詹姆斯·韦伯望远镜寻找宜居系外行星的工作，因其新的观星伙伴潘多拉而得到极大推动。
美国宇航局一项新的任务将研究遥远恒星周围的系外行星。 （图片来源： 欧洲航天局， CC BY-SA）
2026 年 1 月 11 日，我在加利福尼亚州戒备森严的范登堡太空部队基地焦急地观看了令人敬畏的SpaceX 猎鹰 9 号火箭将 NASA 的新型系外行星望远镜“潘多拉”送入轨道。
系外行星是围绕其他恒星运行的天体。由于从地球上看，它们只是紧挨着宿主恒星的极其微弱的光点，而恒星的亮度是行星的数百万到数十亿倍，掩盖了行星反射的光线，因此观测它们非常困难。潘多拉望远镜将与美国宇航局的詹姆斯·韦伯太空望远镜协同工作，共同研究这些遥远的行星及其环绕的恒星。
我是亚利桑那大学的天文学教授，专攻其他恒星周围行星和天体生物学的研究。我是潘多拉计划的合作研究员，并领导着该计划的系外行星科学工作组。我们建立潘多拉计划的目的是为了突破一个障碍——理解并消除数据中的噪声源——这个噪声源限制了我们对小型系外行星进行详细研究以及寻找其生命迹象的能力。
观测系外行星
天文学家有一种研究系外行星大气层的技巧。通过观测行星在其宿主恒星前方绕行时的姿态，我们可以研究穿过其大气层的星光。
行星凌日观测就像将一杯红酒举到蜡烛前：透过烛光的光线会展现出酒液的细微之处，从而揭示其品质。通过分析穿过行星大气层的星光，天文学家可以找到水蒸气、氢气、云层的证据，甚至寻找生命存在的迹象。研究人员在2002年改进了凌日观测技术，为探索新世界打开了一扇激动人心的窗口。
利用凌日法探测系外行星 – YouTube
一段时间以来，它似乎运行完美。但是，从2007年开始，天文学家注意到，星斑——恒星上较冷、活跃的区域——可能会干扰凌日测量。
2018年和2019年，当时还是博士生的本杰明·V·拉克姆、天体物理学家马克·詹帕帕和我发表了一系列研究，表明较暗的星斑和较亮的、磁活动活跃的恒星区域会严重误导系外行星的测量。我们将这个问题称为“凌日光源效应”。
大多数恒星都布满星斑，活跃且不断变化。我和本、马克的研究表明，这些变化会改变系外行星的信号。更糟糕的是，一些恒星的上层也含有水蒸气——通常在星斑中比在星斑外更为明显。这些水蒸气和其他气体的存在会误导天文学家，让他们误以为在行星中发现了水蒸气。
我们在詹姆斯·韦伯太空望远镜于2021年发射前三年发表的论文中预测，韦伯望远镜无法发挥其全部潜力。我们敲响了警钟。天文学家们这才意识到，我们当时就像是在用摇曳不定、不稳定的烛光来评判美酒。
潘多拉的诞生
对我而言，潘多拉计划始于2018年NASA发来的一封引人入胜的邮件。NASA戈达德太空飞行中心的两位杰出科学家，伊丽莎·昆塔纳和汤姆·巴克莱，主动联系我。他们有一个不同寻常的计划：他们想迅速建造一台太空望远镜，以帮助解决恒星污染问题——以便及时支援韦伯望远镜。这想法令人兴奋，但也极具挑战性。太空望远镜结构极其复杂，通常情况下，人们不会想仓促地建造它们。
潘多拉计划打破了NASA的传统模式。我们提出并建造潘多拉计划的速度更快，成本也远低于NASA的典型任务。我们的方法意味着简化任务，并承担更高的风险。
潘多拉的独特之处是什么？
潘多拉望远镜体积较小，收集的光线不如它的“大哥”韦伯望远镜那么多。但潘多拉望远镜能做到韦伯望远镜做不到的事：它能够耐心地观测恒星，从而了解它们复杂大气层的变化。
潘多拉望远镜将利用可见光和红外相机连续24小时观测一颗恒星，测量其亮度和颜色的细微变化。当恒星内部的活动区域旋转进入和消失视野，以及星斑的形成、演变和消散时，潘多拉都会记录下这些变化。韦伯望远镜很少以相同的仪器配置重返同一颗行星，也几乎从不观测其宿主恒星，而潘多拉每年将重访目标恒星10次，每次观测时长超过200小时。
有了这些信息，我们的潘多拉团队就能弄清楚恒星的变化如何影响观测到的行星凌日现象。和韦伯望远镜一样，潘多拉也会观测行星凌日事件。通过结合潘多拉和韦伯的数据，我们的团队将能够比以往任何时候都更详细地了解系外行星大气层的组成。
发射成功后，潘多拉卫星现在大约每90分钟绕地球运行一周。潘多拉卫星的主要建造商蓝峡谷科技公司正在对其系统和功能进行全面测试。
发射后大约一周，航天器的控制权将移交给位于亚利桑那州图森市的亚利桑那大学 多任务运行中心。届时，我们的科学团队将正式开始工作，我们将开始捕捉穿过其他星球大气层的星光——并用一种全新的、稳定的视角来观察它们。
詹姆斯·韦伯望远镜寻找宜居系外行星的工作，因其新的观星伙伴潘多拉而得到极大推动。
美国宇航局一项新的任务将研究遥远恒星周围的系外行星。 （图片来源： 欧洲航天局， CC BY-SA）
2026 年 1 月 11 日，我在加利福尼亚州戒备森严的范登堡太空部队基地焦急地观看了令人敬畏的SpaceX 猎鹰 9 号火箭将 NASA 的新型系外行星望远镜“潘多拉”送入轨道。
系外行星是围绕其他恒星运行的天体。由于从地球上看，它们只是紧挨着宿主恒星的极其微弱的光点，而恒星的亮度是行星的数百万到数十亿倍，掩盖了行星反射的光线，因此观测它们非常困难。潘多拉望远镜将与美国宇航局的詹姆斯·韦伯太空望远镜协同工作，共同研究这些遥远的行星及其环绕的恒星。
我是亚利桑那大学的天文学教授，专攻其他恒星周围行星和天体生物学的研究。我是潘多拉计划的合作研究员，并领导着该计划的系外行星科学工作组。我们建立潘多拉计划的目的是为了突破一个障碍——理解并消除数据中的噪声源——这个噪声源限制了我们对小型系外行星进行详细研究以及寻找其生命迹象的能力。
观测系外行星
天文学家有一种研究系外行星大气层的技巧。通过观测行星在其宿主恒星前方绕行时的姿态，我们可以研究穿过其大气层的星光。
行星凌日观测就像将一杯红酒举到蜡烛前：透过烛光的光线会展现出酒液的细微之处，从而揭示其品质。通过分析穿过行星大气层的星光，天文学家可以找到水蒸气、氢气、云层的证据，甚至寻找生命存在的迹象。研究人员在2002年改进了凌日观测技术，为探索新世界打开了一扇激动人心的窗口。
利用凌日法探测系外行星 – YouTube
一段时间以来，它似乎运行完美。但是，从2007年开始，天文学家注意到，星斑——恒星上较冷、活跃的区域——可能会干扰凌日测量。
2018年和2019年，当时还是博士生的本杰明·V·拉克姆、天体物理学家马克·詹帕帕和我发表了一系列研究，表明较暗的星斑和较亮的、磁活动活跃的恒星区域会严重误导系外行星的测量。我们将这个问题称为“凌日光源效应”。
大多数恒星都布满星斑，活跃且不断变化。我和本、马克的研究表明，这些变化会改变系外行星的信号。更糟糕的是，一些恒星的上层也含有水蒸气——通常在星斑中比在星斑外更为明显。这些水蒸气和其他气体的存在会误导天文学家，让他们误以为在行星中发现了水蒸气。
我们在詹姆斯·韦伯太空望远镜于2021年发射前三年发表的论文中预测，韦伯望远镜无法发挥其全部潜力。我们敲响了警钟。天文学家们这才意识到，我们当时就像是在用摇曳不定、不稳定的烛光来评判美酒。
潘多拉的诞生
对我而言，潘多拉计划始于2018年NASA发来的一封引人入胜的邮件。NASA戈达德太空飞行中心的两位杰出科学家，伊丽莎·昆塔纳和汤姆·巴克莱，主动联系我。他们有一个不同寻常的计划：他们想迅速建造一台太空望远镜，以帮助解决恒星污染问题——以便及时支援韦伯望远镜。这想法令人兴奋，但也极具挑战性。太空望远镜结构极其复杂，通常情况下，人们不会想仓促地建造它们。
潘多拉计划打破了NASA的传统模式。我们提出并建造潘多拉计划的速度更快，成本也远低于NASA的典型任务。我们的方法意味着简化任务，并承担更高的风险。
潘多拉的独特之处是什么？
潘多拉望远镜体积较小，收集的光线不如它的“大哥”韦伯望远镜那么多。但潘多拉望远镜能做到韦伯望远镜做不到的事：它能够耐心地观测恒星，从而了解它们复杂大气层的变化。
潘多拉望远镜将利用可见光和红外相机连续24小时观测一颗恒星，测量其亮度和颜色的细微变化。当恒星内部的活动区域旋转进入和消失视野，以及星斑的形成、演变和消散时，潘多拉都会记录下这些变化。韦伯望远镜很少以相同的仪器配置重返同一颗行星，也几乎从不观测其宿主恒星，而潘多拉每年将重访目标恒星10次，每次观测时长超过200小时。
有了这些信息，我们的潘多拉团队就能弄清楚恒星的变化如何影响观测到的行星凌日现象。和韦伯望远镜一样，潘多拉也会观测行星凌日事件。通过结合潘多拉和韦伯的数据，我们的团队将能够比以往任何时候都更详细地了解系外行星大气层的组成。
发射成功后，潘多拉卫星现在大约每90分钟绕地球运行一周。潘多拉卫星的主要建造商蓝峡谷科技公司正在对其系统和功能进行全面测试。
发射后大约一周，航天器的控制权将移交给位于亚利桑那州图森市的亚利桑那大学 多任务运行中心。届时，我们的科学团队将正式开始工作，我们将开始捕捉穿过其他星球大气层的星光——并用一种全新的、稳定的视角来观察它们。
