Hamarosan indul a TESS
(Rovat: Távoli világok kutatói, Amerika és az űrcsillagászat - 2018.02.22 07:15.)

Áprilisban indulhat a NASA új exobolygó-kutató szondája, a TESS. Feladata hasonló a Kepleréhez, a megvalósítás stratégiája és módszere merőben más.

A TESS feladata, hogy a tranzitmódszerrel viszonylag közeli csillagok körül keringő bolygókat keressen. (Kép: NASA)

Korábbi cikkeinkben néhányszor foglalkoztunk már a NASA TESS (Transiting Exoplanet Survey Satellite) küldetésével, legutóbb részletesen bemutattuk a TESS műszereit, a starthoz közeledve azonban a Sky and Telescope cikke alapján érdemes néhány további részletre kitérni.

A 2009-ben hasonló céllal indított Kepler-űrtávcső csak az égbolt kis (100 négyzetfokos) területén kereste és találta az exobolygókat; a TESS viszont az egész égboltot vizsgálja át ugyanezen céllal. Mint a neve is mutatja, a Keplerhez hasonlóan a TESS is a tranzitmódszerrel végzi a megfigyeléseket, vagyis a bolygók csillaguk előtt látszó elvonulásaik okozta elhalványodásokat keresi. Igaz, a TESS-nek csak a Földhöz viszonylag közeli, azaz 200 fényévnél nem távolabbi, ezért viszonylag fényesnek látszó csillagokra terjed ki a figyelme. Ez megkönnyíti a további, más műszerekkel végzendő részletes észleléseket, ezért a csillagászok remélik, hogy az eddiginél pontosabban tudják megállapítani az exobolygók tömegét, esetleg légkörük tulajdonságait, ami a Kepler-űrtávcsővel felfedezett bolygók többségénél a nagy távolság miatt lehetetlen volt. A NASA hivatalosan azt várja a TESS-től, hogy legalább 50, a Földnél legfeljebb négyszer nagyobb méretű bolygót találjon, amelyek tömegét is megállapítják, és érdemesek a további megfigyelésekre.

Az Orbital ATK LEOStar-2 platformjára épített TESS műhold. (Kép: NASA)

Mivel a közeli csillagok fényesebbnek látszanak, azért a TESS-t elég volt 10 cm nyílású kamerákkal felszerelni. Az átvonulások ritkák, ezért a TESS-nek egyszerre sok csillagot kell figyelnie: a négy kamera mindegyikének f/1,4 fényerejű lencséi 24°×24° látómezőt biztosítanak, vagyis nagyobb területet látnak, mint amekkora az Orion csillagkép. A négy kamera látómezeje illeszkedik egymáshoz, így együttesen az égbolt 24°×96°-os területét figyelik, vagyis látómezeje kb. 230-szor akkora, mint a Kepleré.

A TESS a Holdhoz képest 1:2 rezonanciájú pályán kering (kék). Amikor apogeumban van, akkor a Hold a pályáján 90 fokkal mögötte (lila pont) vagy előtte (a Hold ábrázolt helyével átellenben) tartózkodik. A TESS pályasíkja jelentősen eltér a Hold keringési síkjától, hogy a Föld és a Hold minél kevésbé zavarja a megfigyeléseket. (Kép: Sky and Telescope)

A nagy égterületen egyszerre folyó észlelések optimalizálásához megfelelő pályát kellett választani. Alacsony Föld körüli pályán nehéz elkerülni a Föld zavaró hatását. Az L₂ Lagrange-pont túl messze van, ezért nehéz a szükséges adattovábbítási kapacitást elérni. Végül a Massachusettsi Műszaki Egyetem (MIT), az Aerospace Corporation és az Orbital ATK szakemberei olyan, az észlelési igényeket maximálisan kielégítő pályát terveztek, amilyenen űreszköz eddig még nem keringett. A TESS a P/2-vel jelölt, erősen elnyúlt pályáján 13,7 napos keringési idővel kering a Föld körül, vagy 1:2 rezonanciában a Holddal (a TESS keringési ideje pontosan fele a Holdénak). A rezonancia azt jelenti, hogy a TESS (amely végső soron a Föld körül kering, tehát joggal nevezhetjük műholdnak) pályája Földtől legtávolabbi pontjában (apogeumában) egészen a Hold pályájáig távolodik (annak pályasíkjából erősen kiemelkedve), de mindig olyankor ér oda, amikor a Hold a saját pályáján attól a ponttól körülbelül 90°-kal előbbre vagy hátrébb tartózkodik. Ennek megfelelően a műhold keringési ideje legnagyobb részét a Földtől távol tölti, majd amikor perigeumban elsuhan bolygónk közelében, akkor nagy sebességgel letölthetők a gyűjtött adatok.

Mind a négy kamerában 4–4 CCD található. Egy CCD látómezeje 12°×12°-os, a négy együtt adja ki a 24°×24°-os látómezőt, amely akkora, mint az Orion csillagkép. (Kép: Sky and Telescope)

A TESS indítási ablaka március közepén nyílik, az eredeti tervek szerint március 20-án, Cape Canaveralről a SpaceX Falcon–9 rakétájával indították volna. Újabban április közepére teszik a start lehetséges időpontját. Az indítást követően a pálya és a műszerek mintegy két hónapig tartó beállítása után kezdődhet a tényleges tudományos munka. A kamera 24°×96°-os látómezejéhez illeszkedően az égboltot 13, egymást a pólusokon átfedő szegmensre osztják. A TESS minden egyes szegmenst 27 napig vizsgál, utána átáll a következőre. Működése első évében az égbolt Ekliptikától délre fekvő részének 13 szegmensét vizsgálja végig, majd a második évben ugyanilyen módszerrel figyeli az északi égboltot. Névleges, két évig tartó működési ideje alatt a szegmensek között az Ekliptika közelében megmaradó, keskeny rések kivételével az egész égboltot végigvizsgálja. Számítógépek és emberi erő együttműködésével próbálják kiválogatni az adattömegből azokat a fényváltozásokat, amelyeket bolygók átvonulása okozhat, ami a munka legnehezebb és legkritikusabb része. A gyanús objektumokat azonnal az egész csillagásztársadalom tudomására hozzák (tehát a szokásos gyakorlattól eltérően nem tartanak vissza bizonyos ideig saját céljaikra adatokat), hogy azonnal megkezdődhessen a z égitestek követő észlelése. A kutatók remélik, hogy a TESS az elvárt 50-et jóval felülmúlva, exobolygójelöltek ezreit fedezi fel. Tulajdonképpen a TESS feladata az, hogy elkészítse a szóba jövő, és további kutatásra érdemes jelöltek katalógusát.

A négy kamera egymáshoz illeszkedő látómezői együttesen az égbolt 24°×96°-os területét látják. Ezek 13–13 szegmensben fedik le a (majdnem) teljes, az Ekliptikától délre, illetve északra lévő égboltot. Az Ekliptika pólusa környékén a szegmensek átfedik egymást. (Kép: MIT)

Az exobolygók kutatása a Kepler után újabb lendületet kaphat, kérdés, hogy az egyre bővülő katalógusok adataiból sikerül-e valamilyen érdemi összefüggést felismerni – az „ahány bolygórendszer, annyiféle” megállapítás aligha tekinthető érdemi információnak. Mindamellett, már a Föld körül kering az MIT és a Sugárhajtás Laboratóriuma (JPL) ASTERIA nevű hat egységes (6U) CubeSatja, amely egy exobolygókat kereső, kisműholdas flotta prototípusa. Az ESA hasonló céllal idén tervezi indítani a CHEOPS küldetést, majd 2026-ban a PLATO-t. Mindezek a küldetések a tranzitmódszert használják, amellyel viszont csak kivételes szerencsével (a pályasík megfelelő helyzete esetén) fedezhetők fel az exobolygók. Ehhez képest előrelépést jelent majd a 2020-as évek közepén a NASA WFIRST távcsöve, amelyik a mikrolencse-hatást kihasználva dolgozik majd. (Hacsak nem törlik végül a NASA költségvetéséből, amint az a Fehér Ház legutóbbi javaslata alapján felmerült. – A szerk.)

A TESS működésének részletes magyarázata, az észlelési szektorok letapogatásának bemutatásával. (Forrás: YouTube)