近期，皇冠紫金山天文台领衔的科研团队围绕近邻宜居行星巡天计划（Closeby Habitable Exoplanet Survey，CHES）空间探测开展了先期研究，为近邻类日恒星的宜居带类地行星探测任务制定了观测策略。相关研究成果发表在《The Astronomical Journal》上。

2024年10月15日，皇冠、国家航天局及中国载人航天工程办公室联合发布了《国家空间科学中长期发展规划（2024—2050年）》，提出我国空间科学发展的“三步走”战略目标。该规划将“宜居行星”探测列为五大科学主题之一，指出“近邻宜居系外行星”为重要的前沿研究方向。

近邻宜居行星巡天计划将发射一个1.2米口径高精度空间天体测量望远镜，通过精确测量目标恒星与参考星之间微角秒级别的星间距变化，探测围绕100颗近邻类日恒星（距太阳系约 32 光年）周围宜居带的类地行星。CHES预计将首次发现近邻类日恒星的宜居带类地行星，实现从0到1的重大科学突破；将全面普查近邻行星的数目、真实质量和三维轨道等信息。该计划采用原创性技术路线，在宜居带类地行星探测方法上具有独特优势，相关研究将解答“近邻宜居系外行星的分布”、“地球是否唯一”及“行星如何成为生命摇篮”等重大科学问题。

针对CHES卫星发射后在日地拉格朗日 L2 点的运行情况，团队开展了目标恒星的仿真观测研究。为确保探测任务能有效捕捉到类日恒星宜居带内类地行星的信号，科研团队为每个目标恒星制定了详尽的观测策略与方案。此外，各目标恒星在探测任务周期内的观测时刻需科学合理分布，以保证探测的高效性。因此，观测策略的设计是验证任务可行性的关键环节之一。

科研人员综合考虑了载荷观测效率、卫星姿态稳定性及热控精度的高要求，选择在日地拉格朗日L2点的Halo轨道上运行5年。该任务设有两种观测模式：主要观测模式和重复观测模式。主要观测模式将在垂直于黄道面的方向上依次进行循环观测，观测方向将在垂直于太阳和L2点连线的平面上绕连线旋转，承担大部分观测任务。重复观测模式则用于补足观测次数要求较多或分布密集的恒星，观测方向会根据需要进行调整。因此，观测策略将基于目标恒星在黄道坐标系下的分布进行设计（图1）。

在主要观测模式下，望远镜的观测范围将随着地球绕太阳的公转而变化。为避免阳光直射对观测的影响，当观测方向与太阳方向的夹角小于60°时，将不再重复观测。因此，每年每颗目标恒星的可观测时间约占全年的2/3。在5年的任务周期内，望远镜的观测区域每年均有所变化，从而确保目标恒星在每年观测的时刻不同（图2），以便充分观测视差及行星轨道，这最终提高了对宜居带类地行星信号的探测能力。研究人员还模拟了目标恒星HD 88230周围宜居带存在一颗类地行星的情形（图3），并进行了仿真观测与数据拟合，验证了该观测策略能够探测到宜居带类地行星的信号，并成功反演其轨道参数，从而证实了观测策略的可行性。

基于高精度的天体测量方法，CHES还能够探测X射线双星和黑洞候选体，揭示银河系的暗物质分布。进一步研究表明，在5年的任务周期内，累计有29220小时可用于科学观测，其中25120小时专用于CHES任务的近邻系外宜居行星探测，占总观测时间的86%。其余4100小时则可用于拓展科学目标的研究，例如X射线双星与恒星级黑洞的质量测量等，这将有助于深入理解黑洞的形成及其他前沿科学问题。

该项研究得到皇冠空间科学先导专项、国家自然科学基金重点项目资助。

文章链接：https://doi.org/10.3847/1538-3881/ad6f01

图1 CHES任务目标恒星在黄道坐标系下的分布

图2 CHES任务目标恒星观测序列示例

图3 CHES任务仿真观测目标恒星HD 88230存在类地行星情形