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近期，中國科學(xué)院紫金山天文臺領(lǐng)銜的科研團(tuán)隊，圍繞近鄰宜居行星巡天計劃（CHES）空間探測開展了先期研究，為近鄰類日恒星的宜居帶類地行星探測任務(wù)制定了觀測策略。相關(guān)研究成果發(fā)表在《天文學(xué)雜志》（The Astronomical Journal）上。近日，中國科學(xué)院、國家航天局、中國載人航天工程辦公室聯(lián)合發(fā)布了《國家空間科學(xué)中長期發(fā)展規(guī)劃（2024—2050年）》，將“宜居行星”探測列為五大科學(xué)主題之一，明確了近鄰宜居系外行星為前沿研究方向。CHES將發(fā)射一個1.2米口徑高精度空間天體測量望遠(yuǎn)鏡。這一望遠(yuǎn)鏡通過精確測量目標(biāo)恒星與參考星之間微角秒級別的星間距變化，探測圍繞100顆近鄰類日恒星周圍宜居帶的類地行星。CHES預(yù)計將發(fā)現(xiàn)近鄰類日恒星的宜居帶類地行星；將全面普查近鄰行星的數(shù)目、真實質(zhì)量和三維軌道等信息。CHES采用原創(chuàng)性技術(shù)路線，在宜居帶類地行星探測方法上具有優(yōu)勢。相關(guān)研究有望解答近鄰宜居系外行星的分布、地球是否唯一以及行星如何成為生命搖籃等科學(xué)問題。針對CHES衛(wèi)星發(fā)射后在日地拉格朗日L2點的運(yùn)行情況，該團(tuán)隊開展了目標(biāo)恒星的仿真觀測研究。為確保探測任務(wù)能夠有效捕捉到類日恒星宜居帶內(nèi)類地行星的信號，該團(tuán)隊為每個目標(biāo)恒星制定了詳細(xì)的觀測策略與方案。同時，各目標(biāo)恒星在探測任務(wù)周期內(nèi)的觀測時刻需要科學(xué)合理分布，以保證探測的高效性。因此，觀測策略的設(shè)計是驗證任務(wù)可行性的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一?？蒲腥藛T綜合考慮載荷觀測效率、衛(wèi)星姿態(tài)穩(wěn)定性與熱控精度的高要求，選擇在日地拉格朗日L2點的Halo軌道上運(yùn)行5年。該任務(wù)設(shè)有主要觀測模式和重復(fù)觀測模式。主要觀測模式將在垂直于黃道面的方向上依次進(jìn)行循環(huán)觀測，觀測方向?qū)⒃诖怪庇谔柡蚅2點連線的平面上繞連線旋轉(zhuǎn)，承擔(dān)大部分觀測任務(wù)；重復(fù)觀測模式則用于補(bǔ)足觀測次數(shù)要求較多或分布密集的恒星，觀測方向會根據(jù)需要進(jìn)行調(diào)整。因此，觀測策略將基于目標(biāo)恒星在黃道坐標(biāo)系下的分布進(jìn)行設(shè)計。在主要觀測模式下，望遠(yuǎn)鏡的觀測范圍將隨著地球繞太陽的公轉(zhuǎn)而變化。為避免陽光直射對觀測的影響，當(dāng)觀測方向與太陽方向的夾角小于60°時，將不再重復(fù)觀測。因此，每年每顆目標(biāo)恒星的可觀測時間約占全年的2/3。在5年任務(wù)周期內(nèi)，望遠(yuǎn)鏡的觀測區(qū)域每年均有所變化，從而確保目標(biāo)恒星在每年觀測的時刻不同，以便觀測視差和行星軌道，提高對宜居帶類地行星信號的探測能力。進(jìn)而，研究模擬了目標(biāo)恒星HD 88230周圍宜居帶存在一顆類地行星的情形，并進(jìn)行了仿真觀測與數(shù)據(jù)擬合，驗證了該觀測策略能夠探測到宜居帶類地行星的信號，并反演了其軌道參數(shù)，從而證實了觀測策略的可行性?；诟呔鹊奶祗w測量方法，CHES能夠探測X射線雙星和黑洞候選體，揭示銀河系的暗物質(zhì)分布。進(jìn)一步研究表明，在5年任務(wù)周期內(nèi)，有29220小時可用于科學(xué)觀測。其中，25120小時專用于CHES任務(wù)的近鄰系外宜居行星探測，占總觀測時間的86%。其余4100小時則可用于拓展科學(xué)目標(biāo)的研究，如X射線雙星與恒星級黑洞的質(zhì)量測量等，這將推進(jìn)黑洞形成及其他前沿科學(xué)問題的研究進(jìn)程。研究工作得到中國科學(xué)院空間科學(xué)先導(dǎo)專項、國家自然科學(xué)基金重點項目的支持。論文鏈接