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开普勒太空望远镜与新发射的TESS望远镜到底有什么区别

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发表于 2019-4-15 17:22 | 显示全部楼层 |阅读模式

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开普勒(Kepler)太空望远镜和TESS(Transiting Exoplanet Survey Satellite,系外行星凌星搜寻卫星)都是美国航太总署(NASA)的太空望远镜,它们的主要目的都是寻找太阳系外的行星,而且方法都是使用凌星法(transit method)。

凌星法是是利用系外行星通过我们和它的恒星时,恒星暂时变暗的现象来寻找系外行星。以下图为例,最左的恒星会出现凌星的现象,也就是恒星的亮度会被行星遮掩,造成恒星亮度稍微变暗。

下图中三颗恒星都有行星绕行,不过从这个角度上看,只有最左的恒星会出现凌星的现象。另外两颗恒星中的行星行运轨道并不会遮住恒星,行星绕恒星运行时,恒星亮度不会改变,不会出现凌星的现象。即使这两颗恒星有行星存在,但是无法用凌星法侦测到这些行星。天空中只有一小部分的恒星中的行星可以用凌星法被侦测到(图中最左的恒星),大部分的恒星中即使有行星存在也会因为运行角度的关系而无法用凌星法发现(图中中央和最右的恒星)。

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凌星法。虽然图中的三颗恒星都有行星绕行,但是从这个角度看,只有最左边的行星会出现凌星的现象,也就是恒星的亮度会因为行星的遮掩而改变,另外两颗系外行星不会发生遮掩的现象,所以无法用凌星法侦测出来。绘图:李昫岱

同样是用凌星法找系外行星,开普勒和TESS有什么不同呢?

重量

开普勒太空望远镜是1052公斤,而TESS太空望远镜只有350公斤,开普勒的重量大约是TESS的三倍。

主镜

开普勒是部单一口径一公尺的望远镜,而TESS是由四组相机组成,每部相机的镜头是10公分口径。

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开普勒是部一公尺口径的太空望远镜。影像来源:NASA

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TESS上配备四部用来寻找系外行星的小型相机。影像来源:NASA

开普勒一公尺口径望远镜的视野是115平方度(相当于10.7°×10.7°),下图是开普勒最早选定的观测目标,开普勒持续观测这个方向长达四年左右。
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开普勒望远镜最早的观测目标位在天鹅座附近。图片来源:NASA

TESS的每一部相机的视野是24°×24°,四台相机的视野方向排成一列,组成视野的范围是24°× 96°(2300平方度),所以TESS四部相机加起来的视野是开普勒视野的20倍!

下图中四块蓝色的部分是TESS的四部相机组合成的视野(24°× 96°),TESS把天空分成南北两半球,南北半球在各分成13个区块,一个区块的大小就是TESS的视野范围,每个区块观测的时间大约是27天,下图中的编号就是TESS观测的各个区块。TESS会花一年的时间观测北半球,再花一年观测南半球,TESS的广视野相机让它在两年的时间中观测到85%的天空。

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蓝色的部分是TESS每一次观测的区块,每个区块观测的时间大约是27天。TESS在观测完第一区块后,转移到第二区块,然后第三区块,以此类推,整个天空一共分成26区块。图片来源:NASA

观测的对象

开普勒是一部口径一公尺的望远镜,主要的观测的恒星亮度在8-16等星之间。TESS的四部相机就小多了,口径只有10公分,所以TESS的目标是亮于12等的恒星。TESS预计观测的目标大约是20万颗恒星。

科学成就

开普勒望远镜用凌星法发现的系外行星比任何的计画都还多,目前科学家发现大约3700多颗已经确认的系外行星,而开普勒发现的数量就超过2000颗!天文学家预估TESS可以发现数千颗系外行星。

开普勒的燃料已经所剩不多,很快就会无法控制望远镜的指向,开普勒任务即将结束。TESS即时接棒,接下搜寻系外行星的工作,感谢开普勒九年来的努力,让我们对系外行星的了解往前迈进一大步,接下来就看TESS的表现了!
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