NASA的潘多拉任务将改变我们对系外行星大气层的认识

NASA 即将于今年晚些时候发射的潘多拉（Pandora）任务有望通过研究至少20颗遥远的行星，彻底改变我们对系外行星大气层的认识。潘多拉号拥有一个能够进行长时间观测的专用航天器，旨在提供关键数据，补充詹姆斯-韦伯太空望远镜的洞察力，尤其侧重于分析这些外星世界的雾、云和水。

潘多拉飞行任务的艺术家概念图，图中没有保护航天器的热毯，正在观测一颗恒星及其凌日系外行星。 图片来源：美国宇航局戈达德太空飞行中心/概念图像实验室

随着航天器总线的完工，美国国家航空航天局（NASA）最新的以系外行星为重点的任务--潘多拉（Pandora）任务离发射又近了一步。 这一关键部件提供了任务运行所需的结构、动力和基本系统。 潘多拉"的系外行星科学工作组由亚利桑那大学领导，这标志着它成为首个由亚利桑那大学空间研究所执行的任务。

今天（1月16日）在马里兰州国家港举行的美国天文学会第245届会议的新闻发布会上正式宣布了这一里程碑事件。

供职于马里兰州格林贝尔特的美国宇航局戈达德太空飞行中心的潘多拉首席研究员Elisa Quintana说："这对我们来说是一个巨大的里程碑，使我们能够按计划在秋季进行发射。总线上装有我们的仪器，负责导航、数据采集以及与地球的通信--它是航天器的大脑。"

潘多拉航天器总线位于科罗拉多州拉斐特蓝峡谷技术公司的热真空测试室中。 总线提供了结构、动力和其他系统，使这项任务能够帮助天文学家更好地从凌日行星的光谱中分离出恒星特征。 资料来源：NASA/Weston Maughan， BCT

"潘多拉"是一颗小型卫星，准备对至少20颗围绕遥远恒星运行的已知行星进行深入研究，以确定它们的大气成分，特别是是否存在霾、云和水。 这些数据将为解释美国国家航空航天局詹姆斯-韦伯太空望远镜的测量结果以及未来旨在寻找宜居世界的任务奠定坚实的基础。

潘多拉的联合研究员、美国大学斯图尔特天文台和月球与行星实验室的天文学和行星科学教授丹尼尔-阿帕伊（Daniel Apai）说："虽然潘多拉比韦伯望远镜小，灵敏度也不如韦伯望远镜，但它能更长时间地注视太阳系外行星的主星，从而进行更深入的研究。更好地了解恒星将有助于潘多拉及其'老大哥'詹姆斯-韦伯太空望远镜分辨来自恒星及其行星的信号。"

天文学家可以在系外行星从地球视角经过其恒星前方时，对其大气层进行采样。 恒星的部分光线在到达观测者之前会掠过行星的大气层。 这种相互作用使光线与大气中的物质发生作用，它们的化学指纹--特征波长的亮度下降--就会印在光线中。

阿帕伊说，"潘多拉"概念的诞生源于克服观测星光穿过系外行星大气层时遇到的困难。

"2018年，我所在小组的一名博士生本杰明-拉克姆（Benjamin Rackham）--现为麻省理工学院研究科学家--描述了一种天体物理效应，即直接来自恒星的光线会混淆穿过系外行星大气层的光线信号，"阿帕伊解释说。"我们预测，这种效应将限制韦伯研究宜居行星的能力。"

望远镜看到的是来自整颗恒星的光，而不仅仅是擦过行星的那一小部分。 恒星表面并不均匀。 它们有较热、异常明亮的区域，称为面斑；也有较冷、较暗的区域，类似于我们太阳上的光斑。 因此，观测到的光线中的这些"混合信号"会让人难以区分穿过系外行星大气层的光线和根据恒星外观变化而变化的光线。 例如，来自宿主恒星的光线变化可能会掩盖或模仿水的信号，而水可能是研究人员在评估系外行星是否可能孕育生命时所寻找的关键成分。

潘多拉的探测器使用了由劳伦斯-利弗莫尔国家实验室和位于新罕布什尔州基恩的康宁特种材料公司联合开发的新型全铝45厘米宽望远镜，将同时捕捉每颗恒星的可见光亮度和近红外光谱，同时还能获得凌星的近红外光谱。 这些综合数据将使科学小组能够确定恒星表面的特性，并将恒星和行星信号清晰地分开。

该观测战略利用了该任务长时间连续观测目标的能力，而像韦伯这样的旗舰天文台由于需求量大，观测时间有限，无法经常做到这一点。

在为期一年的任务过程中，潘多拉将对至少 20 颗系外行星进行 10 次观测，每次观测共持续 24 小时。 每次观测都将包括一次凌日，即任务将捕捉行星的光谱。

卡尔-哈什曼（Karl Harshman）是阿拉斯加大学空间研究所任务运行团队的负责人，该团队将在航天器于今年晚些时候发射后为其运行提供支持："我们有一个非常令人兴奋的团队，他们一直在努力使我们的任务运行中心在发射时全速运行，并期待着接收科学数据。 就在本周，我们对天线系统进行了通信测试，该系统将向潘多拉发射指令，并接收来自航天器的遥测数据。"

潘多拉任务由美国宇航局戈达德太空飞行中心领导，劳伦斯-利弗莫尔国家实验室提供项目管理和工程支持。 潘多拉望远镜由康宁公司与利弗莫尔公司合作制造，康宁公司还开发了成像探测器组件、任务控制电子设备以及热和机械子系统。

美国国家航空航天局戈达德分局（NASA Goddard）提供了任务的红外传感器，而蓝峡谷技术公司（Blue Canyon Technologies）提供了航天器总线，并负责组装、集成和环境测试。 任务的数据处理将在位于加利福尼亚硅谷的NASA艾姆斯研究中心进行。 潘多拉的任务运行中心设在亚利桑那大学，由其他大学组成的广泛网络为科学团队提供支持。

编译自/scitechdaily