Lang voordat het in november 2017 vanuit het internationale ruimtestation ISS in een lage baan om de aarde werd geplaatst, het kleine ASTERIA-ruimtevaartuig had een groot doel:bewijzen dat een satelliet ter grootte van een koffer enkele van de complexe taken kan uitvoeren die veel grotere ruimtewaarnemingscentra gebruiken om exoplaneten te bestuderen, of planeten buiten ons zonnestelsel. Binnenkort verschijnt er een nieuw artikel in de Astronomisch tijdschrift beschrijft hoe ASTERIA (afkorting van Arcsecond Space Telescope Enabling Research in Astrophysics) niet alleen aantoonde dat het die taken kon uitvoeren, maar verder ging, het detecteren van de bekende exoplaneet 55 Cancri e.

Verzengend heet en ongeveer twee keer zo groot als de aarde, 55 Cancri e draait zeer dicht bij zijn zonachtige moederster. Wetenschappers kenden de locatie van de planeet al; ernaar zoeken was een manier om de mogelijkheden van ASTERIA te testen. Het kleine ruimtevaartuig was aanvankelijk niet ontworpen om wetenschap uit te voeren; liever, als een technologiedemonstratie, het doel van de missie was om nieuwe capaciteiten te ontwikkelen voor toekomstige missies. De technologische sprong van het team was om een ​​klein ruimtevaartuig te bouwen dat een nauwkeurige besturing kon uitvoeren - in wezen het vermogen om gedurende lange perioden zeer constant op een object gefocust te blijven.

Gebaseerd op NASA's Jet Propulsion Laboratory in Zuid-Californië en op het Massachusetts Institute of Technology, het missieteam ontwierp nieuwe instrumenten en hardware, voorbij bestaande technologische barrières duwen om hun nuttige lading te creëren. Daarna moesten ze hun prototype in de ruimte testen. Hoewel de belangrijkste missie slechts 90 dagen was, ASTERIA ontving drie missie-uitbreidingen voordat het team afgelopen december het contact ermee verloor.

De CubeSat gebruikte fijnaanwijsbesturing om 55 Cancri e te detecteren via de transitmethode, waarin wetenschappers zoeken naar dips in de helderheid van een ster veroorzaakt door een passerende planeet. Als je op deze manier exoplaneetdetecties maakt, De eigen bewegingen of trillingen van een ruimtevaartuig kunnen trillingen in de gegevens veroorzaken die verkeerd kunnen worden geïnterpreteerd als veranderingen in de helderheid van de ster. Het ruimtevaartuig moet stabiel blijven en de ster in het midden van zijn gezichtsveld houden. Hierdoor kunnen wetenschappers de helderheid van de ster nauwkeurig meten en de kleine veranderingen identificeren die aangeven dat de planeet ervoor is gepasseerd. het blokkeren van een deel van zijn licht.

ASTERIA treedt in de voetsporen van een kleine satelliet gevlogen door de Canadian Space Agency genaamd MOST (Microvariability and Oscillations of Stars), die in 2011 de eerste transitdetectie van 55 Cancri e. MOST was ongeveer zes keer het volume van ASTERIA - nog steeds ongelooflijk klein voor een astrofysische satelliet. Uitgerust met een telescoop van 5,9 inch (15 centimeter), MOST was ook in staat om zes keer zoveel licht te verzamelen als ASTERIA, die een telescoop van 2,4 inch (6 centimeter) droeg. Omdat 55 Cancri e slechts 0,04% van het licht van zijn moederster blokkeert, het was een bijzonder uitdagend doelwit voor ASTERIA.

"Het detecteren van deze exoplaneet is opwindend, omdat het laat zien hoe deze nieuwe technologieën samenkomen in een echte toepassing, " zei Vanessa Bailey, de hoofdonderzoeker van ASTERIA's exoplaneet-wetenschappelijke team bij JPL. "Het feit dat ASTERIA meer dan 20 maanden na zijn eerste missie heeft geduurd, waardoor we waardevolle extra tijd krijgen om aan wetenschap te doen, benadrukt de geweldige engineering die is gedaan bij JPL en MIT."

Grote prestatie

De missie maakte wat bekend staat als een marginale detectie, wat betekent dat de gegevens van de doorvoer niet, op zichzelf, hebben wetenschappers ervan overtuigd dat de planeet bestond. (Vage signalen die lijken op een planeetovergang kunnen worden veroorzaakt door andere verschijnselen, dus wetenschappers hebben een hoge standaard voor het verklaren van een planeetdetectie.) Maar door de CubeSat-gegevens te vergelijken met eerdere waarnemingen van de planeet, het team bevestigde dat ze inderdaad 55 Cancri e zagen. Als technische demo, ASTERIA onderging ook niet de typische pre-launch voorbereidingen voor een wetenschappelijke missie, wat betekende dat het team extra werk moest doen om de nauwkeurigheid van hun detectie te garanderen.

"We gingen achter een hard doelwit aan met een kleine telescoop die niet eens was geoptimaliseerd om wetenschappelijke detecties te maken - en we hebben het, al is het maar amper, " zei Mary Knapp, de ASTERIA-projectwetenschapper bij MIT's Haystack Observatory en hoofdauteur van de studie. "Ik denk dat dit artikel het concept valideert dat de ASTERIA-missie motiveerde:dat kleine ruimtevaartuigen iets kunnen bijdragen aan astrofysica en astronomie."

Hoewel het onmogelijk zou zijn om alle mogelijkheden van een groter ruimtevaartuig dat op exoplaneten jaagt, zoals NASA's Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS) in een CubeSat te stoppen, het ASTERIA-team ziet deze kleine pakketten voor hen een ondersteunende rol spelen. kleine satellieten, met minder beslag op hun tijd, zou kunnen worden gebruikt om een ​​ster gedurende lange perioden te volgen in de hoop een onontdekte planeet te detecteren. Of, nadat een groot observatorium een ​​planeet ontdekt die door zijn ster beweegt, een kleine satelliet kan kijken naar volgende transits, de grotere telescoop vrijmaken om werk te doen dat kleinere satellieten niet kunnen.

Astrofysicus Sara Seager, hoofdonderzoeker voor ASTERIA bij MIT, ontving onlangs een NASA Astrophysics Science SmallSat Studies-beurs om een ​​missieconcept te ontwikkelen voor een vervolg op ASTERIA. Het voorstel beschrijft een constellatie van zes satellieten die ongeveer twee keer zo groot zijn als ASTERIA, die zouden zoeken naar exoplaneten die qua grootte vergelijkbaar zijn met de aarde rond nabijgelegen zonachtige sterren.

Klein denken

Om de kleinste planeetjachtsatelliet in de geschiedenis te bouwen, de ASTERIA was niet alleen krimpende hardware die op grotere ruimtevaartuigen werd gebruikt. Vaak, ze moesten een meer innovatieve aanpak kiezen. Bijvoorbeeld, de MOST-satelliet gebruikte een camera met een CCD-detector (charge-coupled device), wat gebruikelijk is voor ruimtesatellieten; ASTERIA, anderzijds, was uitgerust met een complementaire metaaloxide-halfgeleider (CMOS)-detector - een gevestigde technologie die doorgaans wordt gebruikt voor het maken van nauwkeurige metingen van helderheid in infrarood licht, geen zichtbaar licht. ASTERIA's op CMOS gebaseerde, zichtbaar licht camera bood meerdere voordelen ten opzichte van een CCD. Eén grote:het hielp ASTERIA klein te houden omdat het bij kamertemperatuur werkte, waardoor het grote koelsysteem dat een koudwerkende CCD nodig zou hebben, overbodig is.

"Deze missie ging vooral over leren, " zei Akshata Krishnamurthy, co-onderzoeker en wetenschappelijke data-analyse co-lead voor ASTERIA bij JPL. "We hebben zoveel dingen ontdekt die toekomstige kleine satellieten beter zullen kunnen doen, omdat we eerst de technologie en mogelijkheden hebben gedemonstreerd. Ik denk dat we deuren hebben geopend."