CHEOPS heeft zijn volgende mijlpaal bereikt:na uitgebreide tests in de baan van de aarde, waarvan een deel het missieteam vanwege de coronacrisis vanuit huis heeft moeten uitvoeren, de ruimtetelescoop is klaar verklaard voor de wetenschap. CHEOPS staat voor "Characterising ExOPlanet Satellite, " en heeft tot doel bekende exoplaneten te onderzoeken om te bepalen, onder andere, of ze omstandigheden hebben die gastvrij zijn voor het leven.

CHEOPS is een gezamenlijke missie van de European Space Agency (ESA) en Zwitserland, onder leiding van de Universiteit van Bern in samenwerking met de Universiteit van Genève (UNIGE). Na bijna drie maanden uitgebreid testen, met een deel ervan midden in de lockdown om het coronavirus in te dammen, op woensdag, 25 maart, 2020, ESA verklaarde de CHEOPS-ruimtetelescoop klaar voor de wetenschap. Met deze prestatie, ESA heeft de verantwoordelijkheid voor de exploitatie van CHEOPS overgedragen aan het missieconsortium, die bestaat uit wetenschappers en ingenieurs van ongeveer 30 instellingen in 11 Europese landen.

Succesvolle afronding van de CHEOPS-testfase ondanks de coronacrisis

De succesvolle afronding van de testfase vond plaats in zeer uitdagende tijden, waarbij in wezen het hele missieteam tegen het einde van de fase vanuit huis moet werken. "Het afronden van de testfase was alleen mogelijk met de volledige inzet van alle deelnemers, en omdat de missie een operationeel controlesysteem heeft dat grotendeels geautomatiseerd is, waardoor opdrachten van thuis kunnen worden verzonden en gegevens kunnen worden ontvangen, " legt Willy Benz uit, Hoogleraar astrofysica aan de Universiteit van Bern en hoofdonderzoeker van de CHEOPS-missie.

Een team van wetenschappers, ingenieurs en technici lieten CHEOPS van begin januari tot eind maart een periode van uitgebreid testen en kalibreren doormaken. "We waren opgetogen toen we ons realiseerden dat alle systemen werkten zoals verwacht of zelfs beter dan verwacht, " legt CHEOPS Instrumentenwetenschapper Andrea Fortier van de Universiteit van Bern uit, die het inbedrijfstellingsteam van het consortium leidde.

Voldoen aan hoge eisen aan meetnauwkeurigheid

Het team richtte zich eerst op de evaluatie van de fotometrische prestaties van de ruimtetelescoop. CHEOPS is geconceptualiseerd als een apparaat met uitzonderlijke precisie dat in staat is exoplaneten ter grootte van planeet Aarde te detecteren. "De meest kritische test was het nauwkeurig meten van de helderheid van een ster tot een variantie van 0,002% (20 delen per miljoen), ", legt Willy Benz uit. Deze precisie is vereist om duidelijk de dimming te herkennen die wordt veroorzaakt door de passage van een planeet ter grootte van de aarde voor een zonachtige ster (een gebeurtenis die bekend staat als een "transit, " die enkele uren kan duren). CHEOPS moest ook aantonen dat het deze mate van precisie tot twee dagen kon behouden.

CHEOPS overtreft de eisen

Om dit te verifiëren, het team concentreerde zich op een ster die bekend staat als HD 88111. De ster bevindt zich in het sterrenbeeld Hydra, zo'n 175 lichtjaar verwijderd van de aarde, en het is niet bekend om planeten te hosten. CHEOPS nam 47 uur lang elke 30 seconden een opname van de ster (zie figuur 1). Elk beeld werd zorgvuldig geanalyseerd, in eerste instantie met een gespecialiseerd automatisch softwarepakket, en vervolgens door de teamleden, om in elk beeld de helderheid van de ster zo nauwkeurig mogelijk te bepalen. Het team had verwacht dat de helderheid van de ster tijdens de observatieperiode zou veranderen als gevolg van verschillende effecten, zoals andere sterren in het gezichtsveld, de kleine jitterbeweging van de satelliet, of de impact van kosmische straling op de detector.

De resultaten van de 5, 640 foto's gemaakt door CHEOPS gedurende 47 uur worden in figuur 2 weergegeven als een "lichtcurve". De curve geeft de verandering in de tijd weer in de helderheidsmetingen van alle afbeeldingen, met een wortel-gemiddelde-kwadraatspreiding van 0,0015% (15 delen per miljoen). "De door CHEOPS gemeten lichtcurve was aangenaam vlak. De ruimtetelescoop overtreft ruimschoots de vereiste om helderheid te kunnen meten met een precisie van 0,002% (20 delen per miljoen), " legt Christopher Broeg uit, Mission Manager voor de CHEOPS-missie aan de Universiteit van Bern.

Een exoplaneet die zou drijven

Het team observeerde andere sterren, waaronder enkele waarvan bekend is dat ze planeten herbergen (deze worden exoplaneten genoemd). CHEOPS richtte zich op het planetenstelsel HD 93396 dat zich in het sterrenbeeld Sextans bevindt, zo'n 320 lichtjaar van de aarde verwijderd. Dit systeem bestaat uit een gigantische exoplaneet genaamd KELT-11b, die in 2016 werd ontdekt om in 4,7 dagen om deze ster te draaien. De ster is bijna drie keer zo groot als de zon.

Het team koos voor dit specifieke systeem omdat de ster zo groot is dat de planeet er lang over doet om er voor langs te gaan:in feite bijna acht uur. "Dit gaf CHEOPS de kans om te demonstreren dat het in staat is om lange transitgebeurtenissen vast te leggen die anders moeilijk te observeren zijn vanaf de grond. aangezien het 'astronomische' deel van de nacht voor astronomie op de grond gewoonlijk minder dan acht uur duurt, " legt Didier Queloz uit, professor aan de afdeling Sterrenkunde van de Faculteit Wetenschappen van de Universiteit van Genève en woordvoerder van het CHEOPS Science Team. De eerste transitlichtcurve van CHEOPS is weergegeven in figuur 3, waar de dip als gevolg van de planeet ongeveer negen uur na het begin van de waarneming plaatsvindt.

De transit van KELT-11b gemeten door CHEOPS maakte het mogelijk om de grootte van de exoplaneet te bepalen. Het heeft een diameter van 181, 600km, die CHEOPS kan meten met een nauwkeurigheid van 4.290 km. De diameter van de aarde, in vergelijking, is slechts ongeveer 12, 700km, terwijl die van Jupiter - de grootste planeet in ons zonnestelsel - 139 is, 900 kilometer. Exoplaneet KELT-11b is daarom groter dan Jupiter, maar zijn massa is vijf keer lager, wat betekent dat het een extreem lage dichtheid heeft:"Het zou op water drijven in een zwembad dat groot genoeg is, " zegt David Ehrenreich, CHEOPS Mission Scientist van de Universiteit van Genève. De beperkte dichtheid wordt toegeschreven aan de nabijheid van de planeet tot zijn ster. Figuur 4 toont een tekening van het eerste transitplaneetsysteem dat CHEOPS met succes heeft waargenomen.

Benz legt uit dat de metingen van CHEOPS vijf keer nauwkeuriger zijn dan die van de aarde. "Dat geeft ons een voorproefje van wat we de komende maanden en jaren met CHEOPS kunnen bereiken, " gaat Benz verder.

CHEOPS - op zoek naar mogelijke bewoonbare planeten

De CHEOPS-missie (CHaracterising ExOplanet Satellite) is de eerste van de nieuw gecreëerde "S-class missions" van ESA (small class-missies met een ESA-budget van minder dan 50 miljoen), en is gewijd aan het karakteriseren van de transits van exoplaneten. CHEOPS meet de veranderingen in de helderheid van een ster wanneer een planeet voor die ster passeert. Met deze gemeten waarde kan de grootte van de planeet worden afgeleid, en voor de bepaling van de dichtheid op basis van bestaande gegevens. Dit geeft belangrijke informatie over deze planeten, bijvoorbeeld of ze overwegend rotsachtig zijn, zijn samengesteld uit gassen, of als ze diepe oceanen hebben. Dit, beurtelings, is een belangrijke stap om te bepalen of een planeet leefomstandigheden heeft.

CHEOPS is ontwikkeld als onderdeel van een samenwerking tussen de European Space Agency (ESA) en Zwitserland. Onder leiding van de Universiteit van Bern en ESA, een consortium van meer dan honderd wetenschappers en ingenieurs uit elf Europese staten was gedurende vijf jaar betrokken bij de constructie van de satelliet.

CHEOPS begon woensdag aan zijn ruimtereis, 18 december 2019 aan boord van een Sojoez Fregat-raket vanuit de Europese ruimtehaven in Kourou, Frans Guyana. Vanaf dat moment, het draait in een baan om de aarde in een polaire baan in ongeveer anderhalf uur op een hoogte van 700 kilometer na de terminator.