称之为“迷你”——用一个巨大的岩石世界天然气信封,它将是一个巨大的温室毯子,和表面上就不会有生命。所以质量和大小一起给了我们一个行星的平均密度，这告诉了我们这个行星是什么。”
在为期两年的TESS任务中，Seager和她的同事们的目标是测量半径小于地球四倍的50颗行星的质量——这意味着进一步观察到适宜居住的迹象。与此同时，整个科学界和公众将有机会通过TESS的数据来寻找他们自己的系外行星。一旦数据校准，该团队将公开它们。任何人都可以下载数据并绘制他们自己的解释，包括高中生、业余天文学家和其他研究机构。
有如此多的目光关注着TESS的数据，西格尔说，有可能在某一天，TESS发现的一颗附近行星可能会有生命迹象。
西格说:“目前还没有科学可以告诉我们那里有生命存在，除了小型岩石行星似乎非常普遍。”“它们似乎无处不在。所以它一定在某个地方。”
TESS是由麻省理工学院(位于马萨诸塞州剑桥市)领导和运作的NASA天体物理学探索任务，由NASA位于马里兰州格林贝尔特市的戈达德太空飞行中心管理。麻省理工学院天体物理与空间研究所的乔治·瑞克(George Ricker)担任此次任务的首席研究员。其他合作伙伴包括Orbital ATK、美国宇航局的艾姆斯研究中心、哈佛-史密森天体物理中心和太空望远镜科学研究所。全球十多所大学、研究机构和天文台都参与了这项任务。
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