NASA zal een instrument bijdragen aan een Europese ruimtemissie die de atmosferen zal verkennen van honderden planeten die rond sterren buiten onze zon draaien, of exoplaneten, Voor de eerste keer.

Het instrument, genaamd de bijdrage aan ARIEL-spectroscopie van exoplaneten, of GEVAL, voegt wetenschappelijke mogelijkheden toe aan ESA's (de European Space Agency's) Atmospheric Remote-sensing Infrared Exoplanet Large-survey, of ARIEL, missie.

Het ARIEL-ruimtevaartuig met CASE aan boord zal naar verwachting in 2028 worden gelanceerd. CASE zal worden beheerd door NASA's Jet Propulsion Laboratory in Pasadena, Californië, met JPL-astrofysicus Mark Swain als hoofdonderzoeker.

"Ik ben verheugd dat NASA samen met ESA zal werken aan deze historische missie om de grenzen te verleggen in ons begrip van waar de atmosferen van exoplaneten van gemaakt zijn, en hoe deze planeten zich vormen en evolueren, " zei Thomas Zurbuchen, associate administrator voor NASA's Science Mission Directorate in Washington. "Hoe meer informatie we hebben over exoplaneten, hoe dichter we bij het begrijpen van de oorsprong van ons zonnestelsel komen, en het bevorderen van onze zoektocht naar aardachtige planeten elders."

Tot dusver, wetenschappers hebben meer dan 4 gevonden, 000 bevestigde exoplaneten in de Melkweg. NASA's gepensioneerde Kepler-ruimtetelescoop en actieve Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS) zijn twee observatoria die hebben bijgedragen aan deze telling. Deze telescopen hebben planeten ontdekt door de helderheid van het licht van een ster te observeren dat dimt wanneer een planeet zijn gezicht kruist, een gebeurtenis die 'transit' wordt genoemd. ARIEL, Koffer, zal de zoektocht naar de planeet door middel van transits een stap verder brengen, door dieper te graven in planeten waarvan al bekend is dat ze bestaan.

ARIEL zal de chemische vingerafdrukken kunnen zien, of "spectra, " van de atmosfeer van een planeet in het licht van zijn ster. Om dit te doen, het ruimtevaartuig zal sterrenlicht waarnemen dat door de atmosferen van planeten stroomt terwijl ze voor hun sterren passeren, evenals het licht dat door de atmosferen van de planeten wordt uitgestraald net voor en nadat ze achter hun sterren verdwijnen. Met deze vingerafdrukken kunnen wetenschappers de composities bestuderen, temperaturen, en chemische processen in de atmosferen van de planeten die ARIEL waarneemt.

Deze chemische vingerafdrukken van exoplaneetatmosferen zijn extreem zwak. Het identificeren ervan is een enorme uitdaging voor astronomen, en vereist een telescoop om lange tijd naar individuele sterren te staren. Maar veel ruimteobservatoria zijn multifunctioneel, en moeten hun tijd verdelen over verschillende soorten wetenschappelijk onderzoek. ARIEL zal het eerste ruimtevaartuig zijn dat volledig is gewijd aan het observeren van honderden exoplaneetatmosferen, op zoek naar de inhoud ervan, temperaturen en chemische processen. De toevoeging van CASE, die wolken en nevelen zal waarnemen, zal een uitgebreider beeld geven van de exoplaneetatmosferen die ARIEL waarneemt.

Tot dusver, telescopen hebben slechts de atmosfeer van een handvol exoplaneten nauwkeurig kunnen onderzoeken om hun chemische samenstelling te bepalen. ARIEL is veel groter, een meer diverse steekproef stelt wetenschappers in staat om deze werelden niet alleen als individuele exotische objecten te zien, maar als bevolking en ontdek nieuwe trends in hun overeenkomsten en verschillen.

Het CASE-instrument zal gevoelig zijn voor licht op nabij-infrarode golflengten, die onzichtbaar is voor menselijke ogen, evenals zichtbaar licht. Dit is een aanvulling op het andere instrument van ARIEL, een infraroodspectrometer genoemd, die op langere golflengten werkt. CASE zal specifiek kijken naar de wolken en nevelen van exoplaneten - om te bepalen hoe vaak ze voorkomen, en hoe ze de samenstelling en andere eigenschappen van planetaire atmosferen beïnvloeden. CASE zal ook metingen van het albedo van elke planeet mogelijk maken, de hoeveelheid licht die de planeet weerkaatst.

Het ruimtevaartuig zal zich concentreren op uitzonderlijk hete planeten in onze melkweg, met temperaturen hoger dan 600 graden Fahrenheit (320 graden Celsius). Zulke planeten hebben meer kans om hun ster te passeren dan planeten die verder weg draaien, en hun korte omlooptijden bieden meer mogelijkheden om transits in een bepaalde tijdsperiode waar te nemen. Meer transits geven astronomen meer data, waardoor ze de zwakke chemische vingerafdruk van de atmosfeer van een planeet kunnen onthullen.

De hete planeetpopulatie van ARIEL omvat gasreuzen zoals Jupiter, evenals kleinere gasvormige planeten die mini-Neptunes worden genoemd en rotsachtige werelden die groter zijn dan onze planeet, superaarde genoemd. Hoewel deze planeten te heet zijn om leven te herbergen zoals wij dat kennen, ze zullen ons veel vertellen over hoe planeten en planetaire systemen zich vormen en evolueren. Bovendien zullen de technieken en inzichten die zijn opgedaan bij het bestuderen van exoplaneten met ARIEL en CASE nuttig zijn wanneer wetenschappers toekomstige telescopen gebruiken om naar kleinere, kouder, rotsachtige werelden met omstandigheden die meer lijken op die van de aarde.

Het CASE-instrument bestaat uit twee detectoren en bijbehorende elektronica die bijdragen aan het geleidingssysteem van ARIEL. CASE maakt gebruik van dezelfde detectoren en elektronica die NASA bijdraagt ​​aan ESA's Euclid-missie, die diepgaande vragen zal stellen over de structuur van het universum en zijn twee grootste mysteriecomponenten:donkere materie en donkere energie.

Het ARIEL-ruimtevaartuig met CASE aan boord zal in dezelfde baan zijn als de James Webb-ruimtetelescoop van NASA, die naar verwachting in 2021 wordt gelanceerd. Beiden zullen ongeveer 1,5 miljoen kilometer van de aarde reizen naar een speciaal punt van zwaartekrachtstabiliteit genaamd Lagrange Point 2. Op deze locatie kan het ruimtevaartuig samen met de aarde om de zon cirkelen, terwijl hij weinig brandstof gebruikt om zijn baan te behouden.

Hoewel Webb ook in staat zal zijn om exoplaneetatmosferen te bestuderen, en zijn instrumenten bestrijken een soortgelijk lichtbereik als ARIEL, Webb zal zich richten op een kleinere steekproef van exoplaneten om in meer detail te bestuderen. Omdat Webb's tijd zal worden verdeeld, gedeeld met onderzoeken naar andere aspecten van het universum, het zal gedetailleerde kennis opleveren over bepaalde exoplaneten in plaats van honderden te onderzoeken. ARIEL wordt enkele jaren na Webb gelanceerd, dus het zal in staat zijn om te profiteren van de lessen die van Webb zijn geleerd in termen van het plannen van observaties en het selecteren van welke planeten te bestuderen.

"Dit is een opwindende tijd voor de exoplaneetwetenschap als we kijken naar de volgende generatie ruimtetelescopen en -instrumenten, " zei Paul Hertz, directeur van de afdeling astrofysica op het NASA-hoofdkwartier, Washington. "CASE draagt ​​bij aan een uitzonderlijke reeks technologieën die ons zullen helpen onze plaats in de melkweg beter te begrijpen."

CASE is een Astrophysics Explorers Mission of Opportunity, beheerd door JPL. Het Astrophysics Explorers-programma wordt beheerd door NASA's Goddard Space Flight Center in Greenbelt, Maryland, voor het directoraat Wetenschapsmissies op het NASA-hoofdkwartier in Washington, gelijkstroom.