近期，中国科学院紫金山天文台季江徽课题组围绕近邻宜居行星巡天计划（Closeby Habitable Exoplanet Survey, CHES）空间探测任务开展了先期研究，揭示了探测目标类日恒星活动性导致的天体测量噪声，进而估计了恒星周围宜居带类地行星的探测率。相关研究成果发表在《The Astronomical Journal》上。

近邻宜居行星巡天计划（CHES）将通过高精度相对天体测量方法，精确地测量目标恒星中心位置相对于6至8颗标准参考星的微角秒级别的星间距变化，进而探测围绕100颗近邻类日恒星（10 pc，距太阳系约 32 光年）的宜居带类地行星。由于恒星表面存在黑子、光斑，其辐射强度不同于周围的宁静区域，导致观测到的光心位置偏离恒星中心位置。据估计，对于一颗位于10 pc处的类日恒星，光心偏移量可达约0.5微角秒，这与其宜居带内类地行星引起的恒星位移天体测量信号相当。同时，恒星表面黑子与光斑的分布随着恒星自转和活动区域的演化而变化，体现为恒星光心位置随着时间而变化。因此，目标恒星活动性对天体测量探测精度影响如何，及宜居带类地行星的探测率等问题值得深入研究。

研究人员以CHES的目标恒星为对象，利用恒星质量、半径、有效温度及色球活动性指数（）等特性，结合TESS卫星的测光数据，估计了恒星活动性程度（图1）。基于探测目标恒星特性，研究人员建立了恒星表面的黑子与光斑模型，包括恒星活动区域分布、面积、对比度及演化等信息（图2），进而利用数值模拟方法研究了恒星光心偏移的天体测量值。

图1 CHES目标恒星色球活动性指数与活动性程度

图2 CHES目标恒星107 Psc活动区域随时间分布

研究表明，在CHES的5年任务内，超过90%的目标恒星的光心抖动值标准差低于1微角秒（图3），平均值低于0.4微角秒，符合CHES的天体测量精度误差分配的约束。研究团队基于卫星的观测策略，估计了目标恒星周围宜居行星的探测率，结果表明约95%的类日恒星周围宜居带类地行星的探测率超过80%，这一探测精度足以发现信噪比高于6的类地行星（图4）。该项研究为CHES未来的宜居行星探测提供了关键科学依据。

图3 CHES目标恒星光心偏移值在两个方向上的天体测量抖动的标准差

图4 CHES目标恒星周围宜居行星的探测率

近邻宜居行星的探测与表征是未来系外宜居行星研究的前沿，CHES可与下一代的空间望远镜-美国的宜居世界天文台 (Habitable World Observatory, HWO)与中国的“觅音计划”等直接成像法充分结合。作为“探路者”，CHES对近邻宜居行星的科学发现将预先为HWO与“觅音计划”提供核心观测样本，显著提高直接成像光谱观测任务的探测效率, 使其更聚焦于宜居行星大气生命信号的精细刻画与表征, 揭示行星的宜居性。

该项研究成果的第一作者为紫金山天文台博士研究生暴春晖。该研究得到国家自然科学基金重点项目、中国科学院空间科学先导专项等资助。

文章链接：https://doi.org/10.3847/1538-3881/ad4031