地球上方的歐空CHEOPS的插圖，背景是局系我們地球大氣層的藍色朦朧線。(Image credit: ESA/ATG medialab)
（神秘的外行務地球uux.cn）據(jù)美國太空網(wǎng)（By Robert Lea）：特征化系外行星衛(wèi)星(CHEOPS)是歐洲航天局(ESA)的航天器，主要目標是星調(diào)研究已知由自己的行星圍繞軌道運行的明亮的鄰近恒星。
因此，查任該任務將圍繞其他恒星、歐空太陽系外行星或“系外行星”的局系行星科學帶入了探測之外的深度研究領域。ESA表示,外行務 CHEOPS是第一個系外行星后續(xù)任務，當行星經(jīng)過或經(jīng)過其恒星表面導致光線輕微下降時，星調(diào)對行星的查任大小和大氣特征進行高精度觀測。
這項任務的歐空重點是大小在地球、超級地球和太陽系冰巨人海王星的局系幾倍之間的行星。
2019年12月18日，外行務由伯爾尼大學(UNIBE)與日內(nèi)瓦大學(UNIGE)合作領導的星調(diào)歐空局和瑞士的聯(lián)合任務，高5.2英尺(1.6米)，查任重640磅(290公斤)的CHEOPS衛(wèi)星從歐空局在法屬圭亞那庫魯?shù)陌l(fā)射場升空，搭載在阿麗亞娜航天公司的Soyuz-Fregat火箭VS23上。
根據(jù)ESA的說法, CHEOPS在大約435英里(700公里)的高度圍繞地球運行，在所謂的“太陽同步軌道”上，它經(jīng)過地球的兩極，同時保持與太陽相同的固定位置。這意味著它每天在同一時間經(jīng)過地球上的同一點。
CHEOPS是系外行星科學前進中不可或缺的一部分，它選擇了加州理工學院稱為“黃金目標”的系外行星。這些有大氣層的世界是用其他儀器進行后續(xù)調(diào)查的主要對象，包括人類發(fā)射到太空的最強大的望遠鏡，詹姆斯·韋伯太空望遠鏡(JWST)。
因此，使用CHEOPS進行的研究可以幫助最終確定大氣成分可以表明適合生命存在或生命本身可能存在的行星。
專家回答的CHEOPS常見問題
我們向來自意大利卡塔尼亞天體物理天文臺的伊莎貝拉·帕加諾詢問了一些關于歐空局CHEOPS任務的問題。
伊莎貝拉·帕加諾是意大利卡塔尼亞天體物理天文臺的CHEOPS委員會和科學小組的成員
CHEOPS的主要任務是什么？
系外行星的特征描述，測量凌日行星的半徑，獲得關于某一系外行星所屬系統(tǒng)結構的準確信息，例如，該系統(tǒng)中是否存在其他行星，以及獲得關于系外行星大氣特性的信息。
是什么讓CHEOPS如此擅長對系外行星的大氣進行分類？
CHEOPS提供了以精確的光度精度長時間監(jiān)測目標的可能性。這使我們能夠記錄我們從系統(tǒng)中接收到的光量的微小變化，以及這種變化如何隨著行星的軌道相位而變化。對于一顆靠近恒星的行星，我們可以記錄該行星反射的恒星光量。因為這與反射表面的屬性有關，這樣我們就可以討論行星表面的溫度，大氣的存在，甚至是云的循環(huán)。
CHEOPS是如何與詹姆斯·韋伯太空望遠鏡聯(lián)系起來的？
JWST可以對系外行星的大氣進行光譜學研究，JWST將對許多CHEOPS研究過的大氣進行深入研究。
CHEOPS的起源

地球軌道上的CHEOPS插圖。(圖片來源:歐空局/ ATG媒體實驗室)
據(jù)歐空局稱，CHEOPS是歐空局小型科學計劃的第一個任務，于2012年10月選定，并于2014年2月實施。
該任務于2014年7月進入實施階段，其費用預計為5000萬歐元。CHEOPS的開發(fā)隨著衛(wèi)星系統(tǒng)從現(xiàn)有飛行測試產(chǎn)品的改進而快速進行。
這個棱柱形的航天器是由西班牙空中客車防務航天公司制造的。主光學儀器安裝在主體頂部，航天器的側面裝飾有三塊安裝在機身上的太陽能電池板，從太陽獲取能量。這有助于支持CHEOPS的電池為衛(wèi)星的儀器提供連續(xù)60瓦的功率，可以在短時間內(nèi)增加到70瓦。
防止CHEOPS過熱并保護其免受太陽直射，是一個固定的遮陽板，連接到中央太陽能電池板。在飛船的底部是其推進模塊推進器和S-band-Z天線，幫助它每天向地球發(fā)送1.2千兆字節(jié)的數(shù)據(jù)。
繼2019年12月發(fā)射后，CHEOPS望遠鏡的蓋子于2020年1月29日被移除，并于當年2月7日對宇宙進行了首次觀察，或稱“第一縷光”，放大了恒星HD 70843。ESA選擇了這顆黃白色的恒星，它距離地球約150光年，因為它的亮度和它在天空中的位置使它成為測試目的的理想選擇。
CHEOPS如何搜尋系外行星？

一位藝術家描繪了WASP-189b行星圍繞其熾熱的藍星運行。(圖片來源:歐空局)
CHEOPS攜帶單個中等大小的12英寸(300毫米)有效孔徑3.9英尺(1.2米)長的Ritchey-chrétien望遠鏡(RCT)，具有超高的光度精度。在望遠鏡的焦平面上有一個電荷耦合器件(CCD)。探測器、輔助電子設備、望遠鏡、后端光學系統(tǒng)、儀器計算機和熱調(diào)節(jié)硬件統(tǒng)稱為CHEOPS儀器系統(tǒng)(CIS)。
Las Cumbres天文臺解釋說, CHEOPS的光度學通過它存儲的電子數(shù)來計算入射到CCD像素上的光子數(shù)，電子越多表明光子越多，因此物體越亮。這意味著這是一種測量恒星亮度變化的好方法，這種變化可能是由過境的系外行星帶來的。
一次典型的CHEOPS對一顆恒星的觀察持續(xù)大約48小時。該任務產(chǎn)生的圖像故意非常模糊，望遠鏡故意將散焦光傳輸?shù)紺CD。
這樣做是為了讓每顆星星的光分布在許多像素上。具有諷刺意味的是，這使得星光的測量更加精確，因為這意味著該儀器對光的個體像素響應的微小差異遠不敏感。這也使得RCT不那么容易受到指向變化的影響。
CHEOPS的軌道和剛性光學平臺安裝允許RCT儀器以高精度指向目標物體，同時確保目標在CCD探測器上盡可能小地移動。保持在嚴格的界限內(nèi)有助于確保測量到的光線變化是系外行星凌日的結果，而不是望遠鏡運動的變化。
幫助CHEOPS保持穩(wěn)定的是高度和軌道控制系統(tǒng)(AOCS)，它確保衛(wèi)星的一個軸總是朝向地球。飛船本身圍繞RCT的視線旋轉(zhuǎn)，以保持儀器始終指向深空，這也意味著CCD探測器被動地保持在零下40華氏度(零下40攝氏度)左右的溫度。
CHEOPS科學里程碑

2019年12月發(fā)射前，伯爾尼大學新聞發(fā)布會上展出的CHEOPS衛(wèi)星的復制品。(圖片來源:Robert Lea)
在CHEOPS第一次用隱喻的眼光觀察宇宙后不久，這顆衛(wèi)星就開始傳遞非凡的結果。
2020年9月，來自CHEOPS的第一批發(fā)現(xiàn)揭示了一顆先前發(fā)現(xiàn)的系外行星，歐空局將其描述為迄今為止已知的最熱、最極端的系外行星之一，名為WASP-189 b的“超熱木星”。
WASP-189 b最初發(fā)現(xiàn)于2018年，距離其母星的距離是地球到太陽距離的20倍，僅用2.7個地球日就完成了一個軌道。該系統(tǒng)立即引起了天文學家的興趣，因為它是迄今為止發(fā)現(xiàn)的最亮的熱木星，可以在它的恒星前面看到。
CHEOPS在2022年1月發(fā)現(xiàn)了另一顆具有極端特征的系外行星，當時它發(fā)現(xiàn)了一顆形狀像足球的系外行星，僅在一個地球日內(nèi)圍繞其母星運行。WASP-103b行星位于武仙座，由于自身和其宿主恒星WASP-103之間的強大潮汐力而變形，WASP-103幾乎是太陽的兩倍。這是第一次探測到系外行星的變形，因此，它為天文學家提供了關于以非常近的距離圍繞其恒星運行的行星內(nèi)部結構的新見解。
盡管其重點是太陽系外的行星，但CHEOPS也在我們自己的行星系統(tǒng)內(nèi)取得了一些重要的發(fā)現(xiàn)。2023年初，天文學家發(fā)現(xiàn)光線被矮行星夸歐爾周圍的光環(huán)遮擋。由于太暗而無法用任何其他方法發(fā)現(xiàn)，這個環(huán)是不尋常的，因為它距離其母體比以前認為的可能的環(huán)系統(tǒng)遠幾倍，并且可能改變我們的環(huán)形成理論。
CHEOPS如何與詹姆斯·韋伯太空望遠鏡和其他任務合作？

一位藝術家描繪了正在研究系外行星的CHEOPS衛(wèi)星。(圖片來源:歐空局/ATG媒體實驗室)
CHEOPS是系外行星的第一步表征工具，這意味著它研究行星及其大氣層，然后確定哪些是黃金目標，可以由JWST和其他比CHEOPS本身更強大的望遠鏡跟蹤，如即將推出的極大望遠鏡(ELT)。
“我們相信它的高精度和靈活性，CHEOPS可以充當其他儀器和Webb之間的橋梁，因為這個強大的望遠鏡需要潛在有趣觀測目標的精確信息，”伯爾尼大學天體物理學榮譽退休教授兼CHEOPS聯(lián)合會主席威利·本茨在一份聲明中說。“CHEOPS可以傳遞這些信息，從而優(yōu)化Webb的運營?！?br>在CHEOPS將這些目標傳送到JWST之前，首先必須對它們進行識別，歐空局的微型衛(wèi)星在這方面也有所幫助。根據(jù)加州理工學院的說法，為CHEOPS提供臨時目標的任務之一是美國宇航局的過境系外行星調(diào)查衛(wèi)星(TESS)。TESS在行星穿過恒星表面時發(fā)現(xiàn)了它們，導致恒星的光輸出下降。當TESS發(fā)現(xiàn)一顆潛在的系外行星時，CHEOPS就可以使用同樣的技術來描述這顆系外行星及其系統(tǒng)的特征，但要研究更長時間。當TESS由于其恒星的一次過境而看到一顆潛在的行星時，CHEOPS甚至可以這樣做，這是一次“單次過境”，表明它有一個長期的軌道，否則很難調(diào)查。
在2020年發(fā)表在皇家天文學會月刊上的一篇論文中，作者確定CHEOPS能夠跟蹤TESS發(fā)現(xiàn)的大約89%的單凌日，并且它可以發(fā)現(xiàn)大約70%的長周期軌道系外行星的額外凌日。加州理工學院補充說，CHEOPS可以驗證TESS發(fā)現(xiàn)的長周期軌道行星，并收集這些行星的精確大小和質(zhì)量測量值。這意味著奇奧普斯不僅僅是苔絲和JWST的中間人。
CHEOPS將運行多長時間，接下來會發(fā)生什么？
發(fā)射后，歐空局給予CHEOPS為期3.5年的科學操作壽命，目標是持續(xù)5年。2022年9月，CHEOPS衛(wèi)星慶祝了其在太空中的第一個1000天以及超過100萬分鐘的觀測時間，當時顯示該衛(wèi)星仍處于良好的工作狀態(tài)。
“即使在軌道上運行了1000天，CHEOPS仍然工作得很好，只有很小的磨損跡象，這是由太陽發(fā)射的高能粒子造成的，”CHEOPS儀器科學家兼伯爾尼大學研究員Andrea Fortier在一份聲明中說?！八鼘⒗^續(xù)圍繞地球執(zhí)行任務，至少到2023年9月，但CHEOPS團隊正在與歐洲航天局和瑞士航天局合作，將任務延長到2025年底，甚至可能更久?！?br>2023年3月7日，歐空局的科學計劃委員會確認，CHEOPS將繼續(xù)運行到2026年，并可能延長到2029年，這取決于國家捐助者和合作伙伴的持續(xù)承諾。
當CHEOPS最終停止運行時，該衛(wèi)星將被歐空局另外兩艘系外行星調(diào)查船取代，即行星凌日和恒星振蕩(PLATO)和大氣遙感紅外系外行星大型調(diào)查(Ariel)。根據(jù)歐空局的說法，這兩項任務都是未來十年的計劃。
柏拉圖將于2026年發(fā)射，并將研究和描述類地行星在其類太陽恒星的可居住區(qū)的特征，而Ariel將使用1000顆行星的樣本研究系外行星的組成、形成和演化。Ariel計劃不早于2029年發(fā)射。

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