Muito antes de ser implantado em órbita baixa da Terra a partir da Estação Espacial Internacional em novembro de 2017, a minúscula espaçonave ASTERIA tinha um grande objetivo:provar que um satélite do tamanho aproximado de uma maleta poderia realizar algumas das tarefas complexas que os observatórios espaciais muito maiores usam para estudar exoplanetas, ou planetas fora do nosso sistema solar. Um novo artigo será publicado em breve no Astronomical Journal descreve como ASTERIA (abreviação de Arcsecond Space Telescope Enabling Research in Astrophysics) não apenas demonstrou que podia realizar essas tarefas, mas foi além, detectar o exoplaneta conhecido 55 Cancri e.

Muito quente e com cerca de duas vezes o tamanho da Terra, 55 Cancri e orbita extremamente perto de sua estrela-mãe parecida com o Sol. Os cientistas já sabiam a localização do planeta; procurá-lo era uma forma de testar as capacidades do ASTERIA. A minúscula espaçonave não foi inicialmente projetada para fazer ciência; em vez, como uma demonstração de tecnologia, o objetivo da missão era desenvolver novas capacidades para missões futuras. O salto tecnológico da equipe foi construir uma pequena espaçonave que pudesse conduzir um controle preciso de apontamento - essencialmente a capacidade de permanecer focado em um objeto por longos períodos.

Baseado no Laboratório de Propulsão a Jato da NASA no Sul da Califórnia e no Instituto de Tecnologia de Massachusetts, a equipe da missão projetou novos instrumentos e hardware, ultrapassando as barreiras tecnológicas existentes para criar sua carga útil. Em seguida, eles tiveram que testar seu protótipo no espaço. Embora sua missão principal fosse de apenas 90 dias, ASTERIA recebeu três extensões de missão antes que a equipe perdesse contato com ela em dezembro passado.

O CubeSat usou o controle de apontamento fino para detectar 55 Cancri e por meio do método de trânsito, em que os cientistas procuram por quedas no brilho de uma estrela causadas por um planeta que passa. Ao fazer detecções de exoplanetas desta forma, os próprios movimentos ou vibrações de uma espaçonave podem produzir oscilações nos dados que podem ser mal interpretados como mudanças no brilho da estrela. A espaçonave precisa ficar estável e manter a estrela centralizada em seu campo de visão. Isso permite aos cientistas medir com precisão o brilho da estrela e identificar as pequenas mudanças que indicam que o planeta passou na frente dela, bloqueando parte de sua luz.

ASTERIA segue os passos de um pequeno satélite pilotado pela Agência Espacial Canadense, denominado MOST (Microvariabilidade e Oscilações das Estrelas), que em 2011 realizou a primeira detecção de trânsito de 55 Cancri e. A MOST tinha cerca de seis vezes o volume da ASTERIA - ainda incrivelmente pequena para um satélite de astrofísica. Equipado com um telescópio de 5,9 polegadas (15 centímetros), A MOST também foi capaz de coletar seis vezes mais luz do que ASTERIA, que carregava um telescópio de 6 centímetros. Porque 55 Cancri e bloqueia apenas 0,04% da luz de sua estrela hospedeira, foi um alvo especialmente desafiador para a ASTERIA.

"Detectar este exoplaneta é emocionante, porque mostra como essas novas tecnologias se unem em uma aplicação real, "disse Vanessa Bailey, o principal investigador da equipe científica de exoplanetas da ASTERIA no JPL. "O fato de ASTERIA durar mais de 20 meses além de sua missão principal, dando-nos um valioso tempo extra para fazer ciência, destaca a excelente engenharia que foi feita no JPL e no MIT. "

Big Feat

A missão fez o que é conhecido como detecção marginal, o que significa que os dados do trânsito não, sozinho, convenceram os cientistas de que o planeta existia. (Sinais fracos que se parecem com o trânsito de um planeta podem ser causados ​​por outros fenômenos, portanto, os cientistas têm um alto padrão para declarar a detecção de um planeta.) Mas, ao comparar os dados do CubeSat com observações anteriores do planeta, a equipe confirmou que eles estavam realmente vendo 55 Cancri e. Como uma demonstração de tecnologia, ASTERIA também não passou pelos preparativos típicos de pré-lançamento para uma missão científica, o que significa que a equipe teve que fazer um trabalho adicional para garantir a precisão de sua detecção.

"Fomos atrás de um alvo difícil com um pequeno telescópio que nem mesmo estava otimizado para fazer detecções científicas - e conseguimos, mesmo que apenas um pouco, "disse Mary Knapp, o cientista do projeto ASTERIA no Observatório do Palheiro do MIT e autor principal do estudo. "Acho que este artigo valida o conceito que motivou a missão ASTERIA:que a pequena espaçonave pode contribuir com algo para a astrofísica e a astronomia."

Embora fosse impossível agrupar todas as capacidades de uma nave espacial de caça a exoplanetas maior, como o Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS) da NASA, em um CubeSat, a equipe da ASTERIA prevê que esses pequenos pacotes desempenhem um papel de apoio para eles. Pequenos satélites, com menos demandas de tempo, poderia ser usado para monitorar uma estrela por longos períodos na esperança de detectar um planeta desconhecido. Ou, depois que um grande observatório descobre um planeta que transita por sua estrela, um pequeno satélite pode observar os trânsitos subsequentes, liberar o telescópio maior para fazer o trabalho os satélites menores não podem.

Astrofísica Sara Seager, investigador principal da ASTERIA no MIT, recebeu recentemente uma bolsa da NASA Astrophysics Science SmallSat Studies para desenvolver um conceito de missão para uma continuação da ASTERIA. A proposta descreve uma constelação de seis satélites com cerca de duas vezes o tamanho da ASTERIA que iria procurar exoplanetas semelhantes em tamanho ao da Terra em torno de estrelas semelhantes ao Sol nas proximidades.

Pensando pequeno

Para construir o menor satélite de caça a planetas da história, o ASTERIA não estava simplesmente encolhendo o hardware usado em espaçonaves maiores. Em muitos casos, eles tiveram que adotar uma abordagem mais inovadora. Por exemplo, o satélite MOST usou uma câmera com um detector de dispositivo acoplado de carga (CCD), o que é comum para satélites espaciais; ASTERIA, por outro lado, foi equipado com um detector de semicondutor de óxido de metal complementar (CMOS) - uma tecnologia bem estabelecida normalmente usada para fazer medições precisas de brilho em luz infravermelha, luz não visível. Baseado em CMOS da ASTERIA, a câmera de luz visível oferece várias vantagens em relação a um CCD. Um grande problema:ajudou a manter o ASTERIA pequeno porque operava em temperatura ambiente, eliminando a necessidade de um grande sistema de resfriamento que um CCD de operação a frio exigiria.

"Esta missão tem sido principalmente sobre o aprendizado, "disse Akshata Krishnamurthy, co-investigador e co-líder de análise de dados científicos para ASTERIA no JPL. "Descobrimos tantas coisas que futuros pequenos satélites serão capazes de fazer melhor porque demonstramos a tecnologia e os recursos primeiro. Acho que abrimos portas."