TESS
TESS（Transiting Exoplanet Survey Satellite，凌日系外行星巡天卫星）是美国国家航空航天局（NASA）于2018年4月18日发射的一颗空间望远镜，专门用于搜寻太阳系外的行星。TESS通过凌日法观测恒星亮度变化，寻找可能存在的系外行星，是开普勒太空望远镜任务的继任者和扩展。
任务背景
随着开普勒太空望远镜在2009年至2018年间取得巨大成功，人类对系外行星的认识发生了革命性变化。开普勒任务证实了银河系中存在数以亿计的行星，但其观测范围局限于天鹅座方向的一小片天区。为了在全天范围内继续搜寻系外行星，特别是那些围绕明亮恒星运行的行星，NASA启动了TESS项目。
TESS任务由麻省理工学院主导，美国宇航局戈达德太空飞行中心提供项目管理支持，总投资约3.37亿美元。该项目于2013年获得正式批准，经过五年的研制和测试，最终由SpaceX公司的猎鹰9号火箭从卡纳维拉尔角空军基地发射升空。
技术特点
观测系统
TESS配备了四台相同的广角望远镜，每台望远镜配有一个CCD探测器阵列，包含16.8百万像素的传感器。四台望远镜组合在一起，可以覆盖24×96度的天空区域，相当于开普勒望远镜视场的400倍。这种设计使TESS能够在两年的主要任务期内扫描约85%的天空。
每台望远镜的光学系统采用10.5厘米口径的透镜，焦距为146毫米，能够观测视星等在4到13等之间的恒星。相比开普勒望远镜观测的暗弱恒星，TESS主要关注距离地球较近、亮度较高的恒星，这使得后续的地面望远镜和詹姆斯·韦伯空间望远镜能够更容易地对发现的行星进行详细研究。
轨道设计
TESS运行在一条独特的高椭圆轨道上，近地点约17,000公里，远地点约375,000公里，轨道周期为13.7天。这条轨道与月球形成2:1的轨道共振，使卫星能够保持稳定运行而无需频繁的轨道调整。这种轨道设计不仅节省燃料，还能让TESS在远地点附近获得长时间不间断的观测窗口。
卫星在远地点时，能够连续观测同一天区长达数周，不受地球遮挡的影响。这种观测模式对于探测行星凌日至关重要，因为需要观测到至少两次凌日事件才能确认行星的存在。
观测策略
巡天计划
TESS的观测策略将天空分为26个扇区，每个扇区覆盖24×96度的区域。卫星每27天观测一个扇区，在两年的主要任务期内完成对南半球和北半球天空的全面扫描。天空的南北黄道极区域会被重复观测，这些区域的恒星能够获得长达一年的连续监测。
在观测过程中，TESS每两分钟对约20万颗预选的明亮恒星进行一次测光，同时每30分钟对整个视场进行一次全帧图像采集。这种双模式观测既能捕捉短周期行星的凌日信号，又能发现意外的天文现象。
凌日探测方法
凌日法是TESS使用的核心探测技术。当一颗行星从其母恒星前方经过时，会遮挡一小部分星光，导致恒星亮度出现周期性的微小下降。通过精确测量这种亮度变化，科学家可以推算出行星的大小、轨道周期和与恒星的距离。
TESS的探测灵敏度足以发现地球大小行星在类太阳恒星前方凌日造成的约0.01%的亮度变化。对于更大的行星或更小的恒星，探测信号会更加明显。这使得TESS特别擅长发现超级地球和海王星大小的行星。
科学成果
行星发现
截至2024年，TESS已经发现并确认了超过400颗系外行星，另有数千颗候选行星等待进一步确认。这些发现涵盖了各种类型的行星，从炽热的热木星到可能位于宜居带的岩石行星。
TESS发现的一些重要行星包括：
- TOI 700 d：一颗位于宜居带内的地球大小行星，距离地球约100光年
- LTT 1445 A b：一颗围绕附近红矮星运行的岩石行星
- TOI 849 b：一颗可能是气态巨行星核心的特殊天体
其他天文发现
除了系外行星，TESS还在其他天文领域做出了重要贡献。卫星观测到了多颗超新星爆发的早期光变曲线，捕捉到了潮汐瓦解事件中恒星被黑洞撕裂的过程，还发现了数百颗新的变星和双星系统。
TESS的全天监测能力使其成为时域天文学的重要工具，能够发现和跟踪各种瞬变天文现象。这些数据为天文学家研究恒星演化、星系活动和宇宙中的极端物理过程提供了宝贵资源。
任务延伸
在成功完成两年的主要任务后，NASA于2020年批准了TESS的延伸任务。延伸任务阶段，TESS继续对天空进行更深入的观测，对某些天区进行第二次或第三次扫描，以发现更长周期的行星和更微弱的凌日信号。
延伸任务还调整了观测策略，增加了对黄道面附近天区的覆盖，这些区域包含了詹姆斯·韦伯空间望远镜的主要观测目标。两个任务的协同工作将使科学家能够对发现的行星进行更详细的大气成分分析。
科学意义
TESS任务对人类理解宇宙中行星的多样性具有重要意义。通过搜寻明亮恒星周围的行星，TESS为后续的详细研究奠定了基础。这些行星的母恒星足够明亮，使得地面和空间望远镜能够进行光谱观测，分析行星大气的化学成分，寻找可能的生命迹象。
TESS发现的行星系统还帮助科学家检验行星形成理论，理解行星在不同环境下的演化过程。特别是对于那些轨道周期极短或轨道偏心率极高的行星，它们的存在挑战了传统的行星形成模型，推动了理论的发展。
国际合作
TESS任务得到了国际天文学界的广泛支持。全球数十个地面望远镜网络参与了对TESS候选行星的后续观测和确认工作。欧洲南方天文台的望远镜、凯克天文台等世界级设施都为TESS发现的行星提供了精确的径向速度测量，帮助确定行星的质量。
许多国家的科学家参与了TESS数据的分析工作，开发了各种算法和工具来从海量数据中识别行星信号。这种开放的合作模式加速了科学发现的进程，也培养了新一代的系外行星研究人员。
未来展望
TESS任务预计将持续运行到2020年代末期，继续为系外行星科学提供宝贵数据。随着观测时间的延长，TESS将能够发现更多长周期行星，包括那些可能更类似于太阳系行星的天体。
未来，TESS的发现将与其他任务形成互补。欧洲空间局的PLATO任务和NASA的罗曼空间望远镜将继续推进系外行星探测事业。TESS为这些未来任务提供了目标列表，确保人类对宇宙中行星世界的探索能够持续深入。
