Pandora, die neueste Exoplaneten-Mission der NASA, ist mit der Fertigstellung des Raumfahrzeugbusses, der die Struktur, Energie und andere Systeme bereitstellt, die es der Mission ermöglichen, ihre Arbeit auszuführen, einen Schritt näher an ihren Start herangekommen. Pandoras Arbeitsgruppe für Exoplanetenforschung wird von der University of Arizona geleitet, und Pandora wird die erste Mission sein, deren Operationszentrum am U of A Space Institute angesiedelt ist.
Die Fertigstellung des Busses wurde während einer Pressekonferenz auf der 245. Tagung der American Astronomical Society in National Harbor, Maryland, am 16. Januar bekannt gegeben.
„Das ist ein großer Meilenstein für uns und hält uns auf Kurs für einen Start im Herbst“, sagte Elisa Quintana, Pandoras leitende Forscherin am Goddard Space Flight Center der NASA in Greenbelt, Maryland. „Der Bus beherbergt unsere Instrumente und übernimmt die Navigation, Datenerfassung und Kommunikation mit der Erde – er ist das Gehirn des Raumfahrzeugs.“
Pandora ist ein kleiner Satellit, der eine detaillierte Untersuchung von mindestens 20 bekannten Planeten ermöglichen soll, die entfernte Sterne umkreisen, um die Zusammensetzung ihrer Atmosphären zu bestimmen – insbesondere das Vorhandensein von Dunst, Wolken und Wasser. Die Daten werden eine solide Grundlage für die Interpretation der Messungen des James Webb-Weltraumteleskops der NASA und zukünftiger Missionen zur Suche nach bewohnbaren Welten bilden.
„Obwohl Pandora kleiner und weniger empfindlich als Webb ist, wird es in der Lage sein, länger auf die Wirtssterne extrasolarer Planeten zu starren, was eine tiefere Untersuchung ermöglicht“, sagte Pandora-Mitforscher Daniel Apai, Professor für Astronomie und Planetenwissenschaften an der U of A Steward Observatorium und Mond- und Planetenlabor, der die Exoplaneten-Wissenschaftsarbeitsgruppe der Mission leitet. „Ein besseres Verständnis der Sterne wird Pandora und seinem ‚großen Bruder‘, dem James Webb-Weltraumteleskop, helfen, Signale von Sternen und ihren Planeten zu entwirren.“
Astronomen können die Atmosphäre eines Exoplaneten untersuchen, wenn dieser während eines als Transit bezeichneten Ereignisses aus der Perspektive der Erde vor seinem Stern vorbeizieht. Ein Teil des Lichts des Sterns streift die Atmosphäre des Planeten, bevor es zum Beobachter gelangt. Durch diese Wechselwirkung kann das Licht mit atmosphärischen Substanzen interagieren und deren chemische Fingerabdrücke – Helligkeitsabfälle bei charakteristischen Wellenlängen – werden in das Licht eingeprägt.
Das Konzept von Pandora entstand aus der Notwendigkeit heraus, ein Problem bei der Beobachtung von Sternenlicht, das durch die Atmosphäre von Exoplaneten dringt, zu überwinden, sagte Apai.
„Im Jahr 2018 beschrieb ein Doktorand meiner Gruppe, Benjamin Rackham – jetzt Forscher am MIT – einen astrophysikalischen Effekt, durch den Licht, das direkt vom Stern kommt, das Signal des Lichts, das durch die Atmosphäre des Exoplaneten dringt, trübt“, erklärte Apai. „Wir haben vorhergesagt, dass dieser Effekt Webbs Fähigkeit, bewohnbare Planeten zu untersuchen, einschränken würde.“
Teleskope sehen das Licht des gesamten Sterns, nicht nur die kleine Menge, die den Planeten streift. Sternoberflächen sind nicht einheitlich. Sie weisen heißere, ungewöhnlich helle Regionen, sogenannte Faculae, und kühlere, dunklere Regionen auf, die den Flecken auf unserer Sonne ähneln. Beide wachsen, schrumpfen und ändern ihre Position, wenn sich der Stern dreht. Infolgedessen können diese „Mischsignale“ im beobachteten Licht es schwierig machen, zwischen Licht, das die Atmosphäre eines Exoplaneten passiert hat, und Licht, das aufgrund der sich ändernden Erscheinung eines Sterns variiert, zu unterscheiden. Beispielsweise können Schwankungen im Licht des Muttersterns das Signal von Wasser maskieren oder nachahmen, einem wahrscheinlich wichtigen Inhaltsstoff, nach dem Forscher suchen, wenn sie das Potenzial eines Exoplaneten für die Unterbringung von Leben bewerten.
Mithilfe eines neuartigen, vollständig aus Aluminium bestehenden Teleskops mit einer Breite von 45 Zentimetern, das gemeinsam vom Lawrence Livermore National Laboratory und Corning Specialty Materials in Keene, New Hampshire, entwickelt wurde, werden die Detektoren von Pandora gleichzeitig die sichtbare Helligkeit und das Nahinfrarotspektrum jedes Sterns erfassen Außerdem wurde das Nahinfrarotspektrum des Transitplaneten erfasst. Diese kombinierten Daten werden es dem Wissenschaftsteam ermöglichen, die Eigenschaften von Sternoberflächen zu bestimmen und Stern- und Planetensignale sauber zu trennen.
Die Beobachtungsstrategie nutzt die Fähigkeit der Mission, ihre Ziele über längere Zeiträume kontinuierlich zu beobachten, was Flaggschiff-Observatorien wie Webb, die aufgrund der hohen Nachfrage nur begrenzte Beobachtungszeit anbieten, regelmäßig nicht leisten können.
Im Laufe seiner einjährigen Mission wird Pandora zehnmal mindestens 20 Exoplaneten beobachten, wobei jeder Blick insgesamt 24 Stunden dauert. Zu jeder Beobachtung gehört ein Transit, bei dem die Mission das Spektrum des Planeten erfassen wird.
Karl Harshman, der das Mission Operations Team am U of A Space Institute leitet, das den Betrieb des Raumfahrzeugs nach seinem Start später in diesem Jahr unterstützen wird, sagte: „Wir haben ein sehr aufgeregtes Team, das hart daran gearbeitet hat, unser Mission Operations Center in Betrieb zu nehmen.“ zum Zeitpunkt des Starts auf Hochtouren und freuen uns auf den Empfang wissenschaftlicher Daten. Erst diese Woche haben wir einen Kommunikationstest mit unserem Antennensystem durchgeführt, das Befehle an Pandora senden und die Telemetriedaten vom Raumschiff empfangen wird.
Pandora wird vom Goddard Space Flight Center der NASA geleitet. Das Lawrence Livermore National Laboratory übernimmt das Projektmanagement und die Technik der Mission. Das Pandora-Teleskop wurde von Corning hergestellt und in Zusammenarbeit mit Livermore entwickelt, das auch die Bilddetektorbaugruppen, die Steuerelektronik der Mission und alle unterstützenden thermischen und mechanischen Subsysteme entwickelte. Der Infrarotsensor wurde von NASA Goddard bereitgestellt. Blue Canyon Technologies stellte den Bus zur Verfügung und führt die Montage, Integration und Umwelttests des Raumfahrzeugs durch. Das Ames Research Center der NASA im kalifornischen Silicon Valley wird die Datenverarbeitung der Mission durchführen. Das Mission Operations Center von Pandora befindet sich an der University of Arizona, und eine Vielzahl weiterer Universitäten unterstützen das Wissenschaftsteam.
