In de zoektocht naar bewoonbare planeten buiten de onze, NASA bestudeert een missieconcept genaamd Pandora, die uiteindelijk zouden kunnen helpen bij het ontcijferen van de atmosferische mysteries van verre werelden in onze melkweg. Een van de vier goedkope astrofysica-missies die zijn geselecteerd voor verdere conceptontwikkeling in het kader van NASA's nieuwe Pioneers-programma, Pandora zou ongeveer 20 sterren en exoplaneten bestuderen - planeten buiten ons zonnestelsel - om nauwkeurige metingen van exoplanetaire atmosferen te leveren.

Deze missie zou de samenstelling van de atmosfeer willen bepalen door planeten en hun gaststerren gelijktijdig gedurende lange perioden in zichtbaar en infrarood licht te observeren. Met name, Pandora zou onderzoeken hoe variaties in het licht van een gastster de metingen van exoplaneten beïnvloeden. Dit blijft een groot probleem bij het identificeren van de atmosferische samenstelling van planeten die rond sterren draaien die bedekt zijn met sterrenvlekken, die helderheidsvariaties kan veroorzaken als een ster draait.

Pandora is een kleine satellietmissie die bekend staat als een SmallSat, een van de drie van dergelijke orbitale missies die groen licht kregen van NASA om de volgende ontwikkelingsfase in het Pioneers-programma in te gaan. SmallSats zijn goedkope ruimtevluchten waarmee het agentschap wetenschappelijke verkenning kan bevorderen en de toegang tot de ruimte kan vergroten. Pandora zou opereren in een zonsynchrone lage baan om de aarde, die de zon altijd direct achter de satelliet houdt. Deze baan minimaliseert lichtveranderingen op de satelliet en stelt Pandora in staat om gedurende langere perioden gegevens te verkrijgen. Van de SmallSat-concepten die voor verder onderzoek zijn geselecteerd, Pandora is de enige die zich richt op exoplaneten.

"Exoplanetaire wetenschap gaat van een tijdperk van ontdekking van planeten naar een tijdperk van atmosferische karakterisering, " zei Elisa Quintana, een astrofysicus bij NASA's Goddard Space Flight Center in Greenbelt, Maryland, en de hoofdonderzoeker van Pandora. "Pandora is gericht op het proberen te begrijpen hoe stellaire activiteit onze metingen van exoplaneetatmosferen beïnvloedt, die de basis zal leggen voor toekomstige exoplaneetmissies die gericht zijn op het vinden van planeten met aardachtige atmosferen."

Het wetenschappelijke potentieel maximaliseren

Pandora concentreert zich op het bestuderen van exoplanetaire en stellaire atmosferen door planeten te onderzoeken terwijl ze voor hun gastheersterren kruisen of ze passeren. Om dit te bereiken, Pandora zou profiteren van een bewezen techniek genaamd transit spectroscopie, waarbij de hoeveelheid sterlicht wordt gemeten die door de atmosfeer van een planeet wordt gefilterd, en het opsplitsen in kleurbanden die bekend staan ​​​​als een spectrum. Deze kleuren coderen informatie die wetenschappers helpt bij het identificeren van gassen in de atmosfeer van de planeet, en kan helpen bepalen of een planeet rotsachtig is met een dunne atmosfeer zoals de aarde of een dikke gasomhulling zoals Neptunus.

Deze missie, echter, zou transitspectroscopie een stap verder brengen. Pandora is ontworpen om een ​​van de meest cruciale tegenslagen van de techniek te verzachten:stellaire besmetting. "Sterren hebben atmosferen en veranderende oppervlaktekenmerken zoals vlekken die onze metingen beïnvloeden, " zei Jessie Christiansen, de plaatsvervangend wetenschappelijk leider bij het NASA Exoplanet-archief in Caltech in Pasadena, Californië, en een mede-onderzoeker voor Pandora. "Om er zeker van te zijn dat we de atmosfeer van een exoplaneet echt observeren, we moeten de variaties van de planeet ontwarren van die van de ster."

Pandora zou stellaire en exoplanetaire signalen scheiden door ze gelijktijdig waar te nemen in infrarood en zichtbaar licht. Stellaire besmetting is gemakkelijker te detecteren bij de kortere golflengten van zichtbaar licht, en dus zou het verkrijgen van atmosferische gegevens via zowel infrarood als zichtbaar licht wetenschappers in staat stellen observaties afkomstig van exoplaneetatmosferen en sterren beter te onderscheiden.

"Stellaire besmetting is een knelpunt dat nauwkeurige observaties van exoplaneten bemoeilijkt, " zei Benjamin Rackham, a 51 Pegasi b Postdoctoral Fellow aan het Massachusetts Institute of Technology in Cambridge en mede-onderzoeker voor Pandora. "Pandora zou helpen bij het bouwen van de nodige hulpmiddelen voor het ontwarren van stellaire en planetaire signalen, waardoor we de eigenschappen van zowel sterrenvlekken als exoplanetaire atmosferen beter kunnen bestuderen."

Synergie in de ruimte

Krachten bundelen met de grotere missies van NASA, Pandora zou gelijktijdig werken met de James Webb Space Telescope, gepland voor lancering later dit jaar. Webb zal de mogelijkheid bieden om de atmosferen van exoplaneten zo klein als de aarde met ongekende precisie te bestuderen, en Pandora zou proberen het onderzoek en de bevindingen van de telescoop uit te breiden door de gaststerren van eerder geïdentificeerde planeten gedurende langere perioden te observeren.

Missies zoals NASA's Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS), Hubble-ruimtetelescoop, en de gepensioneerde Kepler- en Spitzer-ruimtevaartuigen hebben wetenschappers verbazingwekkende glimpen gegeven van deze verre werelden, en legde een sterke basis in exoplanetaire kennis. Deze missies, echter, het probleem van stellaire besmetting nog volledig moeten aanpakken, waarvan de omvang onzeker is in eerdere studies van exoplanetaire atmosferen. Pandora probeert deze kritieke lacunes in NASA's begrip van planetaire atmosferen op te vullen en de mogelijkheden in onderzoek naar exoplaneten te vergroten.

"Pandora is de juiste missie op het juiste moment omdat er al duizenden exoplaneten zijn ontdekt, en we zijn ons bewust van vele die vatbaar zijn voor atmosferische karakterisering die rond kleine actieve sterren draaien, " zei Jessie Dotson, een astrofysicus bij NASA's Ames Research Center in Silicon Valley in Californië en de plaatsvervangend hoofdonderzoeker voor Pandora. "De volgende grens is om de atmosferen van deze planeten te begrijpen, en Pandora zou een sleutelrol spelen bij het blootleggen van de invloed van sterrenactiviteit op ons vermogen om atmosferen te karakteriseren. Het zou een geweldige aanvulling zijn op de missie van Webb."

Een lanceerplatform voor verkenning

Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL), in Livermore, Californië, leidt de Pandora-missie samen met het Goddard Space Flight Center van NASA. LLNL zal de missie beheren en de capaciteiten benutten die zijn ontwikkeld voor andere overheidsinstanties, inclusief een goedkope benadering van het ontwerp en de fabricage van de telescoop die deze baanbrekende exoplaneetwetenschap mogelijk maakt vanaf een SmallSat-platform.

NASA's Pioneers-programma, die bestaat uit SmallSats, ladingen bevestigd aan het internationale ruimtestation, en wetenschappelijke ballonexperimenten, bevordert innovatieve ruimte- en suborbitale experimenten voor onderzoekers in het begin tot het midden van hun loopbaan door middel van goedkope, kleine hardware-missies. Onder dit nieuwe programma, Pandora zou werken op een tijdlijn van vijf jaar met een budgetplafond van $ 20 miljoen.

Ondanks strikte beperkingen, het Pioneers-programma stelt Pandora in staat zich te concentreren op een gerichte onderzoeksvraag en tegelijkertijd een divers team van studenten en jonge wetenschappers van meer dan een dozijn universiteiten en onderzoeksinstituten aan te trekken. Dit SmallSat-platform creëert een uitstekende blauwdruk voor kleinschalige missies om impact te maken in de astrofysica-gemeenschap.

"Pandora's langdurige observaties in zichtbaar en infrarood licht zijn uniek en zeer geschikt voor SmallSats, " zei Quintana. "We zijn verheugd dat Pandora een cruciale rol zal spelen in NASA's zoektocht naar het vinden van andere werelden die mogelijk bewoonbaar zouden kunnen zijn."