美國宇航局將為歐洲航天任務(wù)提供一種儀器，該儀器將首次探索繞太陽或系外行星飛行的成百上千個(gè)行星的大氣層。

該儀器稱為“對系外行星的ARIEL光譜學(xué)的貢獻(xiàn)”(CASE)，為ESA(歐洲航天局)的大氣遙感紅外系外行星大測量或ARIEL任務(wù)增加了科學(xué)能力。

帶有CASE的ARIEL航天器預(yù)計(jì)將于2028年發(fā)射。CASE將由位于加利福尼亞州帕薩迪納市的NASA噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室管理，JPL天體物理學(xué)家Mark Swain為主要研究人員。

美國宇航局科學(xué)任務(wù)副主任托馬斯·祖爾布琴(Thomas Zurbuchen)表示：“我很高興美國宇航局能夠與歐空局合作執(zhí)行這項(xiàng)歷史性任務(wù)，以推動(dòng)我們了解系外行星大氣的構(gòu)成以及這些行星的形成和演化方式。”華盛頓首府。“關(guān)于系外行星的信息越多，我們就越能了解太陽系的起源，并在其他地方推進(jìn)對類似地球的行星的搜索。”

到目前為止，科學(xué)家們已經(jīng)在銀河系中發(fā)現(xiàn)了4000多顆已確認(rèn)的系外行星。NASA退役的開普勒太空望遠(yuǎn)鏡和現(xiàn)役的過渡系外行星測量衛(wèi)星(TESS)是促成這一計(jì)數(shù)的兩個(gè)觀測站。這些望遠(yuǎn)鏡通過觀察恒星越過恒星時(shí)變暗的亮度來發(fā)現(xiàn)行星，這一事件稱為“過境”。攜帶CASE的ARIEL將更深入地研究已知存在的行星，從而使穿越行星的搜索進(jìn)一步向前邁進(jìn)。

ARIEL將能夠根據(jù)其恒星看到行星大氣的化學(xué)指紋或“光譜”。為此，航天器將觀察流過行星大氣層的恒星流過恒星前方的星光，以及行星大氣層在恒星消失后前后所發(fā)出的光。這些指紋將使科學(xué)家能夠研究ARIEL觀測到的行星大氣中的成分，溫度和化學(xué)過程。

這些系外行星大氣的化學(xué)指紋非常微弱。識(shí)別它們對天文學(xué)家來說是巨大的挑戰(zhàn)，需要望遠(yuǎn)鏡長時(shí)間凝視個(gè)別恒星。但是，許多空間觀測站是多功能的，必須在各種科學(xué)研究中分配時(shí)間。ARIEL將是第一個(gè)完全致力于觀測數(shù)百顆系外行星大氣層的航天器，旨在確定其內(nèi)含物，溫度和化學(xué)過程。CASE的加入將觀測云層和陰霾，將提供ARIEL觀測到的系外行星大氣的更全面的圖像。

到目前為止，望遠(yuǎn)鏡只能仔細(xì)探測少數(shù)系外行星的大氣以確定它們的化學(xué)性質(zhì)。ARIEL更大，更多樣化的樣本將使科學(xué)家不僅將這些世界視為單個(gè)外來物體，而且將其視為一個(gè)整體，并發(fā)現(xiàn)它們共性和差異的新趨勢。

CASE儀器將對肉眼不可見的近紅外波長的光以及可見光敏感。這是ARIEL的另一種儀器(稱為紅外光譜儀)的補(bǔ)充，該儀器在更長的波長下工作。CASE將特別關(guān)注系外行星的云和霾-確定它們的普遍程度，以及它們?nèi)绾斡绊懶行谴髿獾某煞趾推渌再|(zhì)。CASE還可以測量每個(gè)星球的反照率，即星球反射的光量。

該航天器將專注于溫度超過600華氏度(320攝氏度)的銀河系中異常熾熱的行星。這樣的行星比繞得更遠(yuǎn)的行星更可能通過恒星，并且它們的短軌道周期為在給定時(shí)間內(nèi)觀察到過渡提供了更多的機(jī)會(huì)。更多的飛行過程為天文學(xué)家提供了更多的數(shù)據(jù)，使他們能夠揭示行星大氣中薄弱的化學(xué)指紋。

ARIEL的熾熱星球中將包括木星之類的氣體巨人，以及稱為微型海王星的較小氣態(tài)行星，以及比我們的超級(jí)地球更大的巖石世界。盡管這些行星太熱而無法容納我們所知的生命，但它們將告訴我們很多有關(guān)行星和行星系統(tǒng)如何形成和演化的信息。此外，當(dāng)科學(xué)家使用未來的望遠(yuǎn)鏡觀察條件更類似于地球的更小，更冷，更巖石的世界時(shí)，使用ARIEL和CASE研究系外行星的技術(shù)和見識(shí)將非常有用。

CASE儀器由兩個(gè)檢測器和相關(guān)的電子設(shè)備組成，它們構(gòu)成了ARIEL的制導(dǎo)系統(tǒng)。CASE利用了NASA為ESA的Euclid任務(wù)貢獻(xiàn)的探測器和電子設(shè)備，它將探測有關(guān)宇宙結(jié)構(gòu)及其兩個(gè)最大神秘組成部分的深層問題：暗物質(zhì)和暗能量。

搭載CASE的ARIEL航天器將與預(yù)計(jì)于2021年發(fā)射的NASA詹姆斯·韋伯太空望遠(yuǎn)鏡在同一軌道上。兩者都將從地球飛行約100萬英里(150萬公里)，到達(dá)一個(gè)特殊的引力穩(wěn)定點(diǎn)拉格朗日點(diǎn)2。該位置使航天器可以在不使用任何燃料的情況下使太陽與地球一起繞圈飛行。

盡管韋伯還能夠研究系外行星大氣，并且其儀器覆蓋的光線范圍與ARIEL類似，但韋伯將針對較小的系外行星樣本進(jìn)行更詳細(xì)的研究。因?yàn)轫f伯的時(shí)間將被劃分，并與對宇宙其他方面的研究共享，所以它將提供有關(guān)特定系外行星的詳細(xì)知識(shí)，而不是進(jìn)行數(shù)百次調(diào)查。ARIEL將在Webb發(fā)射幾年后發(fā)射，因此它將能夠從Webb汲取的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)來計(jì)劃觀測并選擇要研究的行星。

華盛頓州宇航局總部天體物理部主任保羅·赫茲說：“當(dāng)我們著眼于下一代太空望遠(yuǎn)鏡和儀器時(shí)，這是系外行星科學(xué)的激動(dòng)人心的時(shí)刻。”“ CASE增加了一套特殊的技術(shù)，這些技術(shù)將幫助我們更好地了解我們在銀河系中的地位。”

CASE是由JPL管理的天體物理學(xué)家的機(jī)遇使命。天體物理學(xué)家探索計(jì)劃由位于馬里蘭州格林貝爾特的NASA戈達(dá)德太空飛行中心管理，設(shè)在華盛頓特區(qū)NASA總部的科學(xué)任務(wù)部。