NASA-instrument til at undersøge planetskyer på europæisk mission

NASA vil bidrage med et instrument til en europæisk rummission, der vil udforske atmosfæren på hundredvis af planeter, der kredser om stjerner uden for vores sol, eller exoplaneter, for første gang.

Instrumentet, kaldet bidraget til ARIEL-spektroskopi af exoplaneter, eller CASE, tilføjer videnskabelige kapaciteter til ESA's (European Space Agency's) Atmospheric Remote-sensing Infrared Exoplanet Large-undersøgelse, eller ARIEL, mission.

ARIEL-rumfartøjet med CASE om bord forventes at blive opsendt i 2028. CASE vil blive styret af NASA's Jet Propulsion Laboratory i Pasadena, Californien, med JPL-astrofysiker Mark Swain som hovedefterforsker.

"Jeg er begejstret for, at NASA vil samarbejde med ESA i denne historiske mission for at skubbe rammen i vores forståelse af, hvad exoplaneternes atmosfærer er lavet af, og hvordan disse planeter dannes og udvikler sig, " sagde Thomas Zurbuchen, associeret administrator for NASA's Science Mission Directorate i Washington. "Jo flere oplysninger vi har om exoplaneter, jo tættere vi kommer på at forstå oprindelsen af ​​vores solsystem, og fremme vores søgen efter jordlignende planeter andre steder."

Indtil nu, videnskabsmænd har fundet mere end 4, 000 bekræftede exoplaneter i Mælkevejen. NASAs pensionerede Kepler-rumteleskop og aktive Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS) er to observatorier, der har bidraget til denne optælling. Disse teleskoper har opdaget planeter ved at observere lysstyrken af ​​en stjernes lys, der dæmpes, når en planet krydser dens ansigt, en begivenhed kaldet en "transit". ARIEL, bæretaske, vil tage planetjagt gennem transit et skridt videre, ved at dykke dybere ned i planeter, der allerede er kendt for at eksistere.

ARIEL vil være i stand til at se de kemiske fingeraftryk, eller "spektre, " af en planets atmosfære i lyset af dens stjerne. For at gøre dette, rumfartøjet vil observere stjernelys strømme gennem planeternes atmosfærer, når de passerer foran deres stjerner, samt lys, der udsendes af planeternes atmosfærer lige før og efter de forsvinder bag deres stjerner. Disse fingeraftryk vil give forskere mulighed for at studere sammensætningerne, temperaturer, og kemiske processer i atmosfæren på planeterne ARIEL observerer.

Disse kemiske fingeraftryk af exoplanetatmosfærer er ekstremt svage. At identificere dem er en stor udfordring for astronomer, og kræver et teleskop for at stirre på individuelle stjerner i lang tid. Men mange rumobservatorier er multifunktionelle, og skal dele deres tid op mellem forskellige slags videnskabelige undersøgelser. ARIEL vil være det første rumfartøj, der er fuldt dedikeret til at observere hundredvis af exoplanetatmosfærer, søger at identificere deres indhold, temperaturer og kemiske processer. Tilføjelsen af ​​CASE, som vil observere skyer og dis, vil give et mere omfattende billede af de exoplanetatmosfærer ARIEL observerer.

Indtil nu, teleskoper har kun været i stand til omhyggeligt at undersøge atmosfæren af ​​en håndfuld exoplaneter for at bestemme deres kemi. ARIEL er meget større, mere forskelligartede prøver vil gøre det muligt for forskere at se på disse verdener, ikke kun som individuelle eksotiske objekter, men som befolkning, og opdage nye tendenser i deres fællestræk og forskelle.

CASE-instrumentet vil være følsomt over for lys ved nær-infrarøde bølgelængder, som er usynlig for menneskelige øjne, samt synligt lys. Dette supplerer ARIELs andet instrument, kaldet et infrarødt spektrometer, som fungerer ved længere bølgelængder. CASE vil specifikt se på exoplaneters skyer og dis – bestemme hvor almindelige de er, samt hvordan de påvirker sammensætningen og andre egenskaber af planetariske atmosfærer. CASE vil også tillade målinger af hver planets albedo, mængden af ​​lys planeten reflekterer.

Rumfartøjet vil fokusere på usædvanligt varme planeter i vores galakse, med temperaturer over 600 grader Fahrenheit (320 grader Celsius). Sådanne planeter er mere tilbøjelige til at passere deres stjerne end planeter, der kredser længere ude, og deres korte omløbsperioder giver flere muligheder for at observere transitter i en given periode. Flere transitter giver astronomer flere data, giver dem mulighed for at afsløre det svage kemiske fingeraftryk af en planets atmosfære.

ARIELs varme planetbefolkning vil omfatte gasgiganter som Jupiter, samt mindre gasformige planeter kaldet mini-Neptuner og klippeverdener større end vores planet kaldet superjorder. Mens disse planeter er for varme til at være vært for liv, som vi kender det, de vil fortælle os meget om, hvordan planeter og planetsystemer dannes og udvikler sig. Derudover vil de teknikker og indsigter, man har lært i at studere exoplaneter med ARIEL og CASE, være nyttige, når videnskabsmænd bruger fremtidige teleskoper til at se mod mindre, koldere, rockigere verdener med forhold, der minder mere om Jordens.

CASE-instrumentet består af to detektorer og tilhørende elektronik, der bidrager til ARIELs styresystem. CASE udnytter de samme detektorer og elektronik, som NASA bidrager med til ESA's Euclid-mission, som vil undersøge dybe spørgsmål om universets struktur og dets to største mysteriekomponenter:mørkt stof og mørk energi.

ARIEL-rumfartøjet med CASE om bord vil være i samme kredsløb som NASAs James Webb-rumteleskop, som forventes at blive opsendt i 2021. Begge vil rejse omkring 1 million miles (1,5 millioner kilometer) fra Jorden til et særligt gravitationsstabilitetspunkt kaldet Lagrange Point 2. Denne placering gør det muligt for rumfartøjet at kredse om Solen sammen med Jorden, mens du bruger lidt brændstof for at bevare sin bane.

Mens Webb også vil være i stand til at studere exoplanetatmosfærer, og dets instrumenter dækker et lignende lysområde som ARIEL, Webb vil målrette mod en mindre prøve af exoplaneter for at studere mere detaljeret. Fordi Webbs tid vil blive delt, delt med undersøgelser af andre aspekter af universet, det vil levere detaljeret viden om bestemte exoplaneter i stedet for at undersøge hundredvis. ARIEL vil lancere flere år efter Webb, så det vil være i stand til at udnytte erfaringerne fra Webb med hensyn til planlægning af observationer og udvælgelse af, hvilke planeter der skal studeres.

"Dette er en spændende tid for exoplanetvidenskab, når vi ser mod den næste generation af rumteleskoper og instrumenter, sagde Paul Hertz, direktør for astrofysikafdelingen ved NASAs hovedkvarter, Washington. "CASE tilføjer et ekstraordinært sæt teknologier, der vil hjælpe os med bedre at forstå vores plads i galaksen."

CASE er en Astrophysics Explorers Mission of Opportunity, administreret af JPL. Astrophysics Explorers Program ledes af NASAs Goddard Space Flight Center i Greenbelt, Maryland, for Science Mission Directorate ved NASAs hovedkvarter i Washington, DC.