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近期，中國科學院紫金山天文臺領銜的科研團隊，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制定了觀測策略。相關研究成果發(fā)表在《天文學雜志》（The Astronomical Journal）上。

近日，中國科學院、國家航天局、中國載人航天工程辦公室聯合發(fā)布了《國家空間科學中長期發(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鏡。這一望遠鏡通過精確測量目標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預計將發(fā)現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目、真實質量和三維軌道等信息。CHES采用原創(chuàng)性技術路線，在宜居帶類地行星探測方法上具有優(yōu)勢。相關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問題。

針對CHES衛(wèi)星發(fā)射后在日地拉格朗日L2點的運行情況，該團隊開展了目標恒星的仿真觀測研究。為確保探測任務能夠有效捕捉到類日恒星宜居帶內類地行星的信號，該團隊為每個目標恒星制定了詳細的觀測策略與方案。同時，各目標恒星在探測任務周期內的觀測時刻需要科學合理分布，以保證探測的高效性。因此，觀測策略的設計是驗證任務可行性的關鍵環(huán)節(jié)之一。

科研人員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軌道上運行5年。該任務設有主要觀測模式和重復觀測模式。主要觀測模式將在垂直于黃道面的方向上依次進行循環(huán)觀測，觀測方向將在垂直于太陽和L2點連線的平面上繞連線旋轉，承擔大部分觀測任務；重復觀測模式則用于補足觀測次數要求較多或分布密集的恒星，觀測方向會根據需要進行調整。因此，觀測策略將基于目標恒星在黃道坐標系下的分布進行設計。

在主要觀測模式下，望遠鏡的觀測范圍將隨著地球繞太陽的公轉而變化。為避免陽光直射對觀測的影響，當觀測方向與太陽方向的夾角小于60°時，將不再重復觀測。因此，每年每顆目標恒星的可觀測時間約占全年的2/3。在5年任務周期內，望遠鏡的觀測區(qū)域每年均有所變化，從而確保目標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。進而，研究模擬了目標恒星HD 88230周圍宜居帶存在一顆類地行星的情形，并進行了仿真觀測與數據擬合，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，從而證實了觀測策略的可行性。

基于高精度的天體測量方法，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分布。進一步研究表明，在5年任務周期內，有29220小時可用于科學觀測。其中，25120小時專用于CHES任務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目標的研究，如X射線雙星與恒星級黑洞的質量測量等，這將推進黑洞形成及其他前沿科學問題的研究進程。

研究工作得到中國科學院空間科學先導專項、國家自然科學基金重點項目的支持。

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