在系外行星的搜寻中，CHEOPS将如何大展身手？
地球上空轨道上CHEOPS的艺术概念图。在这张视图中，卫星的望远镜盖处于关闭状态。
图片来源：ESA/ ATG媒体实验室
对于普通的公众而言，可能对开普勒（Kepler）与“苔丝”（TESS）这样的望远镜和相关发现更为熟悉，CHEOPS任务则给望远镜的科学发现带来了独特的转折。开普勒和“苔丝”给我们带来了许多突破性的发现，让已知的系外行星（exoplanet）数量达到了数千个。然而，面对如此之多的系外行星，我们所了解到的信息还只是极少的皮毛，因此CHEOPS的主要目标不是简单地搜寻更多的行星，而是更好地了解我们已经发现的行星。
内华达大学拉斯维加斯分校（University of Nevada, Las Vegas）的物理与天文学助理教授杰森·斯特芬（Jason Steffen）在系外行星这一领域已经进行了二十多年的研究，大部分时间里，他都在参与美国航空航天局（NASA）开普勒任务的相关研究。开普勒的主要发现之一，就是它发现了一系列令人困惑的系外行星，其中两个典型的例子就是：有成千上万颗行星的大小介于地球与海王星之间；还有些行星的公转周期只有几个小时。在太阳系中，没有哪一颗行星能与它们对应，这些行星长什么样？它们是如何形成的？又是如何发展成当前状态的？这些都是需要不断研究的问题。为了能更好地理解这些行星，我们需要对它们的性质进行更好的观测，包括它们的大小、质量、组成和大气。天文学家将转向CHEOPS，来填补我们的信息空白。
CHEOPS任务概述
瑞士-欧洲空间局（ESA）联合执行的任务CHEOPS，即系外行星特征卫星（Characterising ExoplanetSatellite），将对围绕较远恒星运行的行星进行大小和反照率（反射率）的关键测量。CHEOPS于2019年12月从南美北部海岸发射升空，以“次要乘客”的身份搭乘大型联盟号（Soyuz）火箭进入太空。
开普勒任务发现的大多数行星都面临着一项挑战，那就是它们所围绕运行的恒星亮度非常微弱，这让它们很难被除了开普勒（现已功成身退不再运行了）以外的任何望远镜观察。与之不同的是，CHEOPS将会观察围绕明亮恒星运行的行星，开普勒此前也测得过这些行星的相关信息，但从细节上来说不足以进行详尽的研究，CHEOPS则会为科学家带来更多的详细信息。另一方面，这些行星也更适合其他望远镜上的仪器来观测，不同的观测结果可以互为补充，从而让我们对这些最近发现的行星性质有更多更全的新认识。
CHEOPS位于太阳同步轨道（Sun-synchronous orbit，SSO）上，并一直保持在地球的晨昏线（terminator / twilight zone，地球昼半球和夜半球的分界线）上方。系外行星特征卫星上有一个32厘米的镜子，用于观察行星掠过主恒星盘面时的情况。CHEOPS望远镜比开普勒小10倍，但由于它将要观察的恒星更为明亮，因此它可以达到与开普勒类似的精度，这一点在调试阶段就已经证明了。此外，CHEOPS并不会连续、同时地观察十万颗恒星以发现新的行星，而是有时间和位置目标性地着眼于单个目标。
CHEOPS得到了它的第一个系外行星光变曲线。
图片来源：ESA/ Airbus / CHEOPS，CC BY-SA
CHEOPS任务中的科学
对于像太阳一样明亮的恒星，行星在主恒星前方飞掠过时会阻挡一定比例的恒星亮度，CHEOPS可以通过观察这一变化来测量地球大小的行星尺寸。改进后的行星尺寸测量方法使科学家能够确定行星的密度，从而深入了解它的组成和内部结构。行星大小的测量还建立了尺寸与其质量之间的关键关系，让我们能更多地了解行星在许多系统中共有的特征。
除了行星的大小之外，CHEOPS还可以测量行星的相位曲线（phase curve），这是由于在围绕主恒星运行时，行星的形状变化会引起亮度变化（例如月相的变化）。相位曲线告诉我们某颗行星反射了多少光，也因此反映出了行星表面、大气和云层的某些属性。反过来，这些信息可以告诉我们更多云顶下和行星表面可能存在的条件信息。最后，由于CHEOPS的观测目标非常明亮，它们也是大型地面和太空望远镜进行详细大气观测的理想选择，例如欧洲极大望远镜（European Extremely Large Telescope，E-ELT）和詹姆斯·韦伯空间望远镜（James Webb Space Telescope）。
最终，通过更好地了解绕其他恒星运行的行星特性，天文学家可以更好地了解我们太阳系中行星的性质，理解其他的行星是如何适应银河系中更广阔的行星背景的，以及我们的形成和历史究竟与这些外星世界有着怎样的相似或不同。
参考来源：
https://theconversation.com/how-europes-cheops-satellite-will-improve-the-hunt-for-exoplanets-129162
