Na busca por planetas habitáveis ​​além do nosso, A NASA está estudando um conceito de missão chamado Pandora, o que poderia eventualmente ajudar a decodificar os mistérios atmosféricos de mundos distantes em nossa galáxia. Uma das quatro missões astrofísicas de baixo custo selecionadas para o desenvolvimento de conceitos no novo programa Pioneers da NASA, Pandora estudaria aproximadamente 20 estrelas e exoplanetas - planetas fora do nosso sistema solar - para fornecer medições precisas de atmosferas exoplanetárias.

Esta missão buscaria determinar as composições atmosféricas observando planetas e suas estrelas hospedeiras simultaneamente em luz visível e infravermelha por longos períodos. Mais notavelmente, Pandora examinaria como as variações na luz de uma estrela hospedeira afetam as medições dos exoplanetas. Este continua sendo um problema substancial na identificação da composição atmosférica de planetas orbitando estrelas cobertas por manchas estelares, o que pode causar variações de brilho à medida que uma estrela gira.

Pandora é uma pequena missão de satélite conhecida como SmallSat, uma das três missões orbitais recebendo luz verde da NASA para avançar para a próxima fase de desenvolvimento do programa Pioneers. SmallSats são missões de voos espaciais de baixo custo que permitem à agência avançar na exploração científica e aumentar o acesso ao espaço. Pandora operaria na órbita baixa da Terra sincronizada com o Sol, que sempre mantém o Sol diretamente atrás do satélite. Esta órbita minimiza as mudanças de luz no satélite e permite ao Pandora obter dados por longos períodos. Dos conceitos SmallSat selecionados para estudo posterior, Pandora é a única focada em exoplanetas.

"A ciência exoplanetária está passando de uma era de descoberta de planetas para uma era de caracterização atmosférica, "disse Elisa Quintana, um astrofísico do Goddard Space Flight Center da NASA em Greenbelt, Maryland, e o investigador principal de Pandora. "Pandora está focada em tentar entender como a atividade estelar afeta nossas medições da atmosfera de exoplanetas, que estabelecerá as bases para futuras missões de exoplanetas com o objetivo de encontrar planetas com atmosferas semelhantes às da Terra. "

Maximizando o potencial científico

Pandora concentra-se no estudo de atmosferas exoplanetárias e estelares, pesquisando planetas à medida que eles cruzam na frente - ou transitam - de suas estrelas hospedeiras. Para conseguir isso, Pandora tiraria proveito de uma técnica comprovada chamada espectroscopia de trânsito, que envolve medir a quantidade de luz estelar filtrada pela atmosfera de um planeta, e dividi-lo em faixas de cores conhecidas como espectro. Essas cores codificam informações que ajudam os cientistas a identificar os gases presentes na atmosfera do planeta, e pode ajudar a determinar se um planeta é rochoso com uma atmosfera fina como a da Terra ou se tem um envelope de gás espesso como Netuno.

Esta missão, Contudo, levaria a espectroscopia de trânsito um passo adiante. Pandora foi projetado para mitigar um dos contratempos mais cruciais da técnica:a contaminação estelar. "As estrelas têm atmosferas e características de superfície mutáveis, como pontos que afetam nossas medições, "disse Jessie Christiansen, o vice-líder científico do Arquivo de Exoplanetas da NASA em Caltech em Pasadena, Califórnia, e um co-investigador de Pandora. "Para ter certeza de que estamos realmente observando a atmosfera de um exoplaneta, precisamos desvendar as variações do planeta daquelas da estrela. "

Pandora separaria os sinais estelares dos exoplanetários observando-os simultaneamente na luz infravermelha e visível. A contaminação estelar é mais fácil de detectar nos comprimentos de onda mais curtos da luz visível, e, portanto, a obtenção de dados atmosféricos através da luz infravermelha e visível permitiria aos cientistas diferenciar melhor as observações provenientes de atmosferas e estrelas de exoplanetas.

"A contaminação estelar é um obstáculo que complica as observações precisas de exoplanetas, "disse Benjamin Rackham, a 51 Pegasi b Pós-doutorado no Massachusetts Institute of Technology em Cambridge e um co-investigador do Pandora. "Pandora ajudaria a construir as ferramentas necessárias para desemaranhar os sinais estelares e planetários, permitindo-nos estudar melhor as propriedades das manchas estelares e das atmosferas exoplanetárias. "

Sinergia no espaço

Unindo forças com as missões maiores da NASA, Pandora operaria simultaneamente com o Telescópio Espacial James Webb, programado para lançamento ainda este ano. Webb fornecerá a capacidade de estudar a atmosfera de exoplanetas tão pequenos quanto a Terra com uma precisão sem precedentes, e Pandora procuraria expandir as pesquisas e descobertas do telescópio observando as estrelas hospedeiras de planetas previamente identificados por períodos mais longos.

Missões como o Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS) da NASA, Telescópio espacial Hubble, e as espaçonaves Kepler e Spitzer aposentadas deram aos cientistas vislumbres surpreendentes desses mundos distantes, e estabeleceu uma base sólida no conhecimento exoplanetário. Essas missões, Contudo, ainda precisam resolver totalmente o problema de contaminação estelar, cuja magnitude é incerta em estudos anteriores de atmosferas exoplanetárias. Pandora busca preencher essas lacunas críticas na compreensão da NASA sobre as atmosferas planetárias e aumentar as capacidades de pesquisa de exoplanetas.

"Pandora é a missão certa na hora certa porque milhares de exoplanetas já foram descobertos, e estamos cientes de muitos que são passíveis de caracterização atmosférica que orbitam pequenas estrelas ativas, "disse Jessie Dotson, um astrofísico do Centro de Pesquisa Ames da NASA no Vale do Silício da Califórnia e o investigador principal adjunto de Pandora. "A próxima fronteira é entender as atmosferas desses planetas, e Pandora desempenharia um papel fundamental na descoberta de como a atividade estelar afeta nossa capacidade de caracterizar as atmosferas. Seria um ótimo complemento para a missão de Webb. "

Uma plataforma de lançamento para exploração

Laboratório Nacional Lawrence Livermore (LLNL), em Livermore, Califórnia, está co-liderando a missão Pandora com o Goddard Space Flight Center da NASA. O LLNL gerenciará a missão e as capacidades de alavancagem desenvolvidas para outras agências governamentais, incluindo uma abordagem de baixo custo para o design e fabricação do telescópio que permite essa ciência inovadora de exoplanetas a partir de uma plataforma SmallSat.

Programa de pioneiros da NASA, que consiste em SmallSats, cargas úteis anexadas à Estação Espacial Internacional, e experimentos científicos com balões, promove espaços inovadores e experimentos suborbitais para pesquisadores do início ao meio de carreira por meio de baixo custo, pequenas missões de hardware. Sob este novo programa, Pandora operaria em um cronograma de cinco anos com um limite de orçamento de US $ 20 milhões.

Apesar das restrições rígidas, o programa Pioneers permite que Pandora se concentre em uma questão de pesquisa focada enquanto envolve uma equipe diversificada de estudantes e cientistas em início de carreira de mais de uma dúzia de universidades e institutos de pesquisa. Esta plataforma SmallSat cria um excelente plano para missões de pequena escala para causar um impacto na comunidade astrofísica.

"As observações de longa duração do Pandora em luz visível e infravermelha são únicas e adequadas para SmallSats, "disse Quintana." Estamos entusiasmados que Pandora terá um papel crucial na busca da NASA para encontrar outros mundos que poderiam ser habitáveis. "