27个系外行星观测目标，世界首台私人太空望远镜的科学任务

艺术家的插画展示了55Cancrid，一颗被识别为气态巨行星的系外行星，是27个目标之一，也将是首批私人太空望远镜，将使用摄相仪观测系外行星，计划于2029年发射。图片来源：NASA

拉祖利空间望远镜将成为第一台私人空间望远镜。它是谷歌前首席执行官埃里克施密特的科学项目成果。该望远镜将配备一面3米口径的主镜，比哈勃太空望远镜的2.4米主镜还要大，并计划于2029年发射升空。

拉祖利将配备三种仪器：宽视场光学成像仪、积分场光谱仪以及系外行星日冕仪（ESC）。

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直接检测和表征通过反射星光探测外行星大气，利用可见光波段观测（因流明与年龄解耦）可对成熟外行星系统开展更近距离成分的探测（相比热发射），并能够实现对生物标志物的探测，作者指出。

拉祖里太空望远镜的示意图。它将配备一个3米口径的主镜和三台仪器。其中一台是系外行星日冕仪（ESC）。该仪器将能够通过观测恒星反射光来研究系外行星及其大气层，而不是依靠它们的热辐射。图片来源：施密特科学公司

望远镜的能见度（ESC）在此场景中尤其重要。通过反射恒星光观测成熟系外行星大气，观测不依赖于行星形成遗留的热量。由于较老行星随时间退暗，其残余热量导致亮度降低；通过反射恒星光，ESC可绕过这一衰减效应。同时，该方法使观测能够覆盖比红外望远镜更近的星距，因为距离恒星较近的行星反射的光更强（此描述为简化模型，忽略部分细节）。

迄今为止，所有系外行星均通过自身发光的热辐射被成像，而通过反射星光直接对行星进行空间分辨成像仍处于接近前景的阶段。反射光成像能够从与年龄解耦的角度对行星进行探测与表征（反射星光的光强不随年龄变化），并且利用短波长（波长范围约为0.4至2.0纳米，在恒星光强峰值处）提供的成像分辨率限制，相较于热辐射成像能获取较近轨道行星的观测，扩大了探测空间。

研究人员列出了27个供ESC观测的目标，全部为巨行星。我们的目标列表覆盖了此前直接成像尚未探测过的行星年龄与温度范围，作者指出，并补充道，其中部分目标也将可由ELT的METIS热成像仪及南希格雷斯罗曼空间望远镜的日冕仪进行观测。这些目标将得益于多设备协同观测所产生的协同效应，从而实现对行星大气的全面表征。

左侧图展示了盖亚（Gaia）颜色星等图，其中以彩色编码表示宿主恒星的有效温度，并标注了其光谱型，所涉27颗系外行星的宿主恒星均包含在内；其中仅有一颗宿主恒星为M型矮星。右侧图展示了这些恒星在天球上的位置分布。图片版权：LoganPearce与EwanDouglas。

尽管使用ESC进行的观测具有价值，并能开辟新的观测潜在生物特征的新途径，但存在一些限制因素。特别是所需的观测时长。在反射光检测中涉及的高对比度（¹0⁻⁷¹⁰⁻⁹）以及随后漫长的观测时长（10秒至100小时）使三个米级的观测台在缺乏信息时进行搜索极具挑战性，作者解释道。通过聚焦已知行星并利用具有良好约束的轨道先验信息来优先目标，并安排观测时间，可以在最大检测概率上显著提升campaigns的效率。

目标列表基于轨道已知的系外行星，因为这样能最有效地利用观测时间。

那些对系外行星感兴趣的人可能会注意到列表中包括的27颗大型系外行星：

55CancriD，因其是木星的同型天体而著称。 HD181433D，因其轨道高度偏心且属于包含超短周期超级地球的系外行星家族而闻名。 2πPicB，因其是首个被直接拍摄到的系外行星之一，且与知名的碎片盘存在相互作用而知名。

这幅艺术家的插画展示了贝塔绘架座b，这是研究最深入的系外行星之一。它是最早被直接成像的系外行星之一，环绕着一颗年轻的恒星运行，而这颗恒星也因其残骸盘而闻名，如图中所示。图片来源：由欧洲南方天文台提供，CCBY4.0，commons.wikimedia.orgwindex.php?curid32625365。

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最终，这关乎其对系外行星研究所作出的贡献。

我们的目标清单扩展了对寒冷区域的气体巨行星的直接成像，探测成熟系外行星系统，与罗马CGI和ELTMETIS成像存在重叠，通过协同这些平台的能力，提供更全面的大气特性表征。