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TESS 你好!克卜勒謝謝再見!都在尋找系外行星的它們有什麼不同呢?

TESS 升空示意圖。圖/By NASA [Public domain], via Wikimedia Commons

編按:克卜勒太空望遠鏡燃料即將告罄,美國時間 2018 年 4 月 18 日 SpaceX 發射了「獵鷹 9 號」火箭,將下一代的太空望遠鏡 TESS送入軌道。TESS 上天有什麼任務呢?它和克卜勒又有哪些性能上的差別?讓我們一起瞧瞧吧!

克卜勒(Kepler)太空望遠鏡和 TESS(Transiting Exoplanet Survey Satellite,系外行星凌星搜尋衛星)都是美國航太總署(NASA)的太空望遠鏡,它們的主要目的都是尋找太陽系外的行星,也都使用凌星法(transit method)。

凌星法是是利用系外行星通過我們和它的恆星時,恆星暫時變暗的現象來尋找系外行星。以下圖為例,最左的恆星會出現凌星的現象,也就是恆星的亮度會被行星遮掩,造成恆星亮度稍微變暗。

凌星法。雖然圖中的三顆恆星都有行星繞行,但是從這個角度看,只有最左邊的行星會出現凌星的現象,也就是恆星的亮度會因為行星的遮掩而改變,另外兩顆系外行星不會發生遮掩的現象,所以無法用凌星法偵測出來。 圖/李昫岱繪

以上圖為例,從我們所在的角度上看,雖然上圖中三顆恆星都有行星繞行,卻只有最左的恆星會出現凌星的現象。而另外兩顆恆星中的行星行運軌道並不會遮住恆星,故行星繞恆星運行時,恆星亮度不會被影響,也不會出現凌星的現象。因此,天空中只有一小部分的恆星中的行星可以被凌星法偵測到(圖中最左的恆星),大部份的恆星中即使有行星存在(如圖中央和最右的恆星),仍會因為運行角度的關係而無法用凌星法偵測到它們。

克卜勒和 TESS 有什麼不同呢?

重量

克卜勒太空望遠鏡是 1052 公斤, TESS 太空望遠鏡卻只有 350 公斤,克卜勒的重量大約是 TESS 的三倍。

主鏡

克卜勒是部單一口徑一公尺的望遠鏡,而 TESS 是由四組相機組成,每部相機的鏡頭是 10 公分口徑。

克卜勒一公尺口徑望遠鏡的視野是 115 平方度(相當於10.7°×10.7°),下圖是克卜勒最早選定的觀測目標,它持續觀測了這個方向長達四年左右。

克卜勒望遠鏡最早的觀測目標位在天鵝座附近。 圖/NASA

而 TESS 的每一部相機的視野皆是 24°×24°,四台相機的視野方向排成一列,組成視野的範圍是 24°× 96°(2300 平方度),所以 TESS 四部相機加起來的視野是克卜勒視野的 20 倍!

TESS 上配備四部用來尋找系外行星的小型相機。圖/NASA

下圖中四塊藍色的部分是 TESS 的四部相機組合成的視野(24°× 96°),TESS 把天空分成南北兩半球,南北半球再各分成 13 個區塊,一個區塊的大小就是 TESS 的視野範圍。每個區塊觀測的時間大約是 27 天,圖中的數字就是 TESS 觀測的各區塊編號。TESS 會花一年的時間觀測北半球;再花一年觀測南半球。也就是說,TESS 的廣視野相機讓它能在兩年的時間中觀測到 85% 的天空。

藍色的部分是 TESS 每一次觀測的區塊,每個區塊觀測的時間大約是 27 天。TESS 在觀測完第一區塊後,轉移到第二區塊,然後第三區塊,依此類推,整個天空一共分成 26 區塊。圖/NASA

觀測的對象

克卜勒是一部口徑一公尺的望遠鏡,主要的觀測的恆星亮度在 8-16 等星之間。TESS 的四部相機就小多了,口徑只有 10 公分,所以 TESS 的目標是亮於 12 等的恆星,預計觀測的目標大約是 20 萬顆恆星。

科學成就

克卜勒望遠鏡用凌星法發現的系外行星比任何的計畫都還多,目前科學家發現的 3700 多顆已確認系外行星,克卜勒發現的數量就超過 2000 顆!天文學家預估 TESS 可以發現數千顆系外行星。

克卜勒太空望遠鏡。 圖/NASA

克卜勒的燃料已經所剩不多,很快就會無法控制望遠鏡的指向,結束克卜勒任務。感謝克卜勒九年來的努力,讓我們對系外行星的了解往前邁進一大步。現在 TESS 即時接手了搜尋系外行星的工作,接下來就看它的表現了!

本文原刊登於作者部落格屋頂上的天文學家,原文為 克卜勒 vs. TESS

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關於作者

屋頂上的天文學家

屋頂上的天文學家-李昫岱,天文學博士,曾服務於中央研究院天文所及美國伊利諾大學厄巴納-香檳分校。大學時交了一群天文社的朋友,從此過著離不開天文的生活,希望透過寫作拉近遙遠天體的距離,讓你發現天文的美好!
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