CHEOPS rumteleskop klar til videnskabelig drift

CHEOPS har nået sin næste milepæl:Efter omfattende test i Jordens kredsløb, nogle af dem blev missionsholdet tvunget til at udføre hjemmefra på grund af coronakrisen, rumteleskopet er blevet erklæret klar til videnskab. CHEOPS står for "karakteriserende ExOPlanet Satellite, " og har til formål at undersøge kendte exoplaneter for at bestemme, blandt andet, om de har forhold, der er gæstfrie til livet.

CHEOPS er en fælles mission af European Space Agency (ESA) og Schweiz, under ledelse af universitetet i Bern i samarbejde med universitetet i Genève (UNIGE). Efter næsten tre måneders omfattende test, med en del af det midt i lockdownen for at indeholde coronavirus, på onsdag, 25. marts, 2020, ESA erklærede CHEOPS-rumteleskopet klar til videnskab. Med denne præstation, ESA har overdraget ansvaret for at drive CHEOPS til missionskonsortiet, som består af videnskabsmænd og ingeniører fra cirka 30 institutioner i 11 europæiske lande.

Vellykket afslutning af CHEOPS-testfasen på trods af coronakrisen

Den vellykkede afslutning af testfasen fandt sted i meget udfordrende tider, hvor stort set hele missionsteamet skal arbejde hjemmefra mod slutningen af ​​fasen. "Fuldførelsen af ​​testfasen var kun mulig med det fulde engagement fra alle deltagerne, og fordi missionen har et operationelt kontrolsystem, der stort set er automatiseret, gør det muligt at sende kommandoer og modtage data hjemmefra, " forklarer Willy Benz, Professor i astrofysik ved universitetet i Bern og hovedefterforsker af CHEOPS-missionen.

Et team af forskere, ingeniører og teknikere satte CHEOPS igennem en periode med omfattende test og kalibrering fra begyndelsen af ​​januar til slutningen af ​​marts. "Vi var begejstrede, da vi indså, at alle systemerne fungerede som forventet eller endda bedre end forventet, " forklarer CHEOPS Instrument Scientist Andrea Fortier fra University of Bern, som ledede konsortiets idriftsættelsesteam.

Opfylder høje krav til målenøjagtighed

Holdet begyndte med at fokusere på evalueringen af ​​rumteleskopets fotometriske ydeevne. CHEOPS er blevet konceptualiseret som en enhed med enestående præcision, der er i stand til at detektere exoplaneter på størrelse med planeten Jorden. "Den mest kritiske test var i den præcise måling af en stjernes lysstyrke til en varians på 0,002% (20 dele pr. million), " forklarer Willy Benz. Denne præcision er påkrævet for tydeligt at kunne genkende dæmpningen forårsaget af passagen af ​​en planet på størrelse med Jorden foran en sollignende stjerne (en begivenhed kendt som en "transit, " som kan vare flere timer. CHEOPS var også påkrævet for at demonstrere sin evne til at opretholde denne grad af præcision i op til to dage.

CHEOPS overgår kravene

For at bekræfte dette, holdet fokuserede på en stjerne kendt som HD 88111. Stjernen er placeret i stjernebilledet Hydra, omkring 175 lysår væk fra Jorden, og det vides ikke at være vært for planeter. CHEOPS tog et billede af stjernen hvert 30. sekund i 47 på hinanden følgende timer (se figur 1). Hvert billede blev omhyggeligt analyseret, oprindeligt ved at bruge en specialiseret automatisk softwarepakke, og efterfølgende af teammedlemmerne, at bestemme i hvert billede stjernens lysstyrke så nøjagtigt som muligt. Holdet havde forventet, at stjernens lysstyrke ville ændre sig i løbet af observationsperioden på grund af en række forskellige effekter, såsom andre stjerner i synsfeltet, satellittens lille jitterbevægelse, eller virkningen af ​​kosmiske stråler på detektoren.

Resultaterne af de 5, 640 billeder taget af CHEOPS over 47 timer er vist i figur 2 som en "lyskurve." Kurven viser ændringen over tid i lysstyrkemålingerne fra alle billederne, viser en rod-middel-kvadrat-spredning på 0,0015 % (15 dele pr. million). "Lyskurven målt af CHEOPS var tiltalende flad. Rumteleskopet overgår let kravet til at kunne måle lysstyrke med en præcision på 0,002 % (20 dele pr. million), " forklarer Christopher Broeg, Mission Manager for CHEOPS-missionen ved universitetet i Bern.

En exoplanet, der ville flyde

Holdet observerede andre stjerner, herunder nogle kendt for at være vært for planeter (disse kaldes exoplaneter). CHEOPS fokuserede på planetsystemet HD 93396, som er i Sextans-konstellationen, omkring 320 lysår væk fra Jorden. Dette system består af en kæmpe exoplanet kaldet KELT-11b, som blev opdaget i 2016 at kredse om denne stjerne på 4,7 dage. Stjernen er næsten tre gange så stor som solen.

Holdet valgte netop dette system, fordi stjernen er så stor, at planeten er lang tid om at passere foran den:faktisk, næsten otte timer. "Dette gav CHEOPS muligheden for at demonstrere sin evne til at fange lange transitbegivenheder ellers vanskelige at observere fra jorden, da den 'astronomiske' del af natten for jordbaseret astronomi normalt tager mindre end otte timer, " forklarer Didier Queloz, professor ved Astronomiafdelingen på Det Naturvidenskabelige Fakultet ved Genève Universitet og talsmand for CHEOPS Science Team. Den første transitlyskurve for CHEOPS er vist i figur 3, hvor faldet på grund af planeten sker cirka ni timer efter observationens begyndelse.

Gennemgangen af ​​KELT-11b målt ved CHEOPS gjorde det muligt at bestemme størrelsen af ​​exoplaneten. Den har en diameter på 181, 600 km, som CHEOPS er i stand til at måle med en nøjagtighed på 4'290 km. Jordens diameter, sammenlignet med, er kun cirka 12, 700 km, mens Jupiters – den største planet i vores solsystem – er 139, 900 km. Exoplanet KELT-11b er derfor større end Jupiter, men dens masse er fem gange lavere, hvilket betyder, at den har en ekstrem lav massefylde:"Den ville flyde på vand i en stor nok swimmingpool, " siger David Ehrenreich, CHEOPS missionsforsker fra universitetet i Genève. Den begrænsede tæthed tilskrives planetens tætte nærhed til dens stjerne. Figur 4 viser en tegning af det første transitplanetsystem, som blev observeret med succes af CHEOPS.

Benz forklarer, at målingerne fra CHEOPS er fem gange mere nøjagtige end dem fra Jorden. "Det giver os en forsmag på, hvad vi kan opnå med CHEOPS i de kommende måneder og år, " fortsætter Benz.

CHEOPS - på jagt efter potentielle beboelige planeter

CHEOPS-missionen (characterising ExOPlanet Satellite) er den første af de nyoprettede "S-klasse missioner" af ESA (små klasse missioner med et ESA budget på mindre end 50 millioner), og er dedikeret til at karakterisere transitterne af exoplaneter. CHEOPS måler ændringerne i en stjernes lysstyrke, når en planet passerer foran den stjerne. Denne målte værdi gør det muligt at udlede planetens størrelse, og at dens tæthed bestemmes på grundlag af eksisterende data. Dette giver vigtige oplysninger om disse planeter – f.eks. om de overvejende er stenede, er sammensat af gasser, eller hvis de har dybe oceaner. Det her, på tur, er et vigtigt skridt i at afgøre, om en planet har forhold, der er gæstfrie for liv.

CHEOPS blev udviklet som en del af et partnerskab mellem European Space Agency (ESA) og Schweiz. Under ledelse af universitetet i Bern og ESA, et konsortium af mere end hundrede videnskabsmænd og ingeniører fra elleve europæiske stater var involveret i konstruktionen af ​​satellitten over fem år.

CHEOPS begyndte sin rejse ud i rummet onsdag, 18. december, 2019 om bord på en Soyuz Fregat-raket fra den europæiske rumhavn i Kourou, Fransk Guyana. Siden da, den har kredset om Jorden i en polær bane i cirka halvanden time i en højde af 700 kilometer efter terminatoren.