下一代人类观察夜空的方式将会与我们今天的完全不同。即使是在城市里，耀眼的灯光淹没了所有星星，就剩下最亮的那一颗，人们也可以抬头，找到一个遥远的恒星，然后描述环绕着它运行的外星世界。

在寒冷的山顶上，巨大的望远镜将仔细观察这些世界，帮助天文学家辨别它们的大小和基本组成成分。绕地球运行的望远镜将会观察到它们的大气层，并可能会发现生命的迹象。通过盯着恒星的闪烁——海洋光线的明亮反射——天文学家应该能够绘制行星大陆的地图，并发现它们的许多高山和大峡谷。

宇宙不会再是一片由几乎完全相同的恒星组成的海洋，夜空中将会有许多“地方”：拥有名字和特征的行星，它们对于我们来说将会和木星或火星一样熟悉。这个发现的时代现在已经开始了，NASA最新的行星猎人，过渡系外行星调查卫星(Transiting Exoplanet Survey Satellite)。TESS号于今年4月发射升空，标志着科学家们研究系外行星方式的崭新篇章。我们将不再像过去十年那样震惊于宇宙中行星的数量，而是惊叹其结构和组成成分的多样性。

马里兰州美国宇航局戈达德太空飞行中心的天文学家帕迪·博伊德(Padi Boyd)说：“当我还是个孩子的时候，我爸爸带我去外面教我看星座，他向我指出了一些你用肉眼不一定能看到的东西。”她的父亲会指出猎户座腰带上的三颗恒星，并告诉她在它们附近可以发现一些壮观的东西：猎户座星云的紫色棉花糖泡芙，在那里诞生了新的恒星。博伊德没有望远镜，那些星系她都看不见，但天文学家对此了解很多。

“但是我们从来没有讨论过围绕其他恒星的行星，”Boyd说。“多亏了TESS，过不了几年，你在晚上和孩子们一起出去看星星的时候，不仅可以谈论那些在星座里看不到的星云，还可以谈论那些你看不见的行星。”

1995年10月，宇宙中可能存在另一个类似地球的世界这个想法成为现实。天文学家米歇尔·马约尔和迪迪埃·奎罗兹宣布，他们在飞马座51周围发现了一颗行星，这是他们首次在类似太阳的恒星周围发现一颗系外行星。天文学家还需要15年才能完全认识到银河系这个角落的行星是多么的丰富。2011年2月，与美国宇航局开普勒太空望远镜合作的科学家宣布发现了1300多颗潜在行星。如此之多的外星世界和如此之多的类型，颠覆了天文学的认识。

“开普勒让我们知道行星无处不在，这是我们可能希望得到的最好的答案。平均来说，你可以假设每颗恒星周围都有一颗行星。”目前有3700多颗被证实的系外行星，其中近四分之三是开普勒发现的。(开普勒运行的时间足够长，得以完成了名为K2的后续任务，但航天器的燃料几乎耗尽。)

开普勒号是第一个致力于发现这些行星的任务，但它是一个人口普查器，设计用于确定有多少行星和哪种行星。开普勒项目的工程师们在不知道宇宙有什么行星的情况下，设计它每次只观察一小片天空，在这片区域内寻找一些熟悉的东西：围绕着太阳类型的恒星运行的类似于地球的物体。尽管目标有限，它还是设法找到了许多行星，从炙热的岩石球，到围绕着难以想象的小轨道运行的类木星气态巨行星，再到接近海王星大小的超级地球。TESS的首席研究员，麻省理工学院Kavli研究所的天文学家George Ricker说，开普勒发现的大多数行星都很远，即使是最强大的望远镜也无法分辨出有意义的细节。

TESS任务通过观察更接近地球的恒星来解决这个问题。开普勒观察的是一小片区域，并进行仔细观察，而TESS几乎会从各个方向观察，只不过观察得没那么深入。它将使用4个摄像头构建一张85%的天空地图，比开普勒所研究的区域要大近350倍。就这样，它将作为开普勒第一次人口普查的深入人口统计学家。戈达德的天体生物学家Shawn Domagal-Goldman说：“我认为开普勒就像一个调查，就像对行星的调查，用它来推断更大的行星数量。就像我们进行民意调查一样，但最终我们会想做一些更像焦点小组的事情，去更好地了解这些行星。”

和开普勒一样，TESS也会通过寻找恒星亮度的变化来找到系外行星。它的光线曲线会显示出暗光，表明有一颗行星从它前面经过。这些行星过境有助于确定一颗行星的大小，但TESS并不携带分光镜，而分光镜是计算一颗行星的质量所必需的。因此，其使命的一个组成部分就是利用下一代望远镜将数据分发给天文学家，下一代的望远镜将能够对行星进行详细的观测。娜塔莉亚·格雷罗(Natalia Guerrero)是第一个对观测到的物体进行识别的团队的领导者之一，她说，“TESS将会是一次侦察任务，我们真的很想找到那些用地面和其他太空望远镜就很容易追踪到的恒星。”

开普勒发送数据非常缓慢，但TESS发送数据的速度很快。它们速度差异的部分原因是轨道的差异。开普勒在与地球同步的太阳轨道上跟在地球后面，在我们后面不断地滑得更远;由于这个原因，开普勒的数据传送速度慢慢下降，天文学家只能每秒下载大约1兆比特。尽管开普勒的传感器可以看到很多的恒星，但开普勒在其任务期内只能传输15万颗恒星的数据。

而TESS则在一个复杂的、高度椭圆形的轨道上飞行，每隔两周，它就会运行到相当于月球到地球的距离的位置。这一轨道使TESS在没有来自月球或地球的强光的情况下，能看到尽可能更多的天空，并利用月球的重力来稳定航天器，降低燃料需求，这一经济的做法可以延长任务的寿命。当TESS回到近地轨道时，它以每秒100兆的速度输出前几周的数据。在计划两年的任务期间，该航天器应该能够向基地发送超过2000万颗恒星的数据。该任务于6月正式开始观测，第一批数据将于今年1月公布。

被TESS瞄准的恒星，主要是因为它们离地球更近，而且它们比开普勒望远镜观测到的恒星要亮30到100倍。其中包括少数几颗在全球主要城市强光照耀下仍能被看到的恒星。“TESS可以观察每一个恒星，看看它们是否有行星，”Ricker说，“如果其中只有很少一部分，甚至只有两三个，最终被证明周围有行星环绕，那也将是一个奇迹。”到了那时候地球上的每个人都可以仰望星空，遥指着另一个世界。

TESS将以条纹状的部分来划分天空，每个条纹状部分大概有猎户座般大小。TESS将每30分钟拍摄一张巨大的全画幅图像，同时每两分钟还会在背景中监测数千颗恒星，创建多个图层，这些图层随后由位于加州NASA艾姆斯研究中心的一台超级计算机进行编译。从南半球开始，TESS将在27天内完成一个部分，然后转移到下一个部分，两年后将会覆盖整个天空。这个任务可以比原计划更长，在这种情况下，TESS将重新开始并再次观察每个半球。

设计人员预计，除了系外行星外，望远镜还会发现许多物体。由于它的摄像机将在同一方向上测量相对快速的亮度变化，它最终将创建一个在整个天空中快速变化的物体目录。Ricker是一名研究伽玛射线暴等现象的科学家，他说这次任务对瞬态天文学的贡献将是巨大的。TESS将所有类型的恒星爆发：相对温和的新星吞噬它的伴星，用于研究宇宙的扩张“标准烛光”1型超新星，和被称为kilonova的新发现现象，这种喷发现象发生在高能双星系统相撞的时候，像两个黑洞或中子星相撞。Ricker说，TESS团队正在通过分析2017年8月17日中子星融合的数据来进行准备，那是对引力波的第二次确认观测。那次融合一开始产生了引力波，随后我们观察到了各种波长的光。研究小组认为，TESS应该能够记录和识别类似的事件。

格雷罗说，在这种任务中，一个人的垃圾是另一个人的财富。TESS所有的观察数据都将提供给任何想看一眼的人。这与之前的任务不同，其中最引人注目的依然是开普勒，它将一些有趣的数据保留了几个月，以便NASA的科学家和合作伙伴能够首先分析它。这一专有时期引发了争议，因为其他系外行星研究者也在等待获得开普勒的信息。而TESS则不会有这样的信息封闭，格雷罗和Ricker说。

当艾姆斯超级计算机校准测量数据，排除故障，将数据分层成光线曲线时，“有一个试用期，但是一旦数据进入存档，每个人都可以使用它，”Ricker说。“我们曾经说过，当我们努力让TESS得到批准，让她成功升空的时候，它将会是属于人们的望远镜。无论你是业余的还是专业的天文学家，TESS的数据都会在那里为你服务。”TESS的数据会储存在太空望远镜科学研究所的档案里，该数据库原本是为哈勃望远镜创建的。

开普勒在如此短的时间内发现了如此多的行星，以至于天文学家观察到系外行星这种发现从一个引人注目的焦点变成了老生常谈的话题。但是，TESS将把这个领域带入一个全新的领域，TESS发射前的项目科学家斯蒂芬·莱因哈特(Stephen Rinehart)称之为比较行星学。

戈达德天体生物学家Domagal-Goldman说系外行星研究人员通常分为两大类：通过初步观察发现行星，并以其大小和轨道进行分类的天文学家;以及利用光谱学研究行星的大气层以分类它们属于什么行星的科学家。一颗大致被第一类研究人员分类为“类地”的系外行星也可能也包括金星和火星之类的星体，但只有第二类研究人员才能够区分它们是否可能孕育我们熟悉的那种生命。弄清楚这些遥远行星的细节可以告诉我们……嗯，我们也不知道这能告诉我们什么。它可以告诉我们很多关于宇宙中生命存在的可能性的事情，但是目前，光谱学家并没有很多东西可以研究。

“TESS的有趣之处在于，我已经从我的同事身上看到，这些群体之间开始有了更多的交流，”多玛格尔·戈德曼说，“现在这些光谱学家对这些发现非常感兴趣，但是是以一种他们以前从来没试过的方式……对于发现者来说，这些行星是他们的婴儿，当他们找到它们并写了一篇关于它们的文章时，他们是爱着它们的，他们想知道更多关于它们的事。要做到这一点，最好的方法是与一位光谱学专家合作，因为他可能“有时间在一台强大的望远镜上详细研究它”。

麻省理工学院的Natalia Guerrero将帮助对TESS“感兴趣的对象”进行分类。”(NASA /Ben Smegelsky)

莱因哈特说，群体的这种变化也是世代相传的。年轻的天文学家更愿意分享他们收集到的数据，并将他们的编程代码用于分析，并为同事提供开源模型。“天文学的在以往的做法是‘这是我的数据，别碰我的数据，’”他说，“如今，人们似乎更愿意合作，更愿意分享想法，他们会说，‘嘿，我们可以在这方面共同努力，得到更好的结果。’”

TESS的发现不仅取决于一个乐于合作的群体，还取决于天文学家们在不久的将来能够接触到哪个天文台。TESS的确是会自己发现新的东西，但它的真正价值在于能让别人站在它的肩膀上。定于2020年5月前发射的詹姆斯·韦伯太空望远镜(James Webb Space Telescope)，和夏威夷的凯克天文台(Keck Observatory)以及于智利阿塔卡马沙漠的在建巨型地面望远镜，对于描绘这些新世界来说至关重要。用多玛格尔·戈德曼的话来说，正是这些望远镜，而不是TESS，将能够在遥远的“彩虹点”上看到外星生命的第一个信号。

没有人知道新的行星会是什么样子，但是多亏了开普勒，我们知道会有一些很奇怪的行星。“有那些熔岩行星，水世界，下红宝石雨的行星;也有我们太阳系里没有的迷你海王星。“我们已经发现了非常有趣的行星。现在有了TESS，我们只是想回答一个大问题：我们的太阳系在宇宙中是属于普通的还是独一无二的?

多玛格尔-戈德曼(Domaga - Goldman)做了一个思想实验，设想TESS如何能让天文学家找到外星生命。首先，TESS必须在一颗相对普通恒星的宜居带中找到一个岩石世界，这颗恒星离恒星足够近，可以让液态水存在，但离恒星的范围也足够远，免受恒星耀斑的影响。如果这颗恒星离我们的太阳系很近——比如说5光年远——天文学家们就可以用即将建成的望远镜来拍摄它的照片。

多玛格尔-戈德曼说：“你可以拍下这个淡蓝色的点的快照，你可以拍满一张完整的光盘，你可以在望远镜看到行星旋转时的变化，你可以开始绘制大陆和云层，你甚至可以看到大片的雨林。你也许能看到事物的变化，就像你能看到地球上的季节变化一样。如果我们看到了氧，其实只有氧本身是不够的，能看到氧和甲烷的话会好一点，我们可能会通过闪光探测到海洋，那就更好了。然后，如果我们有看到一点绿色的话……接下来我就要说了：如果没有生命，那你怎么解释所有的这些数据?

最终，想要证明系外行星上存在生命，可能只有当人类找到一种向恒星发射探测器的方法时才有可能实现。这一任务很可能不会发生在我们的有生之年，遥远得似乎是一种幻想。但是，如果这个奇幻任务真的实现了，那么它要讲述的故事就会植根于TESS现在所做的工作中。