寻找“地球2.0”，中国科学家提出巡天计划( 二 ) _系外行星

在太空中，美国的“开普勒”空间望远镜和“苔丝”卫星接棒探测系外行星，迄今共发现了3400多颗。

在地面，西班牙-德国的CARMENES项目，利用西班牙南部的3.5米口径望远镜，结合近红外观测与光学阶梯光栅光谱仪搜寻红矮星周围的类地行星；加拿大-法国-夏威夷望远镜开发的新型光谱偏振仪“SPIRou”和美国麦克唐纳天文台的“宜居带行星探测仪”则通过视向速度法在近红外波段寻找红矮星周围的宜居行星。

季江徽介绍，目前系外行星探测方法有凌星法、视向速度测量法、天体测量法、直接成像法、微引力透镜法等。其中大部分系外行星是通过视向速度测量法和凌星法发现的。

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“近邻宜居行星巡天计划”构想图

“在宇宙中大约73%的恒星为红矮星，由于红矮星有效温度低、宜居带距离主星近，质量和体积?。?因此红矮星周围的行星易于被凌星法和视向速度法探测到。”季江徽解释， “凌星”指的是当行星从恒星前方经过时，会遮挡恒星发出的光，所以通过恒星亮度的周期性变暗可以追踪系外行星的凌星事件，这就好比金星凌日，金星从太阳表面缓慢移动时，把太阳的极小一部分挡住，太阳看上去就变暗了。凌星观测可以根据恒星光度的周期性变化，来推测系外行星的大小和轨道周期。但季江徽并不讳言，凌星法虽有效，但探测效率受限。

“首先，想看到凌星现象，对行星的公转轨道有特殊要求，行星需要正好通过恒星朝向地球的方向，几乎在观测者的视线方向；但行星的轨道是随机分布的，所以有的空间望远镜探测到的凌星的发生概率只有千分之五。其次，恒星光度减弱变暗，有可能是由于恒星的黑子或恒星活动等引起的，因此凌星法还需要地面其他探测方法证认。所以即便目前‘苔丝’观测到近4000个行星候选体，但能证认的只有200多颗行星。第三，凌星法仅能测出行星的半径，无法直接给出行星的质量，而行星质量是刻画地球2.0的关键参数。”季江徽说。

03
创新探测方法
CHES探测精度将达微角秒级
与苔丝等卫星采用凌星探测方法不同，CHES计划将采用空间微角秒级别的高精度天体测量法，精确测量一颗目标恒星和6-8颗参考恒星之间的微角秒级别的星间距，这一细微的变化反映了目标恒星因其绕转行星的引力扰动而引起的非常微小的摆动。
“通俗地说，如果一颗恒星周围存在行星，行星会使恒星产生一个小幅度的周期性摆动。排除恒星自身运动后，恒星摆动幅度越小，说明其周围行星的质量越小，反之亦然。通过观测恒星位置的微小变化，就能发现恒星周围是否存在宜居行星，并算出它们的真实质量和轨道参数。”季江徽说。

在浩瀚宇宙中探测“地球2.0” ，需要一双明察秋毫的眼睛。季江徽表示，CHES的科学载荷是一台口径为1.2米、焦距为36米的高像质、低畸变、高稳定光学望远镜，可实现全视场近衍射极限成像。

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系外行星艺术构想图
根据计划，CHES空间望远镜将被送入日地系统第二拉格朗日点的Halo轨道，并在该轨道维持至少5年的稳定运行时间，期间将对100颗类太阳型恒星进行科学探测，其中每颗恒星观测不少于50次，预计发现约50颗类地行星。
CHES的探测精度将达到前所未有的微角秒级，季江徽打了个比方，“这相当于在地球上看向月球，分辨出放在月球上的一元硬币的边缘。”他说，CHES团队经过多年的努力，在微像素星间距测量等关键技术上取得了突破，可以满足宜居行星的探测精度要求。如果CHES得到立项，将是国际上首次利用高精度天体测量法专门寻找宜居行星的空间探测任务。