CubeSat-alapú a legkisebb űrszonda, amellyel lehetséges volt exobolygót észlelni

2322

A várakozásoknál is jobban teljesített, exobolygót detektált pontos fényességmérésekkel az alig bőröndnyi méretű CubeSat, az ASTERIA (Arcsecond Space Telescope Enabling Research in Astrophysics) műhold, mely 2017 novemberében állt alacsony Föld körüli pályára a Nemzetközi Űrállomásról. Apró mérete ellenére nagy céllal indult útnak: bebizonyítani, hogy kis mérete ellenére is képes teljesíteni olyan, az exobolygók megfigyeléséhez kapcsolódó komplex feladatokat, melyeket eddig csak nagyobb méretű űrtávcsövekkel végeztek. Az Astronomical Journal nemzetközi folyóiratban hamarosan megjelenő tanulmányukban az amerikai kutatók bemutatják, hogy az ASTERIA nem csupán demonstrálta képességeit, de túl is teljesítette a célt, detektálta az 55 Cancri e exobolygót.

Az ASTERIA 2017. november 20-án indult útjára a Nemzetközi Űrállomásról (NASA/JPL-Caltech)

Az 55 Cancri e központi csillagához extrém közel, mindössze körülbelül 0,01 csillagászati egységre kering, egyetlen “év” 1 földi napig sem tart. Az exobolygó mérete a Földének közel kétszerese, tömege nyolcszor nagyobb, felszínén pedig elképesztő forróság uralkodik. A 2008-ban felfedezett bolygó helyzetét már ismerték, azért vették célba, hogy teszteljék az ASTERIA képességeit. Az aprócska űreszközt eredetileg nem kutatási céllal, sokkal inkább technológiai demostrációként, illetve a jövő küldetéseinek fejlesztéseként építették. A csapat legfontosabb technológiai fejlesztése egy olyan kisméretű űreszköz elkészítése volt, amely finom céltartásra képes, azaz hosszú ideig roppant stabilan fókuszban tudja tartani a célobjektumát.

A dél-kaliforniai NASA JPL, illetve a Massachusetts Institute of Technology munkatársai új eszközöket és hardvereket fejlesztettek ki, prototípusukat pedig az űrben tesztelték. Eredetileg 90 napra tervezték a küldetést, ám azt háromszor is meghosszabbították, mielőtt decemberben végül elveszítették vele a kapcsolatot.

A CubeSat finom céltartásának köszönhetően tranzit módszerrel detektálta az 55 Cancri e jelzésű exobolygót. Ezen mérési módszer akkor alkalmazható, ha a központi csillag előtt áthaladó bolygó fényességcsökkenést okoz a fedése által. A szükséges pontosság eléréséhez az űreszköz saját mozgásait, rezgéseit minimálisra kell csökkenteni, mivel ezek olyan jeleket hozhatnak létre a kimért fénygörbén, amely a csillag fényességváltozásainak tűnhet – ezért különösen fontos, hogy a megfigyelt objektum stabilan a látómező közepén maradjon. Így lehet elég precízen megmérni a csillag fényességét ahhoz, hogy észrevegyük benne a bolygófedések okozta apró fénycsökkenéseket.

Nagyot álmodni

Az ASTERIA a Kanadai Űrügynökség MOST (Microvariability and Oscillations of Stars) apró űrszondájának nyomaiba lépett, amely 2011-ben figyelte meg először az 55 Cancri e fedését. A MOST, habár még mindig elképesztően apró volt egy átlagos asztrofizikai űrszondához képest, hatszor akkora térfogatú volt, mint az ASTERIA. A szonda 15 cm-es teleszkópjának köszönhetően pedig hatszor annyi fényt is tudott összegyűjteni, mint az ASTERIA 6 centiméteres távcsöve. Mivel az 55 Cancri e exobolygó a csillaga fényének mindössze 0,04%-át (!) takarja ki, így különösen nagy kihívás volt a tranzit kimérése.

Az 55 Cancri e jelű exobolygóról készített művészi elképzelés. A földinél valószínűleg vastagabb atmoszférával rendelkezhet, de az összetevői hasonlíthatnak a mi légkörünkéhez. (NASA/JPL-Caltech)

A küldetés eredménye azért alapvetően marginális detektálás, azaz a fedés adatai önmagukban még nem győzték volna meg a kutatókat az exobolygó létezéséről. Viszont korábbi adatokkal összevetve egyértelművé vált, hogy a kis CubeSat valóban az exobolygót (pontosabban közvetett hatásait) “látta”.

Habár lehetetlen lenne egy nagyobb exobolygó-vadász távcső, mint például a TESS minden funkcióját egy CubeSat-ba “pakolni”, az ASTERIA csapata úgy véli, hogy a kis eszközök kiváló kiegészítői lehetnek a komolyabb küldetéseknek. A kisebb űrszondák akár hosszú ideig meg tudnák figyelni az egyes objektumokat, mert “jobban ráérnek”, mint nagyobb társaik. Másik ötlet, hogy a nagyobb obszervatórium által felfedezett bolygók további fedéseit már kis CubeSat-ok figyelnék, így a nagy távcsöveknek felszabadulna az ideje olyan méréseket végezni, amelyre apró társai nem képesek. Az ASTERIA vezető kutatója, Sara Seager támogatást kapott a kutatás folytatására is a NASA Astrophysics Science SmallSat Studies pályázatából. A folytatásban az ASTERIA-nál körülbelül kétszer nagyobb, hat darab űrszondából álló konstellációval keresne a Földhöz hasonló méretű exobolygókat közeli, Naphoz hasonló csillagok körül.

Kicsit tervezni

Esha Murty és Cody Colley a küldetésen dolgozó mérnökök dolgoznak az ASTERIA űrszondán 2017 áprilisában. (NASA/JPL-Caltech)

A tudománytörténet mindeddig legkisebb exobolygó-vadász távcsövének megépítéséhez nem volt elég pusztán lekicsinyíteni a már jól bevált műszereket. Sok esetben teljesen új megközelítésre volt szükség. Például a MOST olyan CCD kamerát használt, mint a legtöbb űrtávcső; az ASTERIA viszont egy CMOS detektorral indult útnak. Ezt a technológiát többnyire infravörös észleléseknél alkalmazzák, nem pedig látható fény hullámhosszán, az ASTERIA CMOS-alapú, látható tartományban mérő kamerája viszont számos előnyt nyújtott a CCD kamerákkal szemben. Az egyik legnagyobb: segített megőrizni a szonda apró méretét, mert szobahőmérsékleten működik, így nem volt szükség nagy méretű hűtőrendszerre, mint egy CCD esetén.

Ez a küldetés főképp a tanulásról szólt. Demonstráltuk a technológiát és azt, mire képes – közben pedig rengeteg, a jövő kisméretű szondáinak fejlesztését segítő dologra jöttünk rá. Úgy gondolom, új ajtókat nyitottunk meg” – nyilatkozta Akshata Krishnamurthy, az ASTERIA társkutatója.

Forrás: NASA JPL

Hozzászólás

hozzászólás