Новый космический телескоп Cheops готов наблюдать за первыми экзопланетами

Cheops, новая миссия по экзопланетам, успешно завершила почти три месяца ввода в эксплуатацию на орбите, превзойдя ожидания по эффективности. Спутник, который начнет рутинные научные операции к концу апреля, уже получил многообещающие наблюдения за известными звездами-хозяевами экзопланет, и впереди немало интересных открытий.

“Этап ввода в эксплуатацию на орбите был захватывающим периодом, и мы рады, что смогли выполнить все требования”, – говорит Никола Рандо, руководитель проекта Cheops в ЕКА. “Спутниковая платформа и прибор работали замечательно, и как Миссия, так и Научный Операционный Центр поддерживали операции безупречно”.

Запущенный в декабре 2019 года, Cheops, или Характерный спутник экзопланеты, открыл свой взгляд на Вселенную в конце января и вскоре после этого сделал первые, намеренно размытые изображения звезд. Преднамеренная расфокусировка лежит в основе стратегии наблюдения миссии, которая повышает точность измерений, распространяя свет, исходящий от далеких звезд, на многие пиксели его детектора.

Точность является ключевой в современных исследованиях экзопланет. Известно, что более 4000 планет вращаются вокруг других звезд, кроме Солнца. Ключевое продолжение – начать характеризовать эти планеты, обеспечивая ограничения на их структуру, формирование и эволюцию.

Принятие мер по характеристике экзопланет путем точного измерения их размеров, в частности размеров малых планет, – это и есть миссия Хеопса. Однако перед тем, как заявить о готовности к выполнению задачи, маленький спутник размером 1,5 метра должен был пройти большое количество испытаний.

Выдающаяся производительность

С первой серией летных испытаний, проведенных в период с января по февраль, эксперты миссии начали анализировать реакцию спутника, и в частности телескопа и детектора, в реальной космической среде. Начиная с марта, Хеопс сосредоточился на хорошо изученных звездах.

“Чтобы измерить, насколько хорошо работает Хеопс, нам сначала нужно было наблюдать звезды, свойства которых хорошо известны, звезды, которые хорошо себя ведут – отобранные вручную, чтобы быть очень стабильными, без признаков активности”, – говорит Кейт Исаак, исследователь проекта Хеопса в ЕКА.

Этот подход позволил командам в ЕКА, консорциуме миссии и Airbus Spain – главном подрядчике – убедиться, что спутник настолько точен и стабилен, насколько это необходимо для достижения его амбициозных целей.

“Направление чрезвычайно стабильно: это означает, что в то время как телескоп наблюдает звезду в течение нескольких часов, пока космический корабль движется вдоль своей орбиты, изображение звезды всегда остается в пределах одной и той же группы пикселей в детекторе”, – объясняет Карлос Коррал ван Дамм, Главный инженер системы ESA для Хеопса.

“Такая высокая стабильность является сочетанием превосходной производительности оборудования и специально разработанных алгоритмов наведения и будет особенно важна для достижения научных целей миссии. Термостойкость телескопа и детектора также оказалась даже лучше, чем требовалось”, – добавляет Карлос.

Период ввода в эксплуатацию показал, что Хеопс достигает необходимой фотометрической точности и, что важно, он также показал, что команда наземного контроля может управлять спутником по мере необходимости для проведения научных наблюдений.

“Мы были в восторге, когда поняли, что все системы работают, как ожидалось, или даже лучше, чем ожидалось”, – говорит ученый по инструментарию Хеопса Андреа Фортье, который возглавлял группу по созданию консорциума для Университета Берна, Швейцария.

Время экзопланет

В течение последних двух недель ввода в эксплуатацию на орбите Хеопс наблюдал две звезды, принимающие экзопланету, когда планеты “проходили” перед их главной звездой и блокировали часть звездного света. Наблюдение за транзитами известных экзопланет – вот для чего была создана миссия – измерять размеры планет с беспрецедентной точностью и определять их плотности, комбинируя их с независимыми измерениями массы.

Одной из целей была HD 93396, субгигантская желтая звезда, расположенная на расстоянии 320 световых лет, немного холоднее и в три раза больше нашего Солнца. В центре наблюдений находился KELT-11b, пухлая газообразная планета, размер которой примерно на 30% больше, чем у Юпитера, на орбите, которая намного ближе к звезде, чем Меркурий к Солнцу.

Кривая блеска этой звезды показывает явное падение, вызванное восьмичасовым транзитом KELT-11b. На основании этих данных ученые очень точно определили диаметр планеты: 181 600 км – с неопределенностью чуть менее 4300 км.

Измерения, сделанные Хеопсом, в пять раз более точны, чем измерения с Земли, объясняет Вилли Бенц, главный исследователь консорциума миссии Хеопса и профессор астрофизики в университете Берна. “Это дает нам предвкушение того, чего мы можем достичь с Хеопсом в ближайшие месяцы и годы”, – говорит он.

25 марта был проведен официальный обзор характеристик спутника и операций наземного сегмента, и Хеопс передал их в полете. После этого ЕКА передала ответственность за управление миссией консорциуму во главе с Вилли Бенцем.

К счастью, на пусконаладочные работы не сильно повлияла последующая чрезвычайная ситуация, вызванная пандемией коронавируса, что привело к мерам социального дистанцирования и ограничениям на передвижение по всей Европе в целях предотвращения распространения вируса.

“Наземный сегмент с самого начала работал очень слаженно, что позволило нам полностью автоматизировать большинство операций по управлению спутником и передаче данных уже в первые несколько недель после запуска”, – объясняет Карлос. – “К моменту возникновения кризиса в марте, когда появились новые правила и положения, автоматизированные системы означали, что воздействие на миссию будет минимальным”.

Хеопс в настоящее время переходит к рутинным научным операциям, которые, как ожидается, начнутся до конца апреля. Ученые начали наблюдать некоторые из ранних научных целей – набор звезд и планетных систем, выбранных для демонстрации примеров того, чего может достичь миссия: к ним относится горячая супер-земная планета, известная как 55 Cancri e, которая покрыта океаном лавы, а также в теплом Нептуне GJ 436b, который теряет свою атмосферу из-за бликов от принимающей звезды. Еще одна звезда в списке предстоящих наблюдений Хеопса – белый карлик, первая цель из Программы наблюдателей гостя ЕКА, которая предоставляет ученым из консорциума миссии возможность использовать миссию и использовать ее наблюдательные возможности.

Подробнее о Хеопсе

Хеопс – это миссия ЕКА, разработанная в партнерстве со Швейцарией, со специальным консорциумом во главе с Университетом Берна и с важным вкладом Австрии, Бельгии, Франции, Германии, Венгрии, Италии, Португалии, Испании, Швеции и Великобритании.