10月15日，中国科学院、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，并将“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。

尽管规划才被公布，但我国科研人员对“宜居行星”的探测却始于10余年前。由中国科学院紫金山天文台（以下简称紫金山天文台）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。

“选择这个时候被纳入规划，是因为在中国科学院空间科学先导专项背景型号项目的支持下，我们目前在科学目标的深化论证和关键技术取得了突破性进展，具备了开展近邻系外宜居行星探测的能力。”紫金山天文台行星科学与深空探测实验室主任、首席研究员季江徽告诉《中国科学报》。

对于CHES，季江徽说：“它是具有独特原创性技术路线的‘中国方案’。”

来自中国的原创方案

除了地球以外，还有生命存在吗？为了找到答案，科学家们对标地球生存环境，总结“特征”，并按图索骥，期望找到地球“同类”。

自1995年发现第一颗系外行星以来，来自世界各国的科研人员已发现6000余颗系外行星。这些研究并非“不食人间烟火”，事实上，探索地外生命与系外宜居行星是天文学的基础研究前沿之一，关乎“地球是否唯一”及“行星如何成为生命摇篮”等重大科学问题。

为了更准确捕捉类地行星的信息，各国科研人员利用多种方法从多维度探测寻找。例如，基于凌星法的开普勒太空望远镜（Kepler）、凌日系外行星勘测太空望远镜（TESS）、 柏拉图空间望远镜（PLATO）等项目分别可以发现红矮星宜居带行星、近邻红矮星宜居带行星及类日恒星宜居带行星；天体测量法项目（如CHES）则着重对近邻类日恒星周围宜居带行星的发现与刻画；世界宜居天文台(HWO)等项目则使用直接成像法对近邻类日恒星宜居带行星大气的精细刻画与表征。“我国提出的CHES采用原创性技术路线，基于高精度天体测量法，在近邻的类日恒星周围进行宜居行星的深入探测。”季江徽介绍说，“这一方法受恒星活动影响小，轨道构型几乎不受限制，能够获得行星的三维轨道与真实质量。”

该计划将发射一个搭载1.2 m口径的空间望远镜的卫星——CHES卫星，通过微角秒级的相对天体测量方法，探测距太阳系约 32 光年的100颗近邻类日恒星宜居带，寻找“下一个地球”（即“地球2.0”）。

CHES望远镜缩比样机实物    图片来源：紫金山天文台

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目前，距离太阳系32光年以内发现的行星数目约占系外行星总数的2%，其中宜居带岩石行星只有16颗，且均围绕温度较低的红矮星运行。而这类恒星表面温度通常低于3500开尔文，而且空间环境恶劣，会有强烈的耀斑，不利于生命存活。因此，“地球2.0”仍然是天文学的未解之谜。

不过，CHES的探索并非无的放矢。根据理论推断，开普勒太空望远镜观测样本中每一颗G、K型主序恒星（类日恒星）周围保守宜居带内存在半径处于0.5~1.5倍地球半径的行星的概率大于0.37。但是距离太阳系32光年以内的类日恒星中，大约90%依然没有发现行星。

“CHES将是首个直接探测近邻类日恒星宜居带类地行星的空间任务，将回答围绕太阳系附近的类日恒星运行的宜居带行星是否存在，出现宜居行星的概率是多少，以及这些行星如何分布。” 季江徽对CHES充满信心：“它独特的探测方法将填补近邻宜居行星的探测空白，距离发现真正的‘地球2.0’可谓咫尺之遥。”

多团队协同合作

若要实现“首次发现‘地球2.0’，包括超过50颗宜居带类地行星与超级地球”的目标，离不开尖端技术，更离不开高质量技术团队的保障。

在空间科学先导专项背景型号项目的支持下,紫金山天文台协同中国科学院国家空间科学中心（以下简称空间中心）、中国科学院光电技术研究所（以下简称光电所）和中国科学院微小卫星创新研究院（以下简称卫星创新院），充分发挥中国科学院体系化建制化优势，在微像素星间距测量技术、低畸变大视场望远镜光学系统技术和卫星系统方案与关键技术展开核心技术攻关，努力抢占系外宜居行星探测科技制高点，加快实现高水平科技自立自强。

据季江徽介绍，空间中心在研制微像素星间距测量技术真空试验系统时，对真空条件下～10-5像素量级星间距测量技术进行试验验证，开展两星点像波像差差异和亮度差异对微像素星间距测量精度影响试验验证，探索采用外差式激光干涉条纹作为尺子，研究标定精度的影响因素。目前，该测量技术已突破10-5像素级别星间距。

光电所则负责低畸变大视场望远镜光学系统技术研究。他们不仅研制适应真空环境的望远镜缩比模型和伪星源模拟系统，还与中国科学院国家空间科学中心对接联调，开展真空环境下的微像素星间距测量实验。同时，他们探索基于微像素星间距测量技术的望远镜光学畸变标定新方法，实现对望远镜光学畸变的高精度在轨标定，最终突破低畸变大视场高像质空间望远镜光学系统技术。

卫星创新院针对CHES卫星科学任务进行关键技术攻关，突破卫星高稳定度姿态控制、高精度热控核心技术，形成卫星系统设计方案，实现卫星系统的高稳定度姿态控制精度及热控精度。

“CHES团队固定人员近百人，是一支年轻的科研队伍。”季江徽说。

借助CHES平台，这支科研团队除了在中国科学院内展开合作外，还与国内外多个系外行星探测研究团队建立了密切的合作关系。“我们将围绕宜居行星探测方向开展前沿探索。”季江徽表示。

找到就“通风报信”

有了技术保障，CHES卫星要如何找到类日恒星宜居带类地行星呢？

为了让CHES卫星提前适应任务，科研人员展了近100个目标恒星的仿真观测研究，为每个目标恒星制定了详尽的观测策略与方案。“我们设计了两种观测模式：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，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。每年每颗目标恒星的可观测时间约占全年的2/3。”季江徽介绍道。

执行任务时，CHES卫星将在日地拉格朗日L2点的晕轨道（Halo轨道）上运行。这里将保障CHES卫星不受地球重力梯度影响，可实现全天时观测，且轨道的热辐射环境也比较稳定。季江徽表示：“日地拉格朗日L2点是一个优良的天文学观测区域，保证卫星等设备不受地球重力梯度影响，可实现全天时观测，且轨道的热辐射环境也比较稳定。国际上很多空间任务例如盖亚卫星、詹姆斯·韦伯空间望远镜等均在该区域运行，我国‘嫦娥二号’卫星也曾经抵达该位置。综合考虑载荷观测效率、卫星姿态稳定性、热控精度的极高要求，CHES卫星将在L2点的Halo轨道上运行5年。”

在执行任务的5年周期内，CHES卫星的观测区域每年都会有变化，确保目标恒星在每年观测的时刻不同，从而提高对宜居带类地行星信号的探测能力。一旦发现目标，CHES卫星将通过卫星的天线将数据传给地面的科学应用系统和接收站。

据介绍，2030年前后，我国拟开展的系外宜居行星空间探测任务还有： ET计划、觅音计划和天邻计划。其中ET计划将利用凌星法与微引力透镜法，对银河系内类地行星进行大规模普查；觅音计划拟通过发射空间分布式合成孔径阵列望远镜，以干涉直接成像的手段发现和证认系外宜居行星并刻画其宜居性；天邻计划拟发射一台6 m级紫外光学红外空间望远镜，将主要基于星冕仪直接成像法发现并刻画近邻恒星宜居带的岩石行星，寻找潜在的生物特征。

相关论文信息：

https://doi.org/10.3847/1538-3881/ad6f01

https://www.cjss.ac.cn/cn/article/doi/10.11728/cjss2024.02.yg03