近期，中國(guó)科學(xué)院紫金山天文臺(tái)科研團(tuán)隊(duì)圍繞空間探測(cè)任務(wù)近鄰宜居行星巡天計(jì)劃（CHES）開(kāi)展了前期研究，系統(tǒng)探討了如何將CHES的高精度天體測(cè)量與未來(lái)新一代旗艦級(jí)空間望遠(yuǎn)鏡“宜居世界天文臺(tái)”（HWO）的直接成像手段相結(jié)合，以提升系外宜居行星的探測(cè)效率與能力。相關(guān)研究成果發(fā)表在《天文學(xué)雜志》（The Astronomical Journal）上。
近鄰宜居系外行星的探測(cè)與表征是系外行星研究的前沿方向。 作為“探路者”，CHES將在科學(xué)發(fā)現(xiàn)上為下一代直接成像任務(wù)提供關(guān)鍵支持，特別是與配備高對(duì)比度星冕儀的HWO形成協(xié)同。HWO具備對(duì)近鄰恒星系統(tǒng)中類地行星進(jìn)行直接成像和光譜觀測(cè)的能力，其觀測(cè)目標(biāo)與CHES高度重合。CHES提供的軌道先驗(yàn)信息有望顯著提升HWO的觀測(cè)效率，使其觀測(cè)更聚焦于系外宜居行星大氣中生命信號(hào)的精細(xì)刻畫(huà)，從而深化人類對(duì)行星宜居性的認(rèn)識(shí)。
通過(guò)模擬行星軌道演化及相位狀態(tài)對(duì)亮度與視位置的影響，研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，CHES提供的先驗(yàn)軌道信息可顯著優(yōu)化HWO的觀測(cè)策略。通過(guò)引入CHES軌道參數(shù)，HWO可大幅減少觀測(cè)次數(shù)與曝光時(shí)間，還能有效提升觀測(cè)信噪比。研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)注入模擬行星樣本，評(píng)估兩種模式下的探測(cè)完備度、觀測(cè)效率與預(yù)期產(chǎn)出，結(jié)果顯示差異顯著。數(shù)值結(jié)果表明，相較無(wú)先驗(yàn)數(shù)據(jù)情形，CHES的先驗(yàn)數(shù)據(jù)可使HWO的觀測(cè)完備度平均提升約10%，探測(cè)效率（單位時(shí)間內(nèi)的信號(hào)獲取能力）提升幅度達(dá)2~30倍，具體取決于目標(biāo)恒星與行星參數(shù)。此外，基于Kepler數(shù)據(jù)推導(dǎo)的類地行星生成率，研究團(tuán)隊(duì)估算了在不同生成率與宜居帶模型下的總探測(cè)產(chǎn)出。CHES提供的先驗(yàn)數(shù)據(jù)可將HWO預(yù)期發(fā)現(xiàn)的系外宜居行星數(shù)量從約37顆提升至約54顆，顯著增強(qiáng)其科學(xué)產(chǎn)出能力。
為提升系外宜居行星探測(cè)的全面性、準(zhǔn)確性與效率，未來(lái)系外行星探測(cè)與宜居性研究需將天體測(cè)量與直接成像手段深度融合，并通過(guò)跨任務(wù)協(xié)同優(yōu)化觀測(cè)策略。除HWO之外，多個(gè)國(guó)內(nèi)外正在規(guī)劃的空間任務(wù)也將系外行星的直接成像作為核心目標(biāo)之一，例如中國(guó)的“覓音”計(jì)劃與“天鄰”計(jì)劃、美國(guó)即將發(fā)射的Nancy Grace Roman空間望遠(yuǎn)鏡，以及中國(guó)巡天空間望遠(yuǎn)鏡搭載專為冷行星直接成像設(shè)計(jì)的Cool-Planet Imaging Coronagraph星冕儀。上述任務(wù)在觀測(cè)策略與數(shù)據(jù)獲取方面與CHES高度互補(bǔ)且具協(xié)同潛力，未來(lái)有望通過(guò)聯(lián)合觀測(cè)，在系外宜居行星研究領(lǐng)域取得重大突破。
研究工作得到國(guó)家自然科學(xué)基金、中國(guó)科學(xué)院空間科學(xué)先導(dǎo)專項(xiàng)等的支持。
論文鏈接
HWO單獨(dú)觀測(cè)以及與CHES協(xié)同觀測(cè)的探測(cè)完備度
HWO單獨(dú)觀測(cè)以及與CHES協(xié)同觀測(cè)的探測(cè)效率
HWO單獨(dú)觀測(cè)與結(jié)合CHES觀測(cè)在宜居帶內(nèi)預(yù)期發(fā)現(xiàn)行星數(shù)目
本文鏈接：研究揭示近鄰宜居行星巡天計(jì)劃與宜居世界天文臺(tái)協(xié)同觀測(cè)能力http://www.sq15.cn/show-12-1462-0.html
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