Небольшой прямоугольник сверху в центре — это и есть миниатюрный космический телескоп сразу после запуска с МКС.
Спутник размером с рюкзак успешно обнаружил внесолнечный мир, потенциально прокладывая путь для будущей сети крошечных недорогих космических аппаратов для охоты за экзопланетами. Кубсат Arcsecond Space Telescope Enabling Research in Astrophysics (ASTERIA), выведенный на орбиту вокруг Земли с Международной космической станции в ноябре 2017 года, стал самым маленьким космическим зондом, обнаружившим экзопланету.
Кубсаты — это миниатюрные спутники определенных габаритов, что позволяет их массово запускать с помощью одного ракета-носителя. В редких случаях особо ценные зонды доставляют грузовыми кораблями на МКС, и уже оттуда они стартуют на свою орбиту, тратя на разгон минимум топлива. ASTERIA представляет собой кубсат формата 6U размерами 10х20х30 см и массой всего 12 кг — вы легко можете унести его в своем рюкзаке. Изначально этот малыш, питающийся от солнечных батарей, должен был проработать 90 дней, однако на деле он послужил науке более 2 лет, и лишь в конце апреля этого года из-за отсутствия на борту топлива сгорел в плотных слоях атмосферы.
Основная цель этого телескопа — обнаружение экзопланет транзитным методом. Все дело в том, что напрямую обнаружить экзопланеты даже самыми мощными телескопами на Земле практически невозможно, они слишком малы и далеки. Поэтому приходится идти на хитрость: так, если экзопланета пересекает прямую между наблюдателем и своей звездой, то она слегка снижает яркость последней, блокируя часть идущего от нее света. Уловить такие колебания яркости уже проще, и если они повторяются через одинаковые промежутки времени, то можно предположить, что они вызваны не случайными факторами типа пятен на диске звезды, а именно экзопланетой.
ASTERIA несла неплохой набор оборудования для своих габаритов: 85-миллиметровый объектив Zeiss f/1.4 с полем зрения 28.6 градусов, фокусирующим изображение диаметром 43 мм на КМОП-детектор. И с помощью него исследователи смогли обнаружить экзопланету 55 Рака e, о чем сообщают в новой работе.
Схема и тестирование ASTERIA перед отправкой на МКС.
Однако нужно понимать, что кубсат именно обнаружил, а не открыл этот внесолнечный мир. 55 Рака e, очень горячая планета, примерно в два раза крупнее Земли и находящаяся в 40 световых годах от нашей Солнечной системы, была открыта еще в 2004 году. Эта экзопланета, в 8 раз большая нашей по массе, была названа Янссен, и она идеально подходит для обнаружения транзитным методом, так как год на ней длится всего 2.8 дня.
Действительно, члены команды ASTERIA использовали Янссен как на способ проверить возможности своего космического аппарата, проведя демонстрацию технологии, призванной показать, что малые спутники могут внести значительный вклад в исследования экзопланет. Одной из основных технологий, продемонстрированных ASTERIA, было точное наведение, необходимое для любого космического корабля, который изучает инопланетные миры.
Принцип обнаружения экзоппланеты транзитным методом.
Нужно, чтобы свет от наблюдаемой звезды всегда попадал на матрицу, причем желательно в ее центральную часть, чтобы избежать искажений от линз, и такое четкое выравнивание — проблема для небольших кубсатов, на которых в космосе ощутимо влияет вообще все, даже пролетающая относительно близко МКС. И в итоге команде ASTERIA это удалось: миниатюрный 6-сантиметровый телескоп обнаружил крошечное, но отчетливо повторяющееся падение яркости звезды 55 Рака, то есть зонд повторно «открыл» экзопланету Янссен.
И «крошечное» — это единственное правильное слово здесь: планета 55 Рака e блокирует всего 0,04% света родной звезды, когда она двигается по ее диску. Наблюдения ASTERIA позволили ученым сделать так называемое «предельное обнаружение» Янссена, то есть одних только данных с кубсата было бы недостаточно, чтобы подтвердить существование планеты, если бы она не была известна ранее. Но команда подтвердила, что они действительно заметили сигнал 55 Рака e, то есть это не ошибка приборов.
«Мы преследовали четко заданную цель с помощью небольшого телескопа, и мы добились желаемого результата, пусть и не идеально», — сказала Мэри Кнапп, специалист по проекту ASTERIA в Обсерватории Хейстек в Массачусетском технологическом институте. Кнапп также является ведущим автором нового исследования, в котором сообщается о результатах «открытия» 55 Рака e, изучить которое можно на arXiv.org. «Я думаю, что эта статья подтверждает концепцию, которая мотивировала миссию ASTERIA: небольшие космические аппараты могут внести весомый вклад в астрофизику и астрономию», — сказала она.
Художественное изображение планеты Янссен.
«Эта миссия в основном была связана с изучением возможностей», — сказал Акшата Кришнамурти, со-исследователь и со-руководитель отдела анализа научных данных ASTERIA в JPL. «Своей демонстрацией мы обнаружили много вещей, которые в будущем отлично смогут делать небольшие спутники».
И это только начало — удача этого кубсата позволила главному исследователю миссии ASTERIA Саре Сигер, астрофизику из Массачусетского технологического института, получить грант НАСА на разработку концепции следующей миссии. «Концепция описывает созвездие из шести спутников примерно в два раза больше ASTERIA, которые будут искать экзопланеты, схожие по размерам с Землей, вокруг ближайших солнцеподобных звезд», — говорит Сара. По ее словам, такое созвездие, работая скоординированно, позволит добиться отличных результатов за сравнительно небольшие деньги.
