Misja ARIEL to nowej generacji misja Europejskiej Agencji Kosmicznej (ESA). Celem ARIEL jest obserwacja składu chemicznego odległych planet pozasłonecznych. Misja pomyślnie przeszła już Preliminary Design Review (PDR), czyli wstępny przegląd projektu. W wydarzeniu bierze udział 600 naukowców i inżynierów z 16 krajów członkowskich ESA, w tym z Polski. Wspólnie przygotowali 179 dokumentów technicznych i odpowiedzieli na 364 pytania zadane przez grono ekspertów ESA. Celem była ocena wykonalności, wydajności i solidności konstrukcji ładunku. Oznacza to jedno – można zacząć budować egzemplarze testowe poszczególnych części obserwatorium.
Jakie zadania ma misja ARIEL?
ARIEL jest częścią projektu ESA Cosmic Vision. Misja ma przede wszystkim na celu:
- odpowiedzieć na pytanie o warunki do formowania się planet i pojawienia się na nich życia;
- pomóc określić naturę planet krążących wokół gwiazd w innych układach;
- sprawdzić, w jaki sposób chemia planety jest powiązana ze środowiskiem, w którym powstała;
- ocenić, czy typ gwiazdy macierzystej napędza fizykę i chemię ewolucji planety.
Mimo że odkryto już tysiące egzoplanet o szerokim zakresie mas, rozmiarów i orbit, wciąż nie ma widocznego wzorca łączącego ich cechy z naturą gwiazdy macierzystej. Misja ARIEL zajmie się fundamentalnymi pytaniami astrofizyki. Wśród nich takimi jak: z czego zbudowane są egzoplanety oraz jak powstają i ewoluują układy planetarne. Ma także zbadać atmosfery tysiąca planet krążących wokół różnych typów gwiazd, umożliwiając ocenę różnorodności właściwości zarówno pojedynczych planet, jak i populacji.
Obserwacje tych światów dadzą wgląd we wczesne etapy formowania się planet i atmosfery oraz ich późniejszą ewolucję. To z kolei przyczyni się do lepszego zrozumienia naszego Układu Słonecznego.
Tak będzie wyglądać kosmiczny teleskop ARIEL. Fot. Space Science/ESA
Jakie planety zbada misja ARIEL?
– ARIEL jest kolejnym krokiem w poszerzaniu wiedzy o egzoplanetach. Pozwoli nam na postęp w kluczowych kwestiach rozważanych przez naukę, a dotyczących powstawania i ewolucji planet pozasłonecznych. Pomoże nam też zrozumieć miejsce Ziemi we Wszechświecie – powiedział Günther Hasinger, astronom i dyrektor naukowy ESA. – ARIEL pozwoli europejskim naukowcom utrzymać konkurencyjność w tej dynamicznej dziedzinie. Będzie opierać się na doświadczeniach i wiedzy zdobytej podczas poprzednich misji egzoplanetarnych.
Misja skupi się na ciepłych i gorących planetach. Od tzw. superziem po gazowe olbrzymy krążące blisko swoich gwiazd macierzystych, czyli tzw. gorące jowisze. Teleskop kosmiczny ARIEL zmierzy chemiczne wzorce atmosfer, gdy planeta przechodzi przed swoją gwiazdą macierzystą. Będzie obserwować ilość pociemnień z dokładnością do 10–100 części na milion w stosunku do gwiazdy. Oprócz wykrywania śladów dobrze znanych składników, takich jak para wodna, dwutlenek węgla i metan, będzie również w stanie mierzyć rzadkie związki chemiczne. Dla wybranej części obserwowanych planet ARIEL przeprowadzi również dogłębny przegląd ich systemów chmur i zbada sezonowe i dzienne zmiany atmosferyczne. Teleskop zostanie wyposażony w system sztucznej inteligencji, który bezpośrednio na sondzie oceni jakość zebranych danych.
Czym się zajmują Polacy w obserwatorium ARIEL?
W prace nad misją zaangażowani są Polacy. Specjaliści z Centrum Badań Kosmicznych Polskiej Akademii Nauk opracowują jeden z kluczowych elementów obserwatorium, czyli układu precyzyjnego celowania (Fine Guidance System, FGS). Zadaniem instrumentu jest precyzyjnie nakierowane teleskopu na obserwowany obiekt. FGS będzie na tyle zaawansowaną konstrukcją, że niezależnie od wspierania głównego teleskopu, sam może być wykorzystywany jako astrometr lub fotometr – dodatkowy instrument naukowy na pokładzie ARIEL. Przy projekcie polscy naukowcy współpracują bezpośrednio z Jet Propulsion Laboratory Centrum NASA (JPL).
– Głównym celem współtworzonego przez nas instrumentu FGS jest wyznaczenie – z maksymalnie możliwą precyzją – kierunku pomiaru i utrzymanie go przez satelitę przez co najmniej 10 godzin. FGS nieustannie wysyła dane do systemu AOCS satelity, celem zapewnienia właściwego kierunku pomiaru. Star Tracker satelity zapewnia dokładność określenia kierunku na poziomie kilku sekund kątowych, natomiast FGS na poziomie milisekund – wyjaśnia prof. Mirosław Rataj, szef projektu FGS z ramienia CBK PAN.
Naukowiec dodaje, że system FGS realizuje równolegle pomiary fotometryczne i spektralne wybranych obiektów dla celów naukowych. Polska strona odpowiedzialna jest za cały instrument, włączając w to inżynierię systemową, management, integrację i testy. Instrument składa się z dwóch bloków:
- części zimnej opto-mechanicznej FOM pracującej w temperaturze 50 K,
- bloku elektroniki FCU pracującego w zakresie temperatur -30C do +50C.
– Możliwość pracy przy tak przełomowej misji kosmicznej, jak ARIEL, jest dla nas wyróżnieniem i podkreśleniem bliskich relacji łączących CBK PAN z najważniejszymi światowymi ośrodkami naukowo-badawczymi. Pokazuje, że wyrobiliśmy sobie świetną marką i jesteśmy zaufanym partnerem. Zrobimy wszystko co w naszej mocy, by nie zawieść tego zaufania – mówi prof. dr hab. Iwona Stanisławska, dyrektor CBK PAN.
Teleskop zostanie wyniesiony na pokładzie nowej rakiety ESA Ariane 6 z europejskiego kosmodromu w Kourou w połowie 2029 roku. Będzie działać z orbity wokół drugiego punktu Lagrange'a L2 mieszczącego się 1,5 miliona kilometrów „za" Ziemią widzianą od strony Słońca. Misja ma trwać 4 lata.
