研究揭示近鄰宜居行星巡天計(jì)劃與宜居世界天文臺協(xié)同觀測能力----中國科學(xué)院

加快打造原始創(chuàng)新策源地，加快突破關(guān)鍵核心技術(shù)，努力搶占科技制高點(diǎn)，為把我國建設(shè)成為世界科技強(qiáng)國作出新的更大的貢獻(xiàn)。

——習(xí)近平總書記在致中國科學(xué)院建院70周年賀信中作出的“兩加快一努力”重要指示要求

面向世界科技前沿、面向經(jīng)濟(jì)主戰(zhàn)場、面向國家重大需求、面向人民生命健康，率先實(shí)現(xiàn)科學(xué)技術(shù)跨越發(fā)展，率先建成國家創(chuàng)新人才高地，率先建成國家高水平科技智庫，率先建設(shè)國際一流科研機(jī)構(gòu)。

——中國科學(xué)院辦院方針

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研究揭示近鄰宜居行星巡天計(jì)劃與宜居世界天文臺協(xié)同觀測能力

2025-07-11 紫金山天文臺

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近鄰宜居系外行星的探測與表征是系外行星研究的前沿方向。作為“探路者”，CHES將在科學(xué)發(fā)現(xiàn)上為下一代直接成像任務(wù)提供關(guān)鍵支持，特別是與配備高對比度星冕儀的HWO形成協(xié)同。HWO具備對近鄰恒星系統(tǒng)中類地行星進(jìn)行直接成像和光譜觀測的能力，其觀測目標(biāo)與CHES高度重合。CHES提供的軌道先驗(yàn)信息有望顯著提升HWO的觀測效率，使其觀測更聚焦于系外宜居行星大氣中生命信號的精細(xì)刻畫，從而深化人類對行星宜居性的認(rèn)識。

通過模擬行星軌道演化及相位狀態(tài)對亮度與視位置的影響，研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，CHES提供的先驗(yàn)軌道信息可顯著優(yōu)化HWO的觀測策略。通過引入CHES軌道參數(shù)，HWO可大幅減少觀測次數(shù)與曝光時(shí)間，還能有效提升觀測信噪比。研究團(tuán)隊(duì)通過注入模擬行星樣本，評估兩種模式下的探測完備度、觀測效率與預(yù)期產(chǎn)出，結(jié)果顯示差異顯著。數(shù)值結(jié)果表明，相較無先驗(yàn)數(shù)據(jù)情形，CHES的先驗(yàn)數(shù)據(jù)可使HWO的觀測完備度平均提升約10%，探測效率（單位時(shí)間內(nèi)的信號獲取能力）提升幅度達(dá)2~30倍，具體取決于目標(biāo)恒星與行星參數(shù)。此外，基于Kepler數(shù)據(jù)推導(dǎo)的類地行星生成率，研究團(tuán)隊(duì)估算了在不同生成率與宜居帶模型下的總探測產(chǎn)出。CHES提供的先驗(yàn)數(shù)據(jù)可將HWO預(yù)期發(fā)現(xiàn)的系外宜居行星數(shù)量從約37顆提升至約54顆，顯著增強(qiáng)其科學(xué)產(chǎn)出能力。

為提升系外宜居行星探測的全面性、準(zhǔn)確性與效率，未來系外行星探測與宜居性研究需將天體測量與直接成像手段深度融合，并通過跨任務(wù)協(xié)同優(yōu)化觀測策略。除HWO之外，多個(gè)國內(nèi)外正在規(guī)劃的空間任務(wù)也將系外行星的直接成像作為核心目標(biāo)之一，例如中國的“覓音”計(jì)劃與“天鄰”計(jì)劃、美國即將發(fā)射的Nancy Grace Roman空間望遠(yuǎn)鏡，以及中國巡天空間望遠(yuǎn)鏡搭載專為冷行星直接成像設(shè)計(jì)的Cool-Planet Imaging Coronagraph星冕儀。上述任務(wù)在觀測策略與數(shù)據(jù)獲取方面與CHES高度互補(bǔ)且具協(xié)同潛力，未來有望通過聯(lián)合觀測，在系外宜居行星研究領(lǐng)域取得重大突破。

研究工作得到國家自然科學(xué)基金、中國科學(xué)院空間科學(xué)先導(dǎo)專項(xiàng)等的支持。

論文鏈接

HWO單獨(dú)觀測以及與CHES協(xié)同觀測的探測完備度

HWO單獨(dú)觀測以及與CHES協(xié)同觀測的探測效率

HWO單獨(dú)觀測與結(jié)合CHES觀測在宜居帶內(nèi)預(yù)期發(fā)現(xiàn)行星數(shù)目

近期，中國科學(xué)院紫金山天文臺科研團(tuán)隊(duì)圍繞空間探測任務(wù)近鄰宜居行星巡天計(jì)劃（CHES）開展了前期研究，系統(tǒng)探討了如何將CHES的高精度天體測量與未來新一代旗艦級空間望遠(yuǎn)鏡“宜居世界天文臺”（HWO）的直接成像手段相結(jié)合，以提升系外宜居行星的探測效率與能力。相關(guān)研究成果發(fā)表在《天文學(xué)雜志》（The Astronomical Journal）上。近鄰宜居系外行星的探測與表征是系外行星研究的前沿方向。作為“探路者”，CHES將在科學(xué)發(fā)現(xiàn)上為下一代直接成像任務(wù)提供關(guān)鍵支持，特別是與配備高對比度星冕儀的HWO形成協(xié)同。HWO具備對近鄰恒星系統(tǒng)中類地行星進(jìn)行直接成像和光譜觀測的能力，其觀測目標(biāo)與CHES高度重合。CHES提供的軌道先驗(yàn)信息有望顯著提升HWO的觀測效率，使其觀測更聚焦于系外宜居行星大氣中生命信號的精細(xì)刻畫，從而深化人類對行星宜居性的認(rèn)識。通過模擬行星軌道演化及相位狀態(tài)對亮度與視位置的影響，研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，CHES提供的先驗(yàn)軌道信息可顯著優(yōu)化HWO的觀測策略。通過引入CHES軌道參數(shù)，HWO可大幅減少觀測次數(shù)與曝光時(shí)間，還能有效提升觀測信噪比。研究團(tuán)隊(duì)通過注入模擬行星樣本，評估兩種模式下的探測完備度、觀測效率與預(yù)期產(chǎn)出，結(jié)果顯示差異顯著。數(shù)值結(jié)果表明，相較無先驗(yàn)數(shù)據(jù)情形，CHES的先驗(yàn)數(shù)據(jù)可使HWO的觀測完備度平均提升約10%，探測效率（單位時(shí)間內(nèi)的信號獲取能力）提升幅度達(dá)2~30倍，具體取決于目標(biāo)恒星與行星參數(shù)。此外，基于Kepler數(shù)據(jù)推導(dǎo)的類地行星生成率，研究團(tuán)隊(duì)估算了在不同生成率與宜居帶模型下的總探測產(chǎn)出。CHES提供的先驗(yàn)數(shù)據(jù)可將HWO預(yù)期發(fā)現(xiàn)的系外宜居行星數(shù)量從約37顆提升至約54顆，顯著增強(qiáng)其科學(xué)產(chǎn)出能力。為提升系外宜居行星探測的全面性、準(zhǔn)確性與效率，未來系外行星探測與宜居性研究需將天體測量與直接成像手段深度融合，并通過跨任務(wù)協(xié)同優(yōu)化觀測策略。除HWO之外，多個(gè)國內(nèi)外正在規(guī)劃的空間任務(wù)也將系外行星的直接成像作為核心目標(biāo)之一，例如中國的“覓音”計(jì)劃與“天鄰”計(jì)劃、美國即將發(fā)射的Nancy Grace Roman空間望遠(yuǎn)鏡，以及中國巡天空間望遠(yuǎn)鏡搭載專為冷行星直接成像設(shè)計(jì)的Cool-Planet Imaging Coronagraph星冕儀。上述任務(wù)在觀測策略與數(shù)據(jù)獲取方面與CHES高度互補(bǔ)且具協(xié)同潛力，未來有望通過聯(lián)合觀測，在系外宜居行星研究領(lǐng)域取得重大突破。研究工作得到國家自然科學(xué)基金、中國科學(xué)院空間科學(xué)先導(dǎo)專項(xiàng)等的支持。論文鏈接HWO單獨(dú)觀測以及與CHES協(xié)同觀測的探測完備度HWO單獨(dú)觀測以及與CHES協(xié)同觀測的探測效率HWO單獨(dú)觀測與結(jié)合CHES觀測在宜居帶內(nèi)預(yù)期發(fā)現(xiàn)行星數(shù)目

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