美國太空總署即將於今年稍後發射的潘朵拉任務有望徹底改變我們對人類的理解系外行星透過研究至少 20 個遙遠的行星來了解大氣層。
潘朵拉星球擁有能夠進行長時間觀測的專用太空船，旨在提供關鍵數據，以補充來自太空的見解。詹姆斯韋伯太空望遠鏡，特別關注對這些外星世界中的霧霾、雲和水的分析。
潘朵拉使命初具規模
潘朵拉是美國太空總署最新的以系外行星為重點的任務，隨著其太空總線的完成，距離發射又更近了一步。這項關鍵組件提供了任務運作所需的結構、動力和基本系統。潘朵拉星球的系外行星科學工作小組由亞利桑那大學領導，這標誌著它是亞利桑那大學太空研究所執行的第一個任務。
今天（1 月 16 日）在馬裡蘭州國家港舉行的美國天文學會第 245 屆會議的新聞發布會上正式宣布了這一里程碑。
潘朵拉 (Pandora) 首席研究員 Elisa Quintana 表示：“這對我們來說是一個巨大的里程碑，讓我們能夠在秋季推出。”美國太空總署戈達德太空飛行中心在馬裡蘭州格林貝爾特。 “總線承載著我們的儀器並處理導航、數據採集以及與地球的通信——它是航天器的大腦。”
革命性的大氣研究
潘朵拉是一顆小型衛星，旨在對至少 20 顆已知的繞著遙遠恆星運行的行星進行深入研究，以確定其大氣層的成分，尤其是霧霾、雲和水的存在。這些數據將為解釋美國太空總署詹姆斯韋伯太空望遠鏡的測量結果以及未來尋找宜居世界的任務奠定堅實的基礎。
潘朵拉聯合研究員、阿爾伯塔大學天文學和行星科學教授丹尼爾·阿佩說：「雖然潘朵拉比韋伯小、靈敏度低，但它能夠更長時間地凝視太陽系外行星的主恆星，從而進行更深入的研究。斯圖爾德天文台和月球與行星實驗室他領導任務的系外行星科學工作小組。 “更好地了解恆星將有助於潘多拉星球及其‘老大哥’詹姆斯·韋伯太空望遠鏡解開來自恆星及其行星的信號。”
混合訊號的挑戰
當系外行星從恆星前方經過時，天文學家可以對它的大氣層進行採樣，從地球的角度來看，這是一種被稱為凌日的事件。恆星的部分光線在到達觀察者之前掠過行星的大氣層。這種相互作用使光與大氣物質相互作用，它們的化學指紋（特徵波長的亮度下降）被印在光中。
因需求而誕生
阿派說，潘朵拉星球的概念是為了克服觀測星光穿過系外行星大氣層時遇到的障礙而誕生的。
「2018 年，我小組的一名博士生本傑明·拉克姆 (Benjamin Rackham) – 現在是一名和研究科學家描述了一種天文物理效應，直接來自恆星的光使穿過系外行星大氣層的光訊號變得混亂，」阿派解釋道。 “我們預測這種效應將限制韋伯研究宜居行星的能力。”
望遠鏡看到的是整個恆星發出的光，而不僅僅是掠過行星的少量光。恆星表面並不均勻。它們具有更熱、異常明亮的區域（稱為光斑）和更冷、更暗的區域，類似於我們太陽上的斑點，這兩個區域都會隨著恆星的旋轉而增大、縮小和改變位置。因此，觀測到的光中的這些「混合訊號」使得很難區分穿過系外行星大氣層的光和根據恆星外觀變化而變化的光。例如，主星發出的光的變化可以掩蓋或模仿水的訊號，這可能是研究人員在評估系外行星孕育生命的潛力時尋找的關鍵成分。
先進的望遠鏡技術
採用新型全鋁、45公分寬望遠鏡，與勞倫斯利弗莫爾國家實驗室潘朵拉探測器將同時捕捉每顆恆星的可見亮度和近紅外光譜，同時也獲得凌日行星的近紅外光譜。這些綜合數據將使科學團隊能夠確定恆星表面的特性並清楚地區分恆星和行星訊號。
觀測策略利用了該任務能夠長時間連續觀測其目標的能力，而像韋伯這樣的旗艦天文台由於需求量大而提供有限的觀測時間，無法定期做到這一點。
全年任務計劃
在為期一年的任務中，潘朵拉將觀測至少 20 顆系外行星 10 次，每次觀測總共持續 24 小時。每次觀測都將包括一次凌日，即任務捕捉行星光譜的時間。
Karl Harshman，領導任務營運團隊阿爾伯塔大學太空研究所該公司將在今年稍後發射時支援太空船的運行，他說：「我們有一個非常興奮的團隊，他們一直在努力讓我們的任務運作中心在發射時全速運行，並期待收到科學數據。就在本週，我們對天線系統進行了通信測試，該系統將向潘多拉星球發送命令並接收來自航天器的遙測數據。
潘朵拉任務由美國太空總署戈達德太空飛行中心領導，勞倫斯利弗莫爾國家實驗室提供專案管理和工程支援。潘朵拉望遠鏡是由康寧公司與利弗莫爾公司合作製造的，利弗莫爾公司還開發了成像探測器組件、任務控制電子設備以及熱和機械子系統。
美國太空總署戈達德公司提供了該任務的紅外線感測器，而藍峽谷技術公司則提供了太空船總線並負責組裝、整合和環境測試。該任務的數據處理將在美國太空總署艾姆斯研究中心在加州的矽谷。潘朵拉的任務運作中心位於亞利桑那大學，並得到了支持科學團隊的其他大學的廣泛網絡的貢獻。
