NASA的TESS任務，用一種全新方式發現了系外行星

說起系外行星獵手TESS（凌日系外行星巡天衛星），大家最熟悉的畫面通常是這樣的：一顆行星從恒星前方經過，恒星亮度出現規律性的輕微下降，天文學家借此確認行星的存在。但最近TESS卻用一種完全不同的方式，意外立了一功，引力微透鏡。

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—一顆“不該被TESS發現”的超級木星

這顆新發現的行星名叫Gaia23bra b，是一顆質量約為木星1.6倍的“超級木星”，繞著一顆橙矮星運轉，軌道距離與木星繞太陽的距離相當。新墨西哥大學教授、論文合著者Diana Dragomir談到，TESS發射之初，沒有人預料到它有朝一日能發現這類行星。按照TESS原本設計的探測方式，想找到這樣一顆軌道遙遠、公轉周期很長的行星，難度極大。團隊認為，TESS已有的數據中，可能還“潛伏”著其他一直被忽略的微引力透鏡行星信號。

這幅概念圖描繪了蓋亞23bra b，這是NASA的凌日系外行星巡天衛星（TESS）發現的首顆通過微引力透鏡法探測到的、繞遙遠恒星運行的行星。這顆超級木星圍繞一顆橙矮星運轉，其軌道距離與木星到太陽的距離相當。

圖源：NASA/TESS

這顆行星的線索最早出現在2023年，來自歐空局已退役的蓋亞（Gaia）空間望遠鏡。蓋亞的警報系統捕捉到一顆恒星突然變亮的現象，這正是引力微透鏡事件的典型特征：前方一顆恒星恰好從更遙遠恒星的正前方經過，借助引力彎曲、放大了背景恒星的光。

隨后，研究人員回溯了TESS的存檔數據，發現TESS當時其實也“拍”到了同一次事件。論文第一作者、新墨西哥大學博士生Mallory Harris介紹，蓋亞的觀測點過于稀疏，不足以單獨識別出這顆行星；而TESS恰好在同一片天區進行監測，其更密集的觀測節奏記錄下了光變曲線中由行星引起的額外特征。

這項研究已于7月1日發表在《天體物理學期刊通訊》（The Astrophysical Journal Letters）上。研究顯示，Gaia23bra b所環繞的橙矮星質量約為太陽的80%，而整個系統距離地球接近4萬光年，遠遠超出了TESS通常約150光年的搜索半徑。

02

— 什么是引力微透鏡？

在目前已確認的6000多顆系外行星中，約四分之三是通過“凌日法”發現的，這也是TESS最擅長的招數：持續監測大量恒星，尋找因行星周期性從恒星前方經過而造成的輕微變暗。

截至2026年7月5日，確認發現了6316顆系外行星。

圖源：NASA

微引力透鏡發現的系外行星數量不到已知總數的5%。這種現象發生在兩顆恒星從我們的視角看去幾乎完全對齊時：背景恒星發出的光，會因為前景恒星質量造成的時空彎曲而發生偏折。

如果對齊得足夠精確，前景恒星就像一面宇宙“放大鏡”，把背景恒星的光聚焦、放大。如果這顆前景恒星本身還帶著行星，這些行星也會對背景光造成微小的額外擾動，天文學家看到的，就是恒星亮度曲線上一個短暫的尖峰。

凌日法最擅長發現的，是那些緊貼恒星、體積龐大的行星——個頭越大越容易擋住更多星光，軌道越近越容易頻繁“路過”恒星正前方。這類“炙熱巨行星”固然有趣，但天文學家同樣渴望找到更像太陽系成員的行星，而這正是微引力透鏡的專長。Mallory Harris表示，借助微引力透鏡，可以找到質量更小、軌道距離更遠的行星，包括位于宜居帶乃至更遙遠區域的行星。相比之下，微引力透鏡并不擅長探測那些體積龐大又緊貼恒星的行星，因為這類行星產生的引力信號會彼此混疊在一起，難以區分。

Dragomir解釋道，凌日法和微引力透鏡法是互補關系，各自能發現對方難以探測到的一類行星，而且提供的信息也不同：凌日法能給出行星的大小，再結合其他方法可以推算質量和密度；微引力透鏡則能給出那些原本根本無法被看到的行星的質量與軌道距離。

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—稍縱即逝的觀測機會

不過，微引力透鏡觀測有一個天然的局限——機會轉瞬即逝。Mallory Harris打趣說，團隊大概率會用微引力透鏡找到第一顆“地球分身”，然后眼睜睜看著它一閃而過，因為這類事件不會重復發生，再也見不到第二次。

這讓針對單顆微引力透鏡行星的深入觀測變得困難，但這種方法作為一種統計工具，卻能為行星族群的整體分布提供寶貴的宏觀信息。論文合著者、德克薩斯理工大學教授Michael Fausnaugh將這次發現比作NASA即將發射的南?！じ窭姿埂ち_曼空間望遠鏡（Nancy Grace Roman Space Telescope）未來開展微引力透鏡巡天的一次“預告片”。羅曼望遠鏡計劃于2026年8月30日發射，其核心巡天項目之一將對準銀河系中心區域，預計能發現約1000顆微引力透鏡行星以及約10萬顆凌日行星。

羅曼望遠鏡之所以將目標鎖定在銀河系中心，是因為那里恒星極為密集，發生微引力透鏡事件的概率也更高。不過高密度也意味著許多恒星會在TESS較大的像素中彼此混疊；相比之下，TESS巡視的是幾乎整個天空，恒星分布相對稀疏。Dragomir指出，由于TESS觀測的是銀道面的其他區域，它天然就能在銀河系的不同部位發現微引力透鏡行星，這次首例微引力透鏡行星系統的發現正是證明，這也意味著TESS有能力幫助人類研究處于不同環境條件下的行星系統。

這或許會對尋找宜居世界產生影響。熱鬧擁擠的銀河系中心區域，超新星爆發更加頻繁，輻射水平也更高，可能對行星環境造成“滅菌”式的破壞；恒星間過于密集的引力交會，也可能擾亂行星系統的穩定性。而TESS觀測的銀河系區域，環境相對更溫和一些。

Fausnaugh總結道，羅曼望遠鏡微引力透鏡巡天的核心優勢，在于針對銀河系核球區域的密集時間覆蓋；而TESS則獨具優勢，能為銀河系其他區域的恒星提供這種高頻率觀測。兩者結合，為理解不同恒星環境下行星形成的多樣性打開了新的窗口，由于微引力透鏡專門擅長發現類太陽系行星，這也為研究行星系統在銀河系不同區域如何變化提供了新的契機。

04

—論文里的“幕后細節”

翻看這篇發表在《天體物理學期刊通訊》上的論文，可以看到研究團隊做了大量細致的建模工作。Gaia23bra事件最初被蓋亞的警報系統標記為“單透鏡”事件，但TESS恰好在連續兩個觀測軌道（Sector 63和64）期間監測到了同一片天區，其光變曲線上出現了兩次明顯的“焦散穿越”（caustic-crossing）特征，這正是雙透鏡系統（即“恒星加行星”組合）的標志性信號。

研究團隊使用pyLIMA軟件對蓋亞和TESS的聯合測光數據進行建模，并借助pyLIMASS工具推算恒星物理參數，最終認為：透鏡恒星是一顆質量約為太陽0.79倍的K型矮星，其伴隨的行星質量約為木星的1.63倍，兩者的投影距離約為4.8天文單位，大致相當于太陽系中木星與太陽的距離。

由于TESS像素尺度較粗（每像素對應21角秒），且觀測窗口有限（每個軌道僅27天），團隊特別指出，這類探測天然偏向于發現那些持續時間短、放大倍數高的事件。而這次的焦散穿越恰好完整地發生在同一個觀測軌道內，才使得團隊能夠據此建立雙透鏡模型。研究還討論了兩種可能的“簡并解”，并通過詳細的統計檢驗排除了其中一種由TESS系統性噪聲導致的偽解。

值得一提的是，由于缺乏直接的視差測量，透鏡恒星的質量目前仍依賴模型推斷，尚不能完全獨立確定。不過團隊計算顯示，未來5到10年內，透鏡恒星和背景恒星在天空中的位置會逐漸分離開（10年后約30毫角秒），這一分離幅度已經落在哈勃空間望遠鏡等現有高分辨率設備的觀測能力范圍內，為未來徹底解出這套雙星系統提供了可能。

論文還指出，這次探測地點位于銀河系盤面而非通常聚焦的銀河系核球區域，這一位置比較特殊，附近銀經約280°的區域此前也被其他研究（如Mróz等人2020年的工作）發現存在微引力透鏡事件“扎堆”出現的現象，原因目前尚未有明確解釋，仍有待進一步研究。

寫在最后，Gaia23bra b的發現，某種意義上是一次“意外之喜”：一顆原本不是為微引力透鏡設計的衛星，借助另一臺望遠鏡的長期監測數據，補上了自己觀測節奏上的短板，合力揪出了一顆原本幾乎不可能被發現的遙遠行星。隨著未來羅曼空間望遠鏡的加入，以及薇拉·魯賓天文臺等新一代巡天設施的接力，天文學家們或許能拼湊出一幅更完整的銀河系行星分布圖景。

參考

[1]https://science.nasa.gov/missions/tess/nasas-tess-mission-finds-planetary-system-in-new-way/

[2]https://iopscience.iop.org/article/10.3847/2041-8213/ae7a50