Нам предстоит узнать гораздо больше об экзопланетах. ЕКА только что одобрило строительство своей миссии «Ариэль», которая даст нам первое крупное исследование атмосфер экзопланет. Космический телескоп поможет нам ответить на фундаментальные вопросы о том, как формируются и развиваются планеты.
JWST доказал ценность инфракрасных телескопов, которые могут исследовать атмосферы экзопланет. Он попал в заголовки газет, когда обнаружил углекислый газ и активную химию в атмосфере одной экзопланеты. Теперь ЕКА одобрило строительство своего космического телескопа «Ариэль», который полностью сфокусирован на атмосферах экзопланет.
Определение характеристик атмосфер экзопланет — лишь одна из научных целей JWST. Но Ариэль полностью сосредоточится на них. Хотя он будет намного меньше, чем JWST, он будет уделять гораздо больше времени атмосфере экзопланет. Используя транзитный метод, Ariel (большое исследование экзопланет с дистанционным зондированием атмосферы в инфракрасном диапазоне) будет наблюдать как минимум 1000 известных экзопланет и их атмосфер.
Еще в мае научная полезная нагрузка «Ариэля» получила одобрение. Полезная нагрузка — криогенный инфракрасный телескоп, на котором установлены два прибора: инфракрасный спектрометр среднего разрешения Ariel (AIRS) и система точного наведения (FGS).
Утверждение полезной нагрузки было лишь частью тщательного 19-месячного этапа проектирования. Имея предварительный проект, конструкция космического корабля была настолько усовершенствована, что теперь можно построить инженерную и квалификационную модели космического телескопа. Эта задача возложена на Airbus Defence and Space Toulouse, генерального подрядчика Ariel.
«Мы рады, что достигли важной вехи в проектировании космических кораблей, заложив прочную основу для продолжения детальной разработки всех подсистем и этапа производства», — говорит Жан-Кристоф Сальвиноль, руководитель проекта Ariel. «Перспектива увидеть оборудование действительно захватывающая! Я с особым энтузиазмом отношусь к изготовлению и сборке структурной модели, поскольку ее структура будет очень похожа на конечный продукт, готовый к полету».
После того, как Airbus создаст инженерные и квалификационные модели, они будут подвергнуты экстремальным испытаниям, чтобы увидеть, как они выдержат условия запуска. Эти испытания также проверят, что подсистемы спутника работают правильно и что все совместимо с ракетой-носителем и наземными системами.
«Скоро мы сможем увидеть и протестировать структурную модель Ариэля, что всегда является особенным моментом для любого ученого, работающего над космической миссией».
Тереза Люфтингер, научный сотрудник проекта Ариэль.
Параллельно с проектированием и испытаниями ученые составляют список потенциальных целей для «Ариэля». Цель состоит в том, чтобы построить исследование однородных результатов среди широкого населения экзопланеты. Результаты будут отличаться широким охватом длин волн как в инфракрасном, так и в видимом свете, а также высоким соотношением сигнал/шум.
Ариэль будет работать с тремя уровнями мишеней. На уровне 1 будет около 1000 целей. Эти первоначальные 1000 создадут большую выборку, содержащую основные характеристики атмосфер (наличие облаков, цветовые диаграммы и т. д.) планет. Уровень 2 будет включать около половины целей уровня 1. Уровень 2 будет представлять собой более длительные наблюдения за каждой целью, которые дадут более детальное представление об атмосфере каждой экзопланеты. Наконец, идет уровень 3. На уровне 3 несколько раз будут изучаться лучшие объекты для определения характеристик атмосферы в поисках временных изменений в химическом составе или облачном покрове. В зависимости от того, как все пойдет, может быть даже уровень 4, который еще больше улучшит ситуацию.
В 2022 году исследователи опубликовали статью, в которой представили эталонный образец миссии Ариэля. Он произошел от известных в настоящее время экзопланет и от планет-кандидатов Тесс. На изображении ниже показано, как цели расположены по небу.
Справочный образец миссии также показывает размеры планет и их температуру.
Среди целей — хорошо известные планеты TRAPPIST-1. Другие цели включают суперземли, такие как TOI-776b, и планеты типа Нептуна, такие как TOI-270c. Список целей со временем станет более ясным, как и дизайн Ариэль.
Далее Airbus построит и испытает инженерные и квалификационные модели. После этого следует критический анализ проекта. На этом этапе будет построена фактическая модель полета, которая отправится к точке L2 Солнце-Земля.
«Приятно видеть, что важный обзор конструкции космического корабля прошел успешно. Пройдя этот рубеж, мы сможем продолжить реализацию этой захватывающей миссии, которая произведет революцию в наших знаниях о том, как формируются и развиваются планеты вокруг других звезд и из чего состоят их атмосферы», — добавляет Тереза Люфтингер, научный сотрудник проекта Ариэль. «Особенно интересно «появление» оборудования: скоро мы сможем увидеть и протестировать структурную модель Ариэля, что всегда является особенным моментом для любого ученого, работающего над космической миссией».
Каждая космическая миссия сложна, и графики могут меняться. В нынешнем виде запуск «Ариэля» запланирован на 2029 год. Продолжительность его миссии запланирована на четыре года, но зачастую эти оценки являются консервативными минимумами. Как бы долго это ни длилось, его вклад в науку будет своевременным и огромным.
