欧洲宇航局也有探测系外行星的任务？2028年的ARIEL计划如何探索
宇宙视觉ARIEL计划ARIEL卫星计划是欧洲宇航局“宇宙视觉”计划中的第三个任务，该项目的主要目标是大气遥感和系外行星调查。Ariel是一项涉及欧洲工业、研究机构和欧洲宇航局的特定发展对象。
Ariel可以使用透射光谱技术测量数百个系外行星大气的化学成分和结构。Ariel的观测目标从气态巨星到超级地球不等，Ariel还开辟了大规模行星比较学的道路，这项研究可以把我们自己的太阳系与银河系中其他恒星级系统理论联系在一起。
可以这样说，Ariel是一个调查式任务概念，致力于研究系外行星的光谱特征。目前，我们星系中的大多数恒星系统都包含一个或多个行星。而现在数千颗系外行星已经被发现，它们形状各异，性质各异，从质量、大小和轨道范围等等参数都不一样。
天文学家不知道行星化学是如何与它形成的环境联系在一起的，也不知道主恒星的类型是否驱动着行星诞生后的物理和化学。所以Ariel来了，它在观测系外行星方面可以和詹姆斯韦伯太空望远镜比肩……
系外行星科学说的简单一点就是研究行星本身。Ariel是作为一个专门的系外行星调查任务而设计的，能够在其四年任务寿命内绘制一个巨大的、定义明确的系外行星地图，它还可以解决以下基本问题：
系外行星是由什么组成的？它的结构如何？行星和一个恒星系统是如何形成的？科学家可以以此来研究太阳系的起源。随着时间的推移，行星及其大气层是如何进化的？观察系外行星的卫星可以利用凌日、日食和相位曲线光谱的时间差技术来观察其他恒星级系统的信息，这样也可以测量来自行星的大气信号和相对于恒星的Ppm水平。特别明亮的目标卫星还将使用更复杂的技术，比如月食测绘等技术，这样可以让Ariel对行星大气的性质有更深入的了解。
观察系外行星，光度稳定性是关键，Ariel与其他系外探测卫星不一样的就是光度稳定性极高，而且其他的系外探测卫星比较着重角度分辨率。Ariel有最严格的要求，提高了卫星制造业的工程技术设计和卫星系统总体设计水平。Ariel对于较亮目标，可以在一次访问中获得高质量的光谱，而对于较弱的目标，将在任务期间进行多次观察并屏蔽一些干扰信号。
Ariel科学的目标是绘制一个已知系外行星的大气光谱地图，包括在平衡温度、轨道特性以及在不同光谱分辨率、波长间隔和信噪比下角度拍摄和观察主恒星，所以Ariel在四年任务期间需要观察大约1000个系外行星目标才能绘制完整地图。
Ariel观测策略是将整个观测分为三个层次，首先勘测、其次深度勘测，最后基准行星。勘测模式下Ariel将快速、大范围地定位行星，以便就未来观测的优先次序作出决定。深度测量将对一个子样本进行光谱观测，基准行星观测将特别侧重于研究个别系外行星大气层随时间变化的变化。通过相同的观测将为系外行星外部大气的时间变异性提供光线，这是由于云量的变化或系外行星的全球环流模式的变化造成的。
接下来我们一起来看看Ariel的结构吧，航天器是以模块化的方式设计的，向量机上面板和PLM有效载荷模块结构分离。这样安排整个Ariel将有助于简化采购和装配的过程，允许并行和独立地采购和测试每一个模块。
ARIEL的主要科学有效载荷是一种宽频带、低分辨率的红外光谱仪，工作在1.95到7.8μm之间。这其实是一个单一的模块，它包含两个通道，覆盖1.95-3.9个μm和3.9-7.8个μm范围。两个通道之间的波长分裂是通过二向色镜实现的。对于小于3.9分μm的波长，需要100的分辨率，长波长的分辨率为30。
另外一个科学有效载荷是可见/近红外光度计和分光度计，可见/近红外光度计和分光度计由四个通道组成：两个宽波段通道，分别作为0.8-1.0~1.05和1.2μm之间的细指向系统，一个工作在1.25-1.9μm的近红外光谱仪和一个0.5~0.55μm的可见光度计。它们的主要任务是向卫星提供精细的指向知识，也可以为科学提供高精度的目标光度测量。这两种仪器都由一个公共光学模块馈送，以分离不同的通道。
总有效载荷质量为460公斤，其中39公斤为热单元，90公斤为V形槽和PLM支撑柱，300公斤为望远镜子系统，31公斤为光学工作台上的冷单元，包括热模块。在运行过程中，所有热模块的功率分配为140兆瓦，预计在日常操作期间，这些仪器将产生每天25G的科学数据。
奔向未来在2028年，Ariel将乘坐阿丽亚娜6号升空，直接奔向L2点，在发射后第2、5和10天的时候需要纠正太空望远镜的色散和近地点速度误差。由于还不知道阿丽亚娜6号火箭的性能，所以具体数字只能做个大概评估。在前往L2的旅途中，欧洲宇航局可能会进行双发射配置，在整流罩双发射适配器的顶部有一个伴星，伴星下面就是Ariel，这颗伴星是为了保护其低温有效载荷在行进期间免受直接太阳照射。
Ariel任务到达之后就会进入90天的调试阶段，也就是进行第一次转移校正演习测试。在调试阶段之后，将再进行90天的仪器性能验证和科学演示阶段，然后才能开始正常进行科学观测。在这些阶段将要执行的标准任务将包括所有S/C子系统的调试以及有效载荷性能的核查。
Ariel飞行任务将由位于达姆施塔特欧洲空间中心执行。X波段将用于远程上行链路通信、高速率存储和数据遥测。Ariel的地面部分可以控制飞行任务、接收和处理来自卫星的遥测数据。由欧洲宇航局科学数据中心分担对Ariel地面部分的数据处理工作。
“Ariel是系外行星科学中的第一步，它允许我们在关键的科学问题上取得进展，包括系外行星的形成和演化，同时也帮助我们了解地球在宇宙中的位置。”欧空局科学主任Hasinger说到。
伦敦大学学院的行星科学家Giovanna Tinetti是本次任务的首席研究员，她说：“Ariel真的可以给我们提供一个完整的地图，说明系外行星是由什么组成的，它们是如何形成的，它们是如何演化的。最后我们我们会拿它和太阳系作比较，了解太阳系的起源。”
据报道，欧空局的预算约为5.5亿美元，欧空局像Ariel这样的大型太空探索任务的预算一般在6.7亿美元左右。不过目前还差一些才能到欧洲宇航局中等任务的标准，从预算我们可以看出未来Ariel任务还会做一些调整。
不止一个太空望远镜在观测值得开心的是，Ariel并不是唯一一个专注于系外行星的飞行任务。美国宇航局的行星猎人Tess太空望远镜和备受期待的詹姆斯·韦伯太空望远镜也将于2021年发射升空，该望远镜也将能够研究系外行星的大气层。
然而，与詹姆斯韦伯望远镜不同，该望远镜是一种通用仪器，将被科学家用来进行各种研究，Ariel则只专注于研究系外行星的大气层。据外媒报道，Ariel将能够搜索更广阔的空间，并观测到比从地球上可见的波长范围更广的波长。
系外行星在我们的眼中逐渐变得熟悉起来，这可以让我们回答一个问题：我们的地球，气候是唯一的吗？我们的太阳系是唯一的吗？相信有Ariel太空望远镜，詹姆斯韦伯太空望远镜，TESS行星猎人等太空望远镜的帮助。我们会找到地球2.0，甚至可以找到宇宙中的“它”或是“他”。
现在，太空机构也都有自己的观测系外行星的计划，但是由于太空望远镜参数不够，我们可能只能推断一颗几百光年或者几千光年外一颗系外行星的整体性质，比如它的质量，它表面有没有大气，距离恒星有几个天文单位，是否处于宜居区域等等。
但是未来随着人类观测技术的进步，我们可以深入了解一颗系外行星了，Ariel就是专门针对系外行星大气结构光谱进行探测的太空望远镜。换句话说Ariel可以详细观测系外行星的组成部分，从而推断这颗星球是否有生命。
我们可以拿金星的大气作一个例子，金星大气当中有超过96%都是二氧化碳，从这里我们就可以看出，二氧化碳在大气中含量如此之高，这颗星球就是一个过度温室效应的星球。所以我们需要先对系外行星的大气成分有个确切的了解，就可以了解这个星球的气候。未来太空望远镜发展也许可以看到几百光年之外星球的土壤……
人类害怕孤独，科学更害怕停滞不前，冲吧，行星猎人们。