NASA的TESS任务，用一种全新方式发现了系外行星

说起系外行星猎手TESS（凌日系外行星巡天卫星），大家最熟悉的画面通常是这样的：一颗行星从恒星前方经过，恒星亮度出现规律性的轻微下降，天文学家借此确认行星的存在。但最近TESS却用一种完全不同的方式，意外立了一功，引力微透镜。

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—一颗“不该被TESS发现”的超级木星

这颗新发现的行星名叫Gaia23bra b，是一颗质量约为木星1.6倍的“超级木星”，绕着一颗橙矮星运转，轨道距离与木星绕太阳的距离相当。新墨西哥大学教授、论文合著者Diana Dragomir谈到，TESS发射之初，没有人预料到它有朝一日能发现这类行星。按照TESS原本设计的探测方式，想找到这样一颗轨道遥远、公转周期很长的行星，难度极大。团队认为，TESS已有的数据中，可能还“潜伏”着其他一直被忽略的微引力透镜行星信号。

这幅概念图描绘了盖亚23bra b，这是NASA的凌日系外行星巡天卫星（TESS）发现的首颗通过微引力透镜法探测到的、绕遥远恒星运行的行星。这颗超级木星围绕一颗橙矮星运转，其轨道距离与木星到太阳的距离相当。

图源：NASA/TESS

这颗行星的线索最早出现在2023年，来自欧空局已退役的盖亚（Gaia）空间望远镜。盖亚的警报系统捕捉到一颗恒星突然变亮的现象，这正是引力微透镜事件的典型特征：前方一颗恒星恰好从更遥远恒星的正前方经过，借助引力弯曲、放大了背景恒星的光。

随后，研究人员回溯了TESS的存档数据，发现TESS当时其实也“拍”到了同一次事件。论文第一作者、新墨西哥大学博士生Mallory Harris介绍，盖亚的观测点过于稀疏，不足以单独识别出这颗行星；而TESS恰好在同一片天区进行监测，其更密集的观测节奏记录下了光变曲线中由行星引起的额外特征。

这项研究已于7月1日发表在《天体物理学期刊通讯》（The Astrophysical Journal Letters）上。研究显示，Gaia23bra b所环绕的橙矮星质量约为太阳的80%，而整个系统距离地球接近4万光年，远远超出了TESS通常约150光年的搜索半径。

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— 什么是引力微透镜？

在目前已确认的6000多颗系外行星中，约四分之三是通过“凌日法”发现的，这也是TESS最擅长的招数：持续监测大量恒星，寻找因行星周期性从恒星前方经过而造成的轻微变暗。

截至2026年7月5日，确认发现了6316颗系外行星。

图源：NASA

微引力透镜发现的系外行星数量不到已知总数的5%。这种现象发生在两颗恒星从我们的视角看去几乎完全对齐时：背景恒星发出的光，会因为前景恒星质量造成的时空弯曲而发生偏折。

如果对齐得足够精确，前景恒星就像一面宇宙“放大镜”，把背景恒星的光聚焦、放大。如果这颗前景恒星本身还带着行星，这些行星也会对背景光造成微小的额外扰动，天文学家看到的，就是恒星亮度曲线上一个短暂的尖峰。

凌日法最擅长发现的，是那些紧贴恒星、体积庞大的行星——个头越大越容易挡住更多星光，轨道越近越容易频繁“路过”恒星正前方。这类“炙热巨行星”固然有趣，但天文学家同样渴望找到更像太阳系成员的行星，而这正是微引力透镜的专长。Mallory Harris表示，借助微引力透镜，可以找到质量更小、轨道距离更远的行星，包括位于宜居带乃至更遥远区域的行星。相比之下，微引力透镜并不擅长探测那些体积庞大又紧贴恒星的行星，因为这类行星产生的引力信号会彼此混叠在一起，难以区分。

Dragomir解释道，凌日法和微引力透镜法是互补关系，各自能发现对方难以探测到的一类行星，而且提供的信息也不同：凌日法能给出行星的大小，再结合其他方法可以推算质量和密度；微引力透镜则能给出那些原本根本无法被看到的行星的质量与轨道距离。

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—稍纵即逝的观测机会

不过，微引力透镜观测有一个天然的局限——机会转瞬即逝。Mallory Harris打趣说，团队大概率会用微引力透镜找到第一颗“地球分身”，然后眼睁睁看着它一闪而过，因为这类事件不会重复发生，再也见不到第二次。

这让针对单颗微引力透镜行星的深入观测变得困难，但这种方法作为一种统计工具，却能为行星族群的整体分布提供宝贵的宏观信息。论文合著者、德克萨斯理工大学教授Michael Fausnaugh将这次发现比作NASA即将发射的南希·格雷斯·罗曼空间望远镜（Nancy Grace Roman Space Telescope）未来开展微引力透镜巡天的一次“预告片”。罗曼望远镜计划于2026年8月30日发射，其核心巡天项目之一将对准银河系中心区域，预计能发现约1000颗微引力透镜行星以及约10万颗凌日行星。

罗曼望远镜之所以将目标锁定在银河系中心，是因为那里恒星极为密集，发生微引力透镜事件的概率也更高。不过高密度也意味着许多恒星会在TESS较大的像素中彼此混叠；相比之下，TESS巡视的是几乎整个天空，恒星分布相对稀疏。Dragomir指出，由于TESS观测的是银道面的其他区域，它天然就能在银河系的不同部位发现微引力透镜行星，这次首例微引力透镜行星系统的发现正是证明，这也意味着TESS有能力帮助人类研究处于不同环境条件下的行星系统。

这或许会对寻找宜居世界产生影响。热闹拥挤的银河系中心区域，超新星爆发更加频繁，辐射水平也更高，可能对行星环境造成“灭菌”式的破坏；恒星间过于密集的引力交会，也可能扰乱行星系统的稳定性。而TESS观测的银河系区域，环境相对更温和一些。

Fausnaugh总结道，罗曼望远镜微引力透镜巡天的核心优势，在于针对银河系核球区域的密集时间覆盖；而TESS则独具优势，能为银河系其他区域的恒星提供这种高频率观测。两者结合，为理解不同恒星环境下行星形成的多样性打开了新的窗口，由于微引力透镜专门擅长发现类太阳系行星，这也为研究行星系统在银河系不同区域如何变化提供了新的契机。

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—论文里的“幕后细节”

翻看这篇发表在《天体物理学期刊通讯》上的论文，可以看到研究团队做了大量细致的建模工作。Gaia23bra事件最初被盖亚的警报系统标记为“单透镜”事件，但TESS恰好在连续两个观测轨道（Sector 63和64）期间监测到了同一片天区，其光变曲线上出现了两次明显的“焦散穿越”（caustic-crossing）特征，这正是双透镜系统（即“恒星加行星”组合）的标志性信号。

研究团队使用pyLIMA软件对盖亚和TESS的联合测光数据进行建模，并借助pyLIMASS工具推算恒星物理参数，最终认为：透镜恒星是一颗质量约为太阳0.79倍的K型矮星，其伴随的行星质量约为木星的1.63倍，两者的投影距离约为4.8天文单位，大致相当于太阳系中木星与太阳的距离。

由于TESS像素尺度较粗（每像素对应21角秒），且观测窗口有限（每个轨道仅27天），团队特别指出，这类探测天然偏向于发现那些持续时间短、放大倍数高的事件。而这次的焦散穿越恰好完整地发生在同一个观测轨道内，才使得团队能够据此建立双透镜模型。研究还讨论了两种可能的“简并解”，并通过详细的统计检验排除了其中一种由TESS系统性噪声导致的伪解。

值得一提的是，由于缺乏直接的视差测量，透镜恒星的质量目前仍依赖模型推断，尚不能完全独立确定。不过团队计算显示，未来5到10年内，透镜恒星和背景恒星在天空中的位置会逐渐分离开（10年后约30毫角秒），这一分离幅度已经落在哈勃空间望远镜等现有高分辨率设备的观测能力范围内，为未来彻底解出这套双星系统提供了可能。

论文还指出，这次探测地点位于银河系盘面而非通常聚焦的银河系核球区域，这一位置比较特殊，附近银经约280°的区域此前也被其他研究（如Mróz等人2020年的工作）发现存在微引力透镜事件“扎堆”出现的现象，原因目前尚未有明确解释，仍有待进一步研究。

写在最后，Gaia23bra b的发现，某种意义上是一次“意外之喜”：一颗原本不是为微引力透镜设计的卫星，借助另一台望远镜的长期监测数据，补上了自己观测节奏上的短板，合力揪出了一颗原本几乎不可能被发现的遥远行星。随着未来罗曼空间望远镜的加入，以及薇拉·鲁宾天文台等新一代巡天设施的接力，天文学家们或许能拼凑出一幅更完整的银河系行星分布图景。

参考

[1]https://science.nasa.gov/missions/tess/nasas-tess-mission-finds-planetary-system-in-new-way/

[2]https://iopscience.iop.org/article/10.3847/2041-8213/ae7a50