《NASA 2017过渡授权法案》要求NASA与美国国家科学院（NAS）合作，制定系外行星研究和探索科学战略，为天文和天体物理学以及行星科学十年调查做准备并提供参考。随后NASA科学任务部（SMD）召集领域专家成立系外行星科学战略委员会，通过与系外行星研究相关各方的广泛对话，调研领域现状，概述了未来研究的关键科学问题，并确定了与国际、商业以及非营利伙伴的合作机会。《战略》的主要发现和对系外行星领域未来发展的主要建议集中在以下方面：

　　1、明确系外行星研究的主要科学目标

　　目标一：理解作为恒星形成过程产物的行星系统的形成和演化，表征和解释由这些过程导致的行星系统结构、行星组成和行星环境多样性等。

　　（1）当前对行星及其系统的了解不甚完整。加深对行星形成和演化的理解需要开展两项调查：首先，需要对了解最少的行星进行普查，其中也包括对太阳系大部分行星参数的研究；第二，需要对具有不同质量和轨道的各类行星开展研究，表征其大气和总体组成。

　　（2）为增进对行星形成的理解，需要对与多种类型行星-恒星分离相关的原行星盘、年轻行星和成熟行星系统进行普查。

　　（3）对不同类型母恒星周围具备不同物理和轨道参数的大量系外行星的质量、半径和大气进行表征，这将带来对行星形成和演化以及行星的物理和化学环境的新理解。

　　目标二：充分了解系外行星的特性，以识别潜在宜居环境及其出现概率，并将宜居环境与所在的行星系统关联起来。此外，科学家需要区分生命和非生命过程特征，并在其他恒星系统中寻找生命特征。

　　（1）“宜居带”概念提供了一种识别可能存在生命的系外行星的技术。结合理论计算和天文观测开发研究系外行星宜居性的多参数整体方法，是选择目标系外行星并开展生物标志物搜索所必需的。

　　（2）需要建立生物标志物综合评估框架，以实现基于生物标志物遥感来推断系外行星是否存在生命。这一框架需要综合考虑恒星和行星环境以及对假阴性、假阳性和其他观测判断结果的理解。

　　2、开发系外行星直接成像能力

　　开发系外行星直接成像能力需要大量、长期且稳定的投资才能看到成果，相关努力将促进相关科学团体的发展和技术能力的提升。为了对类似日-地系统的系外行星系统进行观测，《战略》建议使用日冕仪或遮星伞（starshade）等设备对系外行星进行直接成像。

　　（1）基于日冕仪或遮星伞的直接成像任务是目前识别位于类太阳恒星宜居带中，大小接近地球的系外行星的唯一途径。

　　（2）近期获得的对小尺寸行星出现频率的认识以及直接成像技术的进步，大大减少了大型直接成像任务的不确定性。

　　建议：NASA应领导一项大型战略性系外行星直接成像任务，对围绕类日恒星运行的温度适中的类地行星的反射光谱进行测量。

　　3、发挥地基望远镜关键作用

　　两台美国主导的巨型拼合镜面地基望远镜也将在研究行星形成和搜寻潜在类地行星方面发挥关键作用。

　　（1）“巨型麦哲伦望远镜”（GMT）和拟建的“30米望远镜”（TMT）将在各种类型行星系统成像以及行星光谱学观测方面取得重大进展，包括围绕M型核心运行的温度适中的地球大小的系外行星。

　　（2）需要对可以促使GMT和TMT发挥其在系外行星研究中的全部科学潜能的技术路线图进行投资，同时还需撬动美国现有的各研究中心和实验室以及8-10米级观测设施的能力。

　　（3）配备高分辨率可见和红外光谱仪的GMT和TMT将成为研究系外行星大气的有力工具，并有可能探测到最近和最小的温度适中的类地行星大气中的氧分子。

　　（4）凭借GMT和TMT的高空间分辨率，研究人员将能够对正在形成中的行星系统的内部进行研究。

　　建议：美国国家科学基金会（NSF）应投资GMT和TMT以及与之相关的系外行星观测设施，以便为美国研究团体提供全天候服务。

　　4、开展WFIRST任务

　　对系外行星的统计普查是理解系外行星形成的前提。虽然基于径向速度法和掩星法，如革命性的开普勒任务，已表征了大量靠近其母恒星的系外行星，但人类对距离母恒星较远的系外行星的了解还相当有限。2010年发布的十年调查也意识到这一点，因此强烈建议开展WFIRST任务。

　　（1）微透镜巡天将通过搜索距离母恒星超过1天文单位和质量大于地球的系外行星，对利用径向速度法和掩星法的系外行星巡天结果进行补充。需要开展一项宽视场、近红外波段的天基任务，以取得可与开普勒任务相媲美的丰硕成果。

　　（2）开展一系列地基和天基前期观测，提高WFIRST微透镜巡天的科学产出。

　　（3）在WFIRST上搭载高性能日冕仪，将显著降低未来日冕任务的风险并推动技术进步。与地面测试相比，日冕仪的最大价值来自对实际系外行星的观测和分析，其灵活的架构可用于测试新开发的算法和方法。

　　（4）WFIRST搭载的日冕仪将对围绕太阳系周边恒星的黄道尘云开展高精度观测，其灵敏度高于任何现有或将于近期投入运行的设施。

　　建议：NASA应发射WFIRST任务，对遥远行星开展微透镜巡天，并验证针对系外行星目标的日冕仪光谱观测技术。

　　5．提高径向速度法的观测精度

　　质量是行星最基本的属性，对行星质量和半径的观测对理解行星的整体组成和解释行星的大气光谱特征至关重要。如果试图研究围绕类太阳恒星运行的类地行星，就需要提高质量观测的灵敏度。

　　（1）径向速度法将继续提供必要的质量、轨道等普查信息，以便在可预见的未来支持基于掩星法和直接成像法的系外行星研究。

　　（2）目前，径向速度法受限于恒星光球变化、仪器稳定性和校准以及碲线造成的光谱污染。要取得新的进展，需要在大型望远镜上安装新仪器，分配大量观测时间，通过理论建模提供分析数据的先进统计方法，并加强观察人员、仪器制造方、天体物理学家、太阳物理学家和统计学家之间的合作。

　　建议：NASA和NSF应建立面向极高精度径向速度法（EPRV）的战略计划，以开发用于观测围绕类太阳恒星运行的温度适中的类地行星的方法和设施。

　　6、实施JWST任务

　　JWST任务首次将系外行星大气表征工作从有限观测提升到高精度光谱研究。整个系外行星研究界都将受益于JWST对系外行星大气的战略性和系统性研究，有望指导未来数年甚至数十年的观测战略。

　　（1）基于掩星法搜寻系外行星的“凌日系外行星勘测卫星”（TESS）与基于径向速度法测量系外行星质量和大气特征的JWST任务相结合，将为理解系外行星的性质和起源带来颠覆性影响。与JWST相比，未来的空间任务将具有更宽的波长覆盖范围，更大的收集区域以及更低的仪器噪声，因此可以更容易地发现可能宜居的行星。

　　建议：NASA应该在JWST任务早期建立一个由研究团体驱动的系外行星大气观测巡天机制。

　　此外《战略》还建议系外行星研究领域应制定稳定的人才队伍发展和支持政策，同时还鼓励相关领域研究团体的广泛参与以及跨学科、跨部门和国际合作。                                       （王海名）