A NASA irá contribuir com um instrumento para uma missão espacial europeia que irá explorar a atmosfera de centenas de planetas orbitando estrelas além do nosso Sol, ou exoplanetas, pela primeira vez.

O instrumento, chamada de Contribuição para a Espectroscopia de Exoplanetas ARIEL, ou CASE, adiciona capacidades científicas ao grande levantamento atmosférico do exoplaneta infravermelho de sensoriamento remoto da ESA (Agência Espacial Européia), ou ARIEL, missão.

Espera-se que a espaçonave ARIEL com CASE a bordo seja lançada em 2028. O CASE será gerenciado pelo Laboratório de Propulsão a Jato da NASA em Pasadena, Califórnia, com o astrofísico do JPL Mark Swain como investigador principal.

"Estou emocionado com a parceria da NASA com a ESA nesta missão histórica de ampliar nossa compreensão do que são feitas as atmosferas dos exoplanetas, e como esses planetas se formam e evoluem, "disse Thomas Zurbuchen, administrador associado do Science Mission Directorate da NASA em Washington. "Quanto mais informações temos sobre exoplanetas, quanto mais perto chegamos de compreender as origens do nosso sistema solar, e avançando em nossa busca por planetas semelhantes à Terra em outros lugares. "

Até aqui, cientistas descobriram mais de 4, 000 exoplanetas confirmados na Via Láctea. O telescópio espacial Kepler aposentado da NASA e o Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS) são dois observatórios que contribuíram para essa contagem. Esses telescópios descobriram planetas observando o brilho da luz de uma estrela diminuindo à medida que um planeta cruza sua face, um evento denominado "trânsito". ARIEL, maleta, levará a caça de planetas por meio de trânsitos um passo adiante, investigando mais profundamente os planetas já conhecidos.

ARIEL será capaz de ver as impressões digitais químicas, ou "espectros, "da atmosfera de um planeta à luz de sua estrela. Para fazer isso, a espaçonave observará a luz das estrelas fluindo através da atmosfera dos planetas conforme eles passam na frente de suas estrelas, bem como a luz emitida pela atmosfera dos planetas imediatamente antes e depois de desaparecerem atrás de suas estrelas. Essas impressões digitais permitirão aos cientistas estudar as composições, temperaturas, e processos químicos nas atmosferas dos planetas que ARIEL observa.

Essas impressões digitais químicas de atmosferas de exoplanetas são extremamente tênues. Identificá-los é um grande desafio para os astrônomos, e requer um telescópio para observar estrelas individualmente por um longo tempo. Mas muitos observatórios espaciais são polivalentes, e devem dividir seu tempo entre diferentes tipos de investigações científicas. ARIEL será a primeira espaçonave totalmente dedicada a observar centenas de atmosferas de exoplanetas, procurando identificar seus conteúdos, temperaturas e processos químicos. A adição de CASE, que observará nuvens e neblinas, fornecerá uma imagem mais abrangente das atmosferas de exoplanetas que ARIEL observa.

Até aqui, telescópios só foram capazes de sondar cuidadosamente a atmosfera de um punhado de exoplanetas para determinar sua química. ARIEL é muito maior, amostra mais diversa permitirá que os cientistas vejam esses mundos não apenas como objetos exóticos individuais, mas como população, e descobrir novas tendências em suas semelhanças e diferenças.

O instrumento CASE será sensível à luz em comprimentos de onda do infravermelho próximo, que é invisível aos olhos humanos, bem como a luz visível. Isso complementa o outro instrumento da ARIEL, chamado de espectrômetro infravermelho, que opera em comprimentos de onda mais longos. CASE vai olhar especificamente para nuvens e neblinas de exoplanetas, determinando o quão comuns eles são, e também como eles influenciam as composições e outras propriedades das atmosferas planetárias. O CASE também permitirá medições do albedo de cada planeta, a quantidade de luz que o planeta reflete.

A espaçonave se concentrará em planetas excepcionalmente quentes em nossa galáxia, com temperaturas superiores a 600 graus Fahrenheit (320 graus Celsius). Esses planetas são mais propensos a transitar por sua estrela do que planetas orbitando mais longe, e seus períodos orbitais curtos fornecem mais oportunidades de observar trânsitos em um determinado período de tempo. Mais trânsitos fornecem aos astrônomos mais dados, permitindo-lhes revelar a impressão digital química fraca da atmosfera de um planeta.

A população do planeta quente de ARIEL incluirá gigantes gasosos como Júpiter, bem como planetas gasosos menores chamados mini-Neptunes e mundos rochosos maiores que o nosso planeta chamados super-Terras. Embora esses planetas sejam muito quentes para hospedar a vida como a conhecemos, eles nos dirão muito sobre como os planetas e sistemas planetários se formam e evoluem. Além disso, as técnicas e percepções aprendidas no estudo de exoplanetas com ARIEL e CASE serão úteis quando os cientistas usarem futuros telescópios para olhar para menores, mais frio, mundos mais rochosos com condições que se assemelham mais às da Terra.

O instrumento CASE consiste em dois detectores e componentes eletrônicos associados que contribuem para o sistema de orientação da ARIEL. O CASE tira proveito dos mesmos detectores e eletrônicos que a NASA está contribuindo para a missão Euclides da ESA, que irá sondar questões profundas sobre a estrutura do universo e seus dois maiores componentes misteriosos:matéria escura e energia escura.

A espaçonave ARIEL com CASE a bordo estará na mesma órbita do Telescópio Espacial James Webb da NASA, com lançamento previsto para 2021. Ambos viajarão cerca de 1 milhão de milhas (1,5 milhão de quilômetros) da Terra até um ponto especial de estabilidade gravitacional chamado Ponto de Lagrange 2. Este local permite que a espaçonave circule o Sol junto com a Terra, enquanto usa pouco combustível para manter sua órbita.

Embora Webb também seja capaz de estudar atmosferas de exoplanetas, e seus instrumentos cobrem uma gama semelhante de luz como ARIEL, Webb terá como alvo uma amostra menor de exoplanetas para estudar mais detalhadamente. Porque o tempo de Webb será dividido, compartilhado com investigações sobre outros aspectos do universo, ele fornecerá conhecimento detalhado sobre exoplanetas específicos, em vez de inspecionar centenas. ARIEL será lançado vários anos após Webb, portanto, será capaz de capitalizar as lições aprendidas com Webb em termos de planejamento de observações e seleção de planetas para estudar.

"Este é um momento empolgante para a ciência dos exoplanetas, enquanto olhamos para a próxima geração de telescópios e instrumentos espaciais, "disse Paul Hertz, diretor da divisão de astrofísica na sede da NASA, Washington. "O CASE se soma a um conjunto excepcional de tecnologias que nos ajudarão a entender melhor nosso lugar na galáxia."

CASE é uma missão de oportunidade para exploradores de astrofísica, gerido pelo JPL. O Programa de Exploradores de Astrofísica é administrado pelo Goddard Space Flight Center da NASA em Greenbelt, Maryland, para a Diretoria de Missão Científica na sede da NASA em Washington, DC.