Pandora-missionen ville udvide NASAs muligheder i at sondere fremmede verdener

I jagten på beboelige planeter ud over vores egen, NASA studerer et missionskoncept kaldet Pandora, som i sidste ende kunne hjælpe med at afkode de atmosfæriske mysterier i fjerne verdener i vores galakse. En af fire billige astrofysiske missioner udvalgt til yderligere konceptudvikling under NASAs nye Pioneers-program, Pandora ville studere omkring 20 stjerner og exoplaneter - planeter uden for vores solsystem - for at give præcise målinger af exoplanetariske atmosfærer.

Denne mission ville søge at bestemme atmosfæriske sammensætninger ved at observere planeter og deres værtsstjerner samtidigt i synligt og infrarødt lys over lange perioder. Især, Pandora ville undersøge, hvordan variationer i en værtsstjernes lys påvirker exoplanetmålinger. Dette er fortsat et væsentligt problem med at identificere den atmosfæriske sammensætning af planeter, der kredser om stjerner dækket af stjernepletter, hvilket kan forårsage lysstyrkevariationer, når en stjerne roterer.

Pandora er en lille satellitmission kendt som en SmallSat, en af ​​tre sådanne orbitale missioner, der modtager grønt lys fra NASA for at bevæge sig ind i den næste fase af udviklingen i Pioneers-programmet. SmallSats er billige rumflyvningsmissioner, der gør det muligt for agenturet at fremme videnskabelig udforskning og øge adgangen til rummet. Pandora ville operere i solsynkront lavt kredsløb om Jorden, som altid holder Solen direkte bag satellitten. Dette kredsløb minimerer lysændringer på satellitten og gør det muligt for Pandora at indhente data over længere perioder. Af SmallSat-koncepterne udvalgt til yderligere undersøgelse, Pandora er den eneste, der fokuserer på exoplaneter.

"Exoplanetarisk videnskab bevæger sig fra en æra med planetopdagelse til en æra med atmosfærisk karakterisering, " sagde Elisa Quintana, en astrofysiker ved NASAs Goddard Space Flight Center i Greenbelt, Maryland, og hovedefterforskeren for Pandora. "Pandora er fokuseret på at forsøge at forstå, hvordan stjerneaktivitet påvirker vores målinger af exoplanetatmosfærer, som vil lægge grunden til fremtidige exoplanet-missioner med det formål at finde planeter med jordlignende atmosfærer."

Maksimering af det videnskabelige potentiale

Pandora koncentrerer sig om at studere exoplanetariske og stjerneatmosfærer ved at undersøge planeter, når de krydser foran - eller passerer - deres værtsstjerner. For at opnå dette, Pandora ville drage fordel af en gennemprøvet teknik kaldet transitspektroskopi, som involverer måling af mængden af ​​stjernelys, der filtrerer gennem en planets atmosfære, og opdele det i farvebånd kendt som et spektrum. Disse farver koder for information, der hjælper videnskabsmænd med at identificere gasser, der er til stede i planetens atmosfære, og kan hjælpe med at afgøre, om en planet er stenet med en tynd atmosfære som Jorden, eller om den har en tyk gaskonvolut som Neptun.

denne mission, imidlertid, ville tage transitspektroskopi et skridt videre. Pandora er designet til at afbøde et af teknikkens mest afgørende tilbageslag:stjernekontamination. "Stjerner har atmosfærer og skiftende overfladetræk som pletter, der påvirker vores målinger, sagde Jessie Christiansen, stedfortrædende videnskabsleder på NASA Exoplanet Archive på Caltech i Pasadena, Californien, og en medforsker for Pandora. "For at være sikker på, at vi virkelig observerer en exoplanets atmosfære, vi er nødt til at udrede planetens variationer fra stjernens."

Pandora ville adskille stjerne- og exoplanetariske signaler ved at observere dem samtidigt i infrarødt og synligt lys. Stjerneforurening er lettere at detektere ved de kortere bølgelængder af synligt lys, og så at opnå atmosfæriske data gennem både infrarødt og synligt lys ville gøre det muligt for videnskabsmænd bedre at differentiere observationer, der kommer fra exoplanetatmosfærer og stjerner.

"Stjernekontamination er et problem, der komplicerer præcise observationer af exoplaneter, " sagde Benjamin Rackham, en 51 Pegasi b postdoc-stipendiat ved Massachusetts Institute of Technology i Cambridge og medforsker for Pandora. "Pandora ville hjælpe med at bygge de nødvendige værktøjer til at adskille stjerne- og planetsignaler, giver os mulighed for bedre at studere egenskaberne af både stjernepletter og exoplanetariske atmosfærer."

Synergi i rummet

Sammen med NASAs større missioner, Pandora ville operere sideløbende med James Webb Space Telescope, planlagt til lancering senere i år. Webb vil give mulighed for at studere atmosfæren på exoplaneter så små som Jorden med hidtil uset præcision, og Pandora ville søge at udvide teleskopets forskning og resultater ved at observere værtsstjernerne på tidligere identificerede planeter over længere perioder.

Missioner såsom NASA's Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS), Hubble rumteleskop, og de pensionerede Kepler og Spitzer rumfartøjer har givet videnskabsmænd forbløffende glimt af disse fjerne verdener, og lagde et stærkt fundament i exoplanetarisk viden. Disse missioner, imidlertid, endnu ikke fuldt ud løse problemet med stjernernes forurening, hvis størrelse er usikker i tidligere undersøgelser af exoplanetariske atmosfærer. Pandora søger at udfylde disse kritiske huller i NASAs forståelse af planetariske atmosfærer og øge mulighederne i exoplanetforskning.

"Pandora er den rigtige mission på det rigtige tidspunkt, fordi tusindvis af exoplaneter allerede er blevet opdaget, og vi er opmærksomme på mange, der er modtagelige for atmosfærisk karakterisering, der kredser om små aktive stjerner, " sagde Jessie Dotson, en astrofysiker ved NASAs Ames Research Center i Californiens Silicon Valley og vice-hovedforsker for Pandora. "Den næste grænse er at forstå atmosfæren på disse planeter, og Pandora ville spille en nøglerolle i at afdække, hvordan stjernernes aktivitet påvirker vores evne til at karakterisere atmosfærer. Det ville være et godt supplement til Webbs mission."

En affyringsrampe til udforskning

Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL), i Livermore, Californien, leder Pandora-missionen sammen med NASAs Goddard Space Flight Center. LLNL vil forvalte missionen og udnytte de kapaciteter, der er udviklet til andre offentlige myndigheder, herunder en billig tilgang til teleskopets design og fremstilling, der muliggør denne banebrydende exoplanetvidenskab fra en SmallSat-platform.

NASA's Pioneers-program, som består af SmallSats, nyttelast knyttet til den internationale rumstation, og videnskabelige balloneksperimenter, fremmer innovative rum- og suborbitale eksperimenter for forskere fra tidlig til midten af ​​karrieren gennem lave omkostninger, små hardware missioner. Under dette nye program, Pandora ville operere på en femårig tidslinje med et budgetloft på $20 millioner.

På trods af stramme begrænsninger, Pioneers-programmet gør det muligt for Pandora at koncentrere sig om et fokuseret forskningsspørgsmål og samtidig engagere et forskelligartet team af studerende og forskere fra den tidlige karriere fra mere end et dusin af universiteter og forskningsinstitutter. Denne SmallSat-platform skaber en fremragende plan for småskalamissioner for at få indflydelse i astrofysiksamfundet.

"Pandoras langvarige observationer i synligt og infrarødt lys er unikke og velegnede til SmallSats, " sagde Quintana. "Vi er glade for, at Pandora vil spille en afgørende rolle i NASAs søgen efter at finde andre verdener, der potentielt kan være beboelige."