CubeSat размером с небольшой рюкзак был создан для тестирования новых технологий, но превзошел все ожидания, обнаружив планету за пределами нашей Солнечной системы. Задолго до того, как он был запущен на низкую околоземную орбиту с Международной космической станции в ноябре 2017 года, крошечный космический корабль ASTERIA имел большую цель: доказать, что спутник размером с рюкзак может выполнять некоторые из сложных задач большой обсерватории, которую используют для изучения экзопланет или планет вне нашей Системы. Новая статья, которая скоро будет опубликована в Astronomical Journal, описывает, как ASTERIA (сокращение от Arcsecond Space Telescope, позволяющего проводить исследования в астрофизике) не просто продемонстрировала, что она может выполнять эти задачи, но вышла за пределы, обнаружив известную экзопланету 55 Cancri e.
Обжигающе горячая и примерно в два раза больше Земли, 55 Cancri e вращается очень близко к своей подобной Солнцу родительской звезде. Ученые уже знали местонахождение планеты; поиск был способом проверить возможности ASTERIA. Крошечный космический корабль изначально не был предназначен для науки; скорее, в качестве демонстрации технологии, целью миссии было развитие новых возможностей для будущих миссий. Технологический скачок команды заключался в создании небольшого космического корабля, который мог бы осуществлять точное управление наведением - по сути, способность оставаться очень устойчиво сфокусированным на объекте в течение длительных периодов.
Основанная в Лаборатории реактивного движения NASA в Южной Калифорнии и в Массачусетском технологическом институте, команда миссии разработала новые приборы и оборудование, преодолевая существующие технологические барьеры для создания своей полезной нагрузки. Затем им пришлось испытать свой прототип в космосе. Хотя его основная миссия составляла всего 90 дней, ASTERIA получила три продления миссии, прежде чем команда потеряла с ней связь в декабре прошлого года.
CubeSat использовал точное управление наведением для обнаружения 55 Cancri e с помощью метода транзита, в котором ученые ищут провалы в яркости звезды, вызванные проходящей планетой. При таком обнаружении экзопланет собственные движения или вибрации космического корабля могут вызывать колебания в данных, которые могут быть неверно истолкованы как изменения яркости звезды. Космический корабль должен оставаться неподвижным и держать звезду в центре своего поля зрения. Это позволяет ученым точно измерить яркость звезды и идентифицировать крошечные изменения, которые указывают на то, что планета прошла перед ней, блокируя часть ее света.
ASTERIA следует по стопам небольшого спутника, запущенного Канадским космическим агентством под названием MOST (Микропеременность и колебания звезд), который в 2011 году выполнил первое обнаружение транзита 55 Cancri e. MOST был примерно в шесть раз больше ASTERIA - все еще невероятно мал для астрофизического спутника. Оснащенный 15-сантиметровым телескопом, MOST также был способен собирать в шесть раз больше света, чем ASTERIA, которая несла 6-сантиметровый телескоп. Поскольку 55 Cancri e блокирует только 0,04% света своей принимающей звезды, это было особенно сложной задачей для ASTERIA.
«Обнаружение этой экзопланеты интересно, потому что она показывает, как эти новые технологии объединяются в реальном приложении», - сказала Ванесса Бэйли, главный исследователь научной группы ASTERIA по экзопланетам в JPL. «Тот факт, что ASTERIA прослужила более 20 месяцев за пределами своей основной миссии, давая нам ценное дополнительное время для занятий наукой, подчеркивает великолепную инженерию, которая была проделана в JPL и MIT».
Большой подвиг
Миссия сделала так называемое предельное обнаружение, то есть данные из транзита сами по себе не убедили бы ученых в существовании планеты. (Слабые сигналы, которые похожи на транзит планеты, могут быть вызваны другими явлениями, поэтому у ученых есть высокий стандарт для объявления обнаружения планеты.) Но сравнивая данные CubeSat с предыдущими наблюдениями планеты, команда подтвердила, что они действительно наблюдали 55 Cancri e. Как техническая демонстрация, ASTERIA также не проходила типичную подготовку к научной миссии перед запуском, что означало, что команде пришлось проделать дополнительную работу, чтобы гарантировать точность их обнаружения.
«Мы преследовали жесткую цель с небольшим телескопом, который даже не был оптимизирован для научных исследований, и мы получили её», - сказала Мэри Кнапп, исследователь проекта ASTERIA в Обсерватории Хейстек в Массачусетском технологическом институте и ведущий автор исследования. «Я думаю, что этот документ подтверждает концепцию, которая мотивировала миссию ASTERIA: этот маленький космический корабль может внести вклад в астрофизику и астрономию».
Хотя было бы невозможно упаковать все возможности более крупного космического корабля, охотящегося за экзопланетами, такого как TESS в CubeSat, команда ASTERIA предполагает, что эти миниатюрные пакеты играют для них вспомогательную роль. Небольшие спутники, требующие меньше времени, могут использоваться для наблюдения за звездой в течение длительного времени в надежде обнаружить необнаруженную планету. Или, после того, как большая обсерватория обнаружит планету, проходящую перед звездой, маленький спутник может наблюдать за последующими транзитами, освобождая больший телескоп. не могут.
Астрофизик Сара Сигер, главный исследователь ASTERIA в Массачусетском технологическом институте, недавно получила грант NASA Astrophysics Science SmallSat Studies для разработки концепции миссии для продолжения работы над ASTERIA. В предложении описывается созвездие из шести спутников, примерно в два раза больше, чем ASTERIA, которое будет искать экзопланеты, похожие по размеру на Землю, вокруг близких к Солнцу звезд.
Маленький спутник
Чтобы создать самый маленький в истории спутник для охоты на экзопланеты, ASTERIA не просто уменьшала аппаратные средства, используемые на больших космических кораблях. Во многих случаях им приходилось применять более инновационный подход. Например, спутник MOST использовал камеру с детектором с зарядовой связью (CCD), который является общим для космических спутников; ASTERIA, с другой стороны, была оснащена дополнительным металлооксидно-полупроводниковым детектором (CMOS) - хорошо отработанной технологией, обычно используемой для точных измерений яркости в инфракрасном, а не видимом свете. Камера видимого света на базе CMOS от ASTERIA обеспечивает множество преимуществ по сравнению с ПЗС. Он помог сохранить ASTERIA небольшим, потому что он работал при комнатной температуре, устраняя необходимость в большой системе охлаждения, которая требовалась бы для CCD, работающего в холодном режиме.
«Эта миссия в основном заключалась в обучении», - сказал Акшата Кришнамурти, со-исследователь и научный руководитель анализа данных ASTERIA в JPL. «Мы обнаружили так много вещей, что будущие малые спутники смогут добиться большего успеха, потому что сначала продемонстрировали технологию и возможности. Я думаю, что мы открыли двери».
