Pandora ma zrobić to, czego nie potrafi Webb. Mały teleskop z ważną misją
Teleskop Pandora to najnowsza misja NASA, która odpowiedzieć ma na pytanie o możliwość życia na egzoplanetach.
Rakieta Falcon 9 wyniosła właśnie na orbitę kolejne małe pudełko, które może namieszać w wielkiej astronomii. Niepozorny satelita NASA ma przez rok uważnie wpatrywać się w ponad 20 egzoplanet i ich gwiazdy, żeby zrobić coś, z czym zmagają się nawet największe teleskopy, a mianowicie odcedzić sygnał planety od kaprysów jej gwiazdy i wskazać, gdzie naprawdę kryją się ślady wody, chmur i być może warunków sprzyjających życiu.
Mały teleskop na pokładzie Falcona 9
Misja Pandora wystartowała z bazy Vandenberg w Kalifornii na pokładzie rakiety Falcon 9 jako część komercyjnego lotu współdzielonego. Z zewnątrz to klasyczny klocek, a w środku w pełni funkcjonalny teleskop kosmiczny zaprojektowany do jednego, bardzo konkretnego celu: badania atmosfer odległych światów i jednoczesnego śledzenia zachowania ich gwiazd.
Pandora trafiła na niską orbitę okołoziemską, a dokładniej na wysokość około 600 km nad Ziemią. Sprawia to, że satelita przelatuje nad tym samym punktem globu mniej więcej o tej samej porze dnia, co ułatwia stabilną pracę instrumentów i planowanie obserwacji. Naukowcy liczą, że w trakcie rocznej fazy naukowej teleskop wykona minimum 200 pełnych sesji obserwacyjnych.
To pierwsza misja w ramach programu Astrophysics Pioneers – nowej ścieżki NASA dla małych, stosunkowo tanich projektów naukowych z limitem kosztów, które mają jednak odpowiadać na bardzo ambitne pytania. Pandora ma udowodnić, że nawet przy takim budżecie da się zbudować wyspecjalizowaną sondę, która realnie odciąży gigantów w rodzaju Teleskopu Webba.
Jak Pandora podsłucha atmosfery egzoplanet?
Klucz do misji Pandory to zjawisko tranzytu. Za każdym razem, gdy egzoplaneta przechodzi przed tarczą swojej gwiazdy, jej atmosfera działa jak filtr. Część światła jest pochłaniana lub rozpraszana przez cząsteczki gazów – wodę, wodór, tlen czy inne związki.
Jeśli astronomowie porównają widmo gołej gwiazdy i gwiazdy z planetą właśnie przechodzącą na jej tle, będą mogli wydobyć subtelne różnice. To właśnie w tych różnicach kryją się informacje o składzie atmosfery planety. Pandora ma więc wyszukiwać przede wszystkim światy z atmosferami zdominowanymi przez wodór lub wodę oraz oceniać, czy nie są przesłonięte przez gęste chmury lub mgły, które utrudniają dalsze badania.
Żeby to zrobić, satelita będzie przyglądał się wybranym układom przez 24 godz. z rzędu, co najmniej 10 razy dla każdej planety. Dla astronomów to prawdziwy maraton obserwacyjny, ponieważ długie, powtarzane wpatrywanie się w ten sam cel w świetle widzialnym i podczerwonym pozwala wyłapać mikroskopijne zmiany w jasności oraz w kształcie widma.
Gwiazda to nasz sojusznik, jak i wróg
Cały ten plan ma jednak jeden poważny problem. Gwiazdy już z samej swojej natury są niespokojne. Na ich powierzchni pojawiają się chłodne plamy i gorące jasne obszary, podobne do plam i pochodni na Słońcu. Te struktury zmieniają się w czasie i zostawiają własne odciski palców w świetle, które dociera do teleskopu.
Z punktu widzenia astronomów to istny koszmar. Zmiany widma wywołane przez gwiazdę potrafią wyglądać bardzo podobnie do sygnału z atmosfery planety. Mogą go maskować, wzmacniać lub całkowicie udawać egzoplanetarną chemię. W skrajnym przypadku można uznać, że w atmosferze planety jest woda czy tlen, podczas gdy w rzeczywistości odpowiada za to aktywna powierzchnia gwiazdy.
Pandora została zbudowana po to, by ten efekt możliwie dobrze zniwelować. Teleskop dzieli padające światło na dwa kanały: w świetle widzialnym mierzy bardzo precyzyjnie zmiany jasności gwiazdy, a w podczerwieni dokładnie analizuje widmo podczas tranzytów planet.
Porównując te dwa filmy z obserwacji – jeden opisujący humorki gwiazdy, drugi zachowanie sygnału z planety – naukowcy mogą policzyć, jaka część zmian wynika z plam i rozbłysków na powierzchni gwiazdy, a jaka to prawdziwy ślad planety i jej atmosfery. Pandora ma więc być czymś w rodzaju korektora, który sprząta po gwiazdach i podaje czystsze dane większym teleskopom.
W środku kawałek technologii z Teleskopu Webba
Choć Pandora należy do kategorii małych satelitów, jej serce to instrumenty, których nie powstydziłyby się nawet duże misje. Teleskop ma około 45 cm średnicy i klasyczną konstrukcję typu Cassegrain z długim, ciemnym odrośnikiem, który ma ograniczać zakłócające światło z Ziemi i Słońca.
Światło z teleskopu trafia na lusterko rozdzielające je na dwa strumienie. Jeden z nich idzie do fotometru zajmującego się pomiarami jasności w paśmie widzialnym. Drugi trafia zaś do spektrografu pracującego w bliskiej podczerwieni, w zakresie mniej więcej od 0,87 do 1,63 mikrometra.
Najbardziej kosmicznym elementem jest zastosowany detektor podczerwieni – matryca HAWAII-2RG. To zapasowy egzemplarz czujnika opracowanego pierwotnie dla jednego z instrumentów Teleskopu Jamesa Webba. Żeby działał stabilnie i nie zalewał się własnym szumem termicznym, musi być chłodzony do temperatur poniżej 110 kelwinów, czyli około −63 stopni Celsjusza. Za to odpowiada system chłodzenia i precyzyjnej kontroli temperatury, upchnięty w ciasnym wnętrzu niewielkiej sondy.
Pandora nie leci sama
Lot, na którym poleciała Pandora, to klasyczna misja współdzielona: jedna rakieta, wiele małych ładunków. Obok teleskopu do egzoplanet znalazły się tam jeszcze dwa inne naukowe CubeSaty finansowane przez NASA.
Pierwszy z nich to SPARCS, czyli mały teleskop z Uniwersytetu Stanowego Arizony, który ma mierzyć, jak bardzo aktywne są czerwone karły. To właśnie wokół takich gwiazd krąży wiele znanych egzoplanet, w tym potencjalnie nadających się do zamieszkania, ale ich gwiazdy są znacznie bardziej kapryśne niż Słońce. Drugi satelita, BlackCAT, to miniaturowe obserwatorium do polowania na rozbłyski wysokoenergetyczne, w tym zjawiska powiązane z czarnymi dziurami.
Przeczytaj także:
Razem tworzą bardzo ciekawą trójcę. Pandora bada atmosfery światów, które już znamy, SPARCS zagląda w temperament ich gwiazd, a BlackCAT łapie ekstremalne zjawiska we Wszechświecie. To zapowiedź przyszłości, w której flotylle małych, wyspecjalizowanych satelitów robią pracę, którą jeszcze niedawno powierzalibyśmy jednemu ogromnemu obserwatorium.
*Źródło grafiki wprowadzającej: NASA, własne
Jest tego więcej
Ustaw Spider’s Web jako preferowane medium w Google
