Спутник стремится обнаружить тысячи близлежащих экзопланет

Апр 13, 2018 Леонид Гляделов

Новости космоса:
Есть потенциально тысячи планет, которые лежат вне нашей солнечной системы - галактические соседи, которые могут быть скалистыми мирами или более слабыми сборами газа и пыли. Где расположены эти ближайшие экзопланеты? И кто из них, возможно, мы сможем исследовать их состав и даже обитаемость? Спутник Surcing Exoplanet Survey Satellite (TESS) первым будет искать эти близлежащие миры.

Космический корабль, финансируемый НАСА, не намного больше, чем холодильник, содержит четыре камеры, которые были задуманы, спроектированы и построены в Массачусетском технологическом институте, с одним широко раскрытым видением: осмотреть ближайшие, самые яркие звезды в небе для признаков прохождения планет.

Подробнее:

Теперь, более десятилетия назад, когда ученые из Массачусетского технологического института впервые предложили миссию, TESS собирается сойти с ума. Космический аппарат планируется запустить на ракете SpaceX Falcon 9 с военно-воздушной станции Кейп Канаверал во Флориде не ранее 16 апреля в 18:32 по восточному времени.

TESS проведет два года, сканируя почти все небо - поле зрения, которое может охватить более 20 миллионов звезд. Ученые ожидают, что тысячи этих звезд будут проходить транзитные планеты, которые они надеются обнаружить через изображения, снятые камерами TESS.

В рамках этой экстрасолнечной щедрости научная команда TESS в Массачусетском технологическом институте стремится измерить массы по меньшей мере 50 малых планет, радиусы которых в четыре раза больше, чем у Земли. Многие из планет TESS должны быть достаточно близки к нашему, и как только они будут идентифицированы TESS, ученые могут увеличивать их с помощью других телескопов, обнаруживать атмосферу, характеризовать атмосферные условия и проводить другие исследования.

Семя, посаженное в космосе.

Истоки TESS возникли с еще более маленького спутника, который был спроектирован и построен MIT и запущен в космос NASA 9 октября 2000 года. В течение семи лет орбитальная станция High Energy Transient Explorer 2 или HETE-2 на орбите обнаруживает и локализуют гамма-всплески - взрывы высокой энергии, которые испускают массивные, мимолетные всплески гамма-излучения и рентгеновских лучей.

Чтобы обнаружить такие экстремальные, недолговечные явления, ученые из Массачусетского технологического института во главе с главным исследователем Джорджем Риккером интегрировали в спутник набор оптических и рентгеновских камер, оснащенных ПЗС-матрицами или зарядовыми устройствами, предназначенными для учета интенсивности и положения света в электронном формате.

«С появлением CCD в 1970-х годах у вас было это фантастическое устройство, которое сделало многое для астрономов», - говорит член команды HETE-2 Джоэл Вилласенор, который теперь также является научным сотрудником TESS. «Вы просто подытоживаете все пиксели на ПЗС-матрице, что дает вам интенсивность или масштаб света. Поэтому ПЗС действительно нарушили все, что открылось для астрономии».

В 2004 году Рикер и команда HETE-2 задавались вопросом, могли ли оптические камеры спутника отобрать другие объекты в небе, которые начали привлекать астрономическое сообщество: экзопланеты. Примерно в это же время было обнаружено менее 200 планет вне нашей солнечной системы. Некоторые из них были найдены с помощью метода, известного как метод транзита, который предполагает поиск периодических провалов в свете определенных звезд, что может сигнализировать о планете, проходящей перед звездой.

«Мы думали, была ли фотометрия камер HETE-2 достаточной, чтобы мы могли указать на часть неба и обнаружить один из этих провалов? Само собой разумеется, это не совсем сработало», - вспоминает Вильясенор. «Но это было похожее семя, которое заставило нас задуматься, может быть, мы должны попытаться летать на ПЗС с помощью камеры, чтобы попытаться обнаружить эти вещи».

В 2006 году Рикер и его команда в Массачусетском технологическом институте предложили NASA в качестве миссии класса Discovery небольшой недорогой спутник (HETE-S), а затем в качестве частной миссии на сумму 20 миллионов долларов. Но по мере роста стоимости и интереса к обследованию экзопланет в небе, они решили вместо этого искать финансирование НАСА на более высоком уровне в 120 миллионов долларов. В 2008 году они представили предложение о миссии класса NASA Small Explorer (SMEX) с новым названием TESS.

В это время дизайн спутника включал шесть ПЗС-камер, и команда предложила, чтобы космический корабль летал на околоземной орбите, аналогично космическому аппарату HETE-2. Такая орбита, по их мнению, должна обеспечивать высокую эффективность наблюдений, поскольку они уже создали наземные станции приема данных для HETE-2, которые также могут быть использованы для TESS.

Но вскоре они поняли, что низкоземная орбита окажет негативное влияние на гораздо более чувствительные камеры TESS. Реакция космического корабля на магнитное поле Земли, например, может привести к значительному «дрожанию космического корабля», создающему шум, который скрывает контрольный скачок экзопланеты в звездном свете.

NASA обошли это первое предложение, и команда вернулась к чертежной доске, на этот раз появившись с новым планом, который зависел от совершенно новой орбиты. С помощью инженеров из Orbital ATK, Aerospace Corporation и NASA в Центре космических полетов Годдарда команда определила никогда ранее не использовавшуюся «лунную резонансную» орбиту, которая обеспечивала бы чрезвычайно стабильный космический корабль.

Как только TESS достигнет этой орбиты, она будет рогаткой между Землей и Луной на высокоэллиптической траектории, которая могла бы удерживать TESS на протяжении десятилетий, укрываясь гравитационным притяжением луны.

«Луна и спутник - это своего рода танец», - говорит Вильясенор. «Луна тянет спутник с одной стороны, и к тому времени, когда TESS завершает одну орбиту, Луна находится на другой стороне, дергая в противоположном направлении. Общий эффект - это то, что луна тянется, и она очень стабильная. много лет. Никто этого не делал раньше, и я подозреваю, что другие программы попытаются использовать эту орбиту позже».

В своей текущей запланированной траектории TESS будет отклоняться к луне менее чем за две недели, собирая данные, а затем откидывается назад к Земле, где, по ее ближайшему приближению, она будет передавать данные обратно на наземные станции с 67 000 миль над поверхностью перед откидыванием назад. В конечном счете, эта орбита спасет TESS огромное количество топлива, так как ему не нужно будет сжигать свои подруливающие устройства на регулярной основе, чтобы оставаться на своем пути.

С этой обновленной орбитой команда TESS представила второе предложение в 2010 году, на этот раз в качестве миссии класса Explorer, которую NASA одобрило в 2013 году. Примерно в это же время Космический телескоп Kepler завершил свое первоначальное обследование для экзопланет. Обсерватория, которая была запущена в 2009 году, смотрела на один конкретный участок неба в течение четырех лет, чтобы следить за светом отдаленных звезд за признаки транзитных планет.

К 2013 году два из четырех реакционных колес Кеплера изношены, что препятствует продолжению первоначального обследования космического корабля. В этот момент измерения телескопа позволили обнаружить около 1000 подтвержденных экзопланет. Кеплер, предназначенный для изучения далеких звезд, проложил путь для TESS, миссии с гораздо более широким представлением, для сканирования ближайших звезд на Землю.

«Кеплер поднялся, и это был огромный успех, и исследователи сказали:« Мы можем делать такую ​​науку, и повсюду есть планеты », - говорит член TESS Дженнифер Берт, постдоктор MIT-Kavli. «И я думаю, что это действительно научный флажок, который нам нужно для НАСА, чтобы сказать:« Хорошо, TESS теперь имеет большой смысл ». Это позволит не просто обнаружить планеты, но и найти планеты, которые мы можем полностью охарактеризовать после этого факта».

Полосы в небе.

С выбором NASA команда TESS создала объекты в кампусе и в лаборатории MIT Lincoln для создания и тестирования камер космических аппаратов. Инженеры разработали CCD с глубоким истощением, специально предназначенные для TESS, что означает, что камеры могут обнаруживать свет в широком диапазоне длин волн до ближней инфракрасной области спектра. Это важно, так как многие из близлежащих звезд TESS будут следить за красными карликами - маленькими, холодными звездами, которые излучают менее ярко, чем солнце и инфракрасная часть электромагнитного спектра.

Если ученые могут обнаружить периодические падения в свете от таких звезд, это может сигнализировать о наличии планет со значительно более плотными орбитами, чем у Земли. Тем не менее, есть вероятность, что некоторые из этих планет могут находиться в «пригодной для жилья зоне», поскольку они будут окружать гораздо более холодные звезды по сравнению с солнцем. Поскольку эти звезды относительно близки, ученые могут проводить наблюдения с наземными телескопами, чтобы определить, действительно ли условия могут быть пригодными для жизни.

Камеры TESS монтируются на верхней части спутника и окружены защитным конусом для защиты от других видов электромагнитного излучения. Каждая камера имеет вид на небо с 24 по 24 градуса, достаточно большой, чтобы охватить созвездие Ориона. Спутник начнет свои наблюдения в Южном полушарии и разделит небо на 13 полос, контролируя каждый сегмент за 27 дней до поворота на следующий. TESS должен иметь возможность наблюдать почти все небо в Южном полушарии в первый год, прежде чем переходить в Северное полушарие на второй год.

Пока TESS указывает на одну полосу неба, его камеры будут фотографировать звезды в этой части. Рикер и его коллеги составили список из 200 000 близких ярких звезд, которые они особенно хотели бы наблюдать. Камеры спутника будут создавать изображения «почтовых марок», которые включают пиксели вокруг каждой из этих звезд. Эти изображения будут приниматься каждые две минуты, чтобы максимизировать шанс поймать момент, когда планета пересекает перед своей звездой. Камеры также получат полнокадровые изображения всех звезд в определенной полосе неба каждые 30 минут.

«С двухминутными снимками вы можете получить киноподобное изображение того, что делает звездный свет, когда планета пересекает перед своей звездой хозяина», - говорит Герреро. «Для 30-минутных изображений люди в восторге от того, что видят сверхновые, астероиды или контрагенты гравитационным волнам. Мы понятия не имеем, что мы увидим в этой шкале времени».

Мы одни?

После запуска TESS команда ожидает, что спутник восстановит контакт в течение первой недели, в течение которого он включит все свои приборы и камеры. Затем будет 60-дневный этап ввода в эксплуатацию, так как инженеры и ученые из Orbital ATK, NASA и MIT откалибруют приборы и контролируют траекторию и производительность спутника. После этого TESS начнет собирать и снижать изображение неба. Ученые из Массачусетского технологического института и NASA будут использовать необработанные данные и преобразовывать их в кривые блеска, которые указывают на изменение яркости звезды с течением времени.

Оттуда команда науки TESS, в том числе Сара Сигер, класс профессора Земли Земли, атмосферных и планетных наук 1941 года и заместитель директора по науке для TESS, проведут тысячи кривых света, по крайней мере, для двух подобных провалов в звездном свете, что планета могла пройти дважды перед своей звездой. Сигер и ее коллеги затем используют батарею методов для определения массы потенциальной планеты.

«Масса - определяющая планетарная характеристика, - говорит Сигер. «Если вы просто знаете, что планета в два раза больше Земли, это может быть очень много: скалистый мир с тонкой атмосферой или то, что мы называем« мини-Нептун »- скалистый мир с гигантским газовым конвертом , где это было бы огромным парниковым одеялом, и на поверхности не было бы жизни. Таким образом, масса и размер вместе дают нам среднюю плотность планеты, которая говорит нам огромное количество о том, что такое планета».

Во время двухлетней миссии TESS Сигер и ее коллеги стремятся измерить массы 50 планет с радиусами менее чем в четыре раза по сравнению с земными измерениями, которые могли бы сигнализировать о дальнейших наблюдениях за признаками пригодности для жизни. Между тем, все научное сообщество и общественность получат возможность искать данные TESS для своих собственных экзопланет. Как только данные будут откалиброваны, команда сделает их общедоступными. Любой сможет загрузить данные и провести собственные интерпретации, в том числе школьники, астрономы-кресла и другие исследовательские учреждения.

С таким большим количеством взглядов на данные TESS, Сигер говорит, что есть шанс, что когда-нибудь у ближайшей планеты, обнаруженной TESS, могут быть признаки жизни.

«Нет науки, которая скажет нам, что жизнь там прямо сейчас, за исключением того, что маленькие скалистые планеты кажутся невероятно распространенными», - говорит Сигер. «Кажется, они везде, где мы смотрим, так что это должно быть где-то там».

   Любой сайт развивается благодаря тому, что о нем узнает все больше людей. Не проходите мимо, поделитесь новостями космоса: