TESS系外行星探测计划

TESS探测卫星全称为Transiting Exoplanet Survey Satellite，即凌日系外行星探测卫星。凌日是一种天文现象，是指行星或者其他暗天体经过太阳日面的一种现象，最常见的是水星和金星凌日。由于水星和金星位于地球轨道内侧，所以在特定的时间，我们会看到水星或金星从日面上经过，这种现象就叫做凌日。

行星凌日现象

凌日现象不但可以观测到水星和金星上一些平常观测不到的情况以外，还可以用在对太阳系以外行星的发现上。由于行星会遮挡住部分恒星的光亮，就会造成恒星光度的下降，如果我们观测到一颗恒星的光度呈周期性的变化，那么就可以再结合其他一些观测信息判断是否有行星存在于恒星附近。

凌日现象及光度的变化

TESS探测卫星就是利用这种现象来发现系外行星的，TESS卫星是在2018年4月18日在卡纳维拉尔角空军基地发射升空的，这颗探测卫星主要是接替在2018年10月退役的开普勒太空望远镜。开普勒太空望远镜（Kepler Mission）是第一代为搜寻太阳系以外行星而发射的探测卫星，其采用的方法也是"凌日法"，开普勒卫星在2009年3月升空，但在2013年发生了较为严重的问题，所以在最后几年的时间中大部分时间处于休眠状态。直到2018年10月燃料耗尽，正式退役。

开普勒太空望远镜

不过开普勒望远镜还是取得了重大的成果，在其服役期间，总共观测了53万余颗恒星，并利用凌日的方法最终确认了2662颗太阳系以外的行星，极大的扩展了人们的视野。在开普勒望远镜之前，人们曾认为其他恒星周围存在行星的概率并不高，但是现在人们意识到行星的存在是一个很普遍的现象。

开普勒望远镜的数据

TESS探测卫星的发射，就是接替开普勒望远镜的工作，继续寻找太阳附近其他恒星周围的行星，TESS探测卫星与其前任开普勒卫星相比具有以下几方面的特点。

TESS探测卫星

TESS探测卫星是第一次进行全天范围内的系外行星探测任务。

开普勒太空望远镜仅仅是针对天鹅座和天琴座内的部分区域进行观测，观测区域只占全天面积的约4%，而TESS的观测范围则比开普勒大了350多倍，可覆盖整个天空面积的85%左右。

开普勒望远镜的观测区域

TESS望远镜包括4组宽视场摄像机，它们安装在一块板子上，这4组摄像机每一组的具体数据为：

具有24x24度的视野；

具有100mm的有效口径；

包含7个光学元件组成的透镜；

耐低温环境设计；

600nm-1000nm的观测带宽；

包含4个由麻省理工学院林肯实验室研发的CCID-80型号的CCD探测器，像素为1680万。

TESS卫星的光学单元

宽视场摄像机组的安装

TESS将全天分为了26个观测区，南半球和北半球各13个观测区，每一个观测区的覆盖面积为24x96度，卫星将对每一个观测区进行27天的连续观测，然后调整卫星角度，观测下一个区域。

观测区域大小对比

TESS具备两种数据采集方式：一种是在每个观测区内，将重点挑选出15000颗的恒星作为主要探测目标，每2分钟会记录一次这些恒星的亮度；另一种是对整个观测区所有恒星的图像每隔30分钟记录一次。利用这两种采集方式，都可以发现恒星光度的变化。

全天划分的26个观测区域

TESS计划是大型系外行星探测任务的一部分。

TESS的主要目标是识别和采集大量的行星样本，然后针对这些样本再利用现有和计划中的望远镜进行更细一步的观测。TESS的任务运行中心位于弗吉尼亚州杜勒斯的轨道ATK公司，并与深空网络（DSN）和空间网络连接，与TESS进行通信以便指挥和控制。

TESS的观测数据将由麻省理工学院的控制中心（POC）进行初步处理，然后发送到NASA的艾姆斯研究中心的科学处理和操作中心（SPOC），后者将会校准数据并生成光曲线文件，以检测系外行星的凌日信号。这些信息随后将被送到麻省理工学院，然后再把它们送到米库斯基太空望远镜档案馆（MAST）和TESS科学办公室（TSO），后者将进一步审查数据并确定重点内容，用于后续观测。

目前的哈勃太空望远镜和不久后即将发射的詹姆斯韦伯太空望远镜，以及NASA计划在20年代中期发射的广域红外探测望远镜（WFIRST）都将成为进一步观测TESS所确定目标的重要天文设备，其中广域红外探测望远镜将可以发现轨道周期更长的系外行星以及行星盘，可以补充TESS的发现。

参与系外行星探测计划的系列望远镜

是补充NASA在寻找新的系外行星的其他关键任务，并保持NASA在寻找系外行星和生命这一领域的领先地位。

TESS在扩展对天空观测的范围同时，将更加注重于观测那些距离更近，亮度更亮一些的恒星，这将更有利于发现更多的行星，TESS所重点观测恒星的典型距离范围是在30~300光年之间，而之前开普勒望远镜发现的行星大部分是距离我们300~3000光年的范围内。这样，对于后续更进一步的观测任务也将更容易确认行星的质量、密度和大气成分等具体的数据。

在TESS之前，开普勒太空望远镜已经确认了2662颗系外行星，另外还有4500余颗的候选行星。TESS将以开普勒望远镜的任务为基础，重点定位于亮度更大一些的恒星。在新一代的詹姆斯韦伯太空望远镜发射之前，建立一个系外行星的目标列表，以便可以将韦伯望远镜的能力发挥到极致。

就在不久前的2019年12月18日，欧洲航天局(ESA)成功发射了Cheops望远镜，其任务是对前期太空望远镜(如开普勒和TESS)发现的系外行星进行详细的后续研究。该望远镜不能像TESS一样同时可以观测众多的目标，每次只能观测一颗恒星的凌日变化，因此只能作为TESS望远镜的跟进观测计划中的一部分。

欧洲发射的Cheops探测卫星

TESS具有独特的轨道以便实现最佳的观测效果。

TESS卫星的轨道采用了与月球轨道呈2:1比例的共振轨道形式，轨道周期为13.7天，是月球绕地球轨道的1/2，这是之前从未使用过的一种轨道。这个轨道可以使TESS获得最大化的拍摄区域，可以使其携带的相机能够在任务期间从稳定的轨道上连续监测目标天体，同时这个轨道还可以使卫星处于一个安全的热辐射带中，减少对飞船仪器的影响。

卫星每次到达近地点时都会向地球传输数据，这时距离地球仍然有10.8万千米，这个位置比地球同步轨道（GEO）还要高出7.2万千米（GEO距离地面3.6万千米，大多数的通信卫星都位于这里）

TESS卫星的轨道

TESS卫星的观测仪器所搭载的平台是由美国航天设备制造商轨道ATK公司提供的LEOStar-2平台，这是一种用于空间和地球科学、遥感和其他应用的灵活、高性能航天器。LEOStar-2可容纳各种仪器接口，支持有效载荷高达500公斤。性能选项包括冗余、推进能力、高数据速率通信和高敏捷性、高精度指向。TESS将是为NASA建造的第八艘基于LEOStar-2的航天器。

TESS卫星的装配

目前，TESS卫星依然执行着观测任务，观测数据也会定期传送回地球，并进行着进一步的确认。根据网站公布的信息，TESS发现已确认的系外行星43颗，候选目标1766颗，候选待定目标1113颗。

随着数据的不断更新，系外行星的数量也会不断增加，而未来韦伯太空望远镜和其他更先进的望远镜加入对系外行星的确认后，我们越来越多的了解系外行星的更详细的数据。