EXCITE (EXoplanet Climate Infrared Telescope) висит на потолке в Columbia Scientific Balloon Facility в Форт-Самнере, Нью-Мексико. Команда миссии практиковалась в проведении наблюдений перед полетом, глядя ночью в двери ангара. Автор: NASA/Jeanette Kazmierczak
Ученые и инженеры готовы запустить инфракрасную миссию под названием EXCITE (EXoplanet Climate Infrared Telescope) на границу космоса.
EXCITE предназначен для изучения атмосфер вокруг экзопланет или миров за пределами нашей солнечной системы во время длительных циркумполярных научных полетов на воздушных шарах. Но сначала он должен совершить испытательный полет во время научной кампании NASA по воздухоплаванию осенью 2024 года из Форт-Самнера, Нью-Мексико.
«EXCITE может дать нам трехмерную картину атмосферы и температуры планеты, собирая данные за все время обращения планеты вокруг своей звезды», — сказал Питер Наглер, главный исследователь миссии в Центре космических полетов имени Годдарда НАСА в Гринбелте, штат Мэриленд.
«Ранее было проведено лишь несколько подобных измерений. Для них требуется очень стабильный телескоп, способный отслеживать планету в течение нескольких дней подряд».
EXCITE будет изучать горячие юпитеры, гигантские газовые экзопланеты, которые совершают один оборот по орбите каждые один-два дня и имеют температуру в тысячи градусов. Миры приливно заблокированы, что означает, что одна и та же сторона всегда обращена к звезде.
Телескоп будет наблюдать за тем, как тепло распределяется по планете: от раскаленного полушария, обращенного к звезде, до относительно более холодной ночной стороны.
Он также определит, как молекулы в атмосфере мира поглощают и излучают свет по всей орбите, процесс, называемый фазово-разрешенной спектроскопией. Эти данные могут не только выявить наличие соединений, таких как вода, метан, углекислый газ и другие, но и то, как они циркулируют в глобальном масштабе, когда планета вращается вокруг своей звезды.
Космические телескопы НАСА «Хаббл», «Джеймс Уэбб» и вышедший на пенсию «Спитцер» собрали несколько таких измерений.
Например, в 2014 году Хаббл и Спитцер наблюдали экзопланету под названием WASP-43 b. Чтобы собрать данные за 22-часовые сутки в мире, ученым потребовалось 60 часов времени Хаббла и 46 часов Спитцера. Такие ресурсоемкие исследования на космических обсерваториях сложны. Время — ограниченный ресурс, и исследования должны конкурировать с сотнями других запросов на это время.
«Во время своего первого научного полета EXCITE планирует провести в воздухе более дюжины дней с площадки Колумбийского научного аэростата в Антарктиде», — сказал Кайл Хелсон, член команды EXCITE и научный сотрудник из Университета Мэриленда, округа Балтимор и NASA Goddard.
«А на полюсе звезды, которые мы будем изучать, не заходят, поэтому наши наблюдения не будут прерваны. Мы надеемся, что миссия фактически удвоит количество спектров с фазовым разрешением, доступных научному сообществу».
EXCITE поднимется на высоту около 132 000 футов (40 километров) на научном воздушном шаре, наполненном гелием. Это поднимет его выше 99,5% атмосферы Земли. На этой высоте телескоп сможет наблюдать несколько инфракрасных длин волн с небольшими помехами.
«Телескоп собирает инфракрасный свет и направляет его в спектрометр, где он проходит через небольшую полосу препятствий», — сказал Ли Бернард, член команды EXCITE и научный сотрудник Университета штата Аризона в Темпе.
«Он отражается от зеркал и проходит через призму, прежде чем достичь детектора. Все должно быть выровнено очень точно — всего несколько миллиметров от центра, и свет не попадет».
Спектрометр находится внутри сосуда, называемого криостатом, расположенного позади телескопа. Криостат охлаждает детектор спектрометра — когда-то летный кандидат от Webb'sNIRSpec (Near InfraRed Spectrograph) — примерно до 350 градусов ниже нуля по Фаренгейту (минус 210 градусов по Цельсию), чтобы он мог измерять мельчайшие изменения интенсивности в инфракрасном свете.
Вся сборка телескопа и криостата покоится на основании в форме гребной лодки, где она может вращаться по трем осям, сохраняя стабильное наведение вплоть до 50 угловых миллисекунд. Это как удерживать пристальный взгляд на американской монете в четверть дюйма с расстояния 65 миль.
«Несколько различных учреждений внесли свой вклад в подсистемы EXCITE», — сказал Тим Рем, член команды EXCITE и аспирант-исследователь в Университете Брауна в Провиденсе, штат Род-Айленд. «Здорово видеть, как они все собрались и работают вместе. Мы рады провести этот испытательный полет и с нетерпением ждем всех будущих научных полетов, которые, как мы надеемся, будут».
Прибор EXCITE был изначально создан NASA Goddard, Brown, Университетом штата Аризона и StarSpec Technologies в Онтарио при дополнительной поддержке со стороны коллег из США, Канады, Италии и Великобритании.
Научные воздушные шары НАСА обеспечивают частый и недорогой доступ к ближнему космосу для проведения научных исследований и совершенствования технологий в таких областях, как астрофизика, гелиофизика и атмосферные исследования, а также для подготовки следующего поколения лидеров в области инженерии и науки.
Информация от: Центром космических полетов имени Годдарда НАСА
