Программа НАСА EXCITE готова к испытательному полету

Программа НАСА EXCITE (EXoplanet Climate Infrared TElescope) готова к пробному запуску. EXCITE будет изучать атмосферы экзопланет в ходе серии длительных приполярных научных полетов на воздушном шаре, наполненном гелием.

После запуска EXCITE будет летать на высоте около 40 км над поверхностью земли, то есть выше 99,5 процента земной атмосферы. На такой высоте телескоп сможет наблюдать большее количество инфракрасных волн с минимальными помехами, чем это возможно на Земле.

Таким образом, EXCITE сможет получать трехмерные изображения атмосферы и температурных профилей планет, за которыми он будет наблюдать, и собирать данные в течение всего времени, пока планеты будут вращаться вокруг своих звезд. Измерения, которые до сих пор проводились космическими телескопами очень редко, требуют очень стабильного телескопа, способного следить за планетой в течение нескольких дней подряд.

Перед запуском EXCITE должен будет совершить испытательный полет осенью 2024 года с космодрома Форт Самнер, штат Нью-Мексико. На этом видео показан рендер EXCITE в полете.

Как будет работать EXCITE?

С высоты 40 км EXCITE будет собирать инфракрасный свет от наблюдаемых планет и направлять его в бортовой спектрометр. Здесь свет пройдет через небольшую полосу препятствий, отразится от зеркал и пройдет через призму, прежде чем попадет на детектор.

Спектрометр находится в сосуде под названием криостат, расположенном за телескопом. Криостат охлаждает детектор спектрометра, который когда-то был кандидатом на полет в приборе NIRSpec (Near InfraRed Spectrograph), до температуры около -210 градусов Цельсия, чтобы можно было измерять небольшие изменения интенсивности инфракрасного света.

Весь телескоп и криостат в сборе покоятся на основании в форме гребной лодки, где он может вращаться по трем осям для поддержания стабильного наведения вниз на время до 50 миллиаркосекунд.

EXCITE был построен в основном силами НАСА Годдарда, Брауна, Университета штата Аризона и StarSpec Technologies в Онтарио при дополнительной поддержке коллабораторов из США, Канады, Италии и Великобритании.

Инфракрасный детектор программы EXCITE, который когда-то был кандидатом на роль прибора NIRSpec (Near InfraRed Spectrograph) космического телескопа имени Джеймса Уэбба. Прежде чем его добавили в сборку спектрометра, он был установлен на медном основании и закрыт черным защитным футляром. Детектор позволяет EXCITE проводить спектроскопические измерения в диапазоне от 1 до 4 микрон — ближней инфракрасной части электромагнитного спектра.

Что он будет изучать?

EXCITE будет изучать горячие юпитеры. Это гигантские газовые экзопланеты, которые выходят на орбиту раз в один-два дня и имеют температуру порядка тысячи градусов. Эти миры заперты в приливной зоне, то есть одной стороной они всегда обращены к звезде.

Телескоп будет наблюдать, как распределяется тепло на этих планетах — от горячего полушария, обращенного к звезде, к относительно более прохладной ночной стороне.

Он также определит, как молекулы в атмосфере планеты поглощают и излучают свет на протяжении всей ее орбиты — этот процесс называется фазово-разрешенной спектроскопией. Эти данные могут не только показать наличие атмосферных соединений, таких как вода, метан, углекислый газ и другие, но и то, как они циркулируют в глобальном масштабе по мере того, как планета вращается вокруг своей звезды.

Почему на воздушном шаре?

До сих пор только космические телескопы «Хаббл», «Джеймс Уэбб» и «Спитцер» собрали несколько измерений, аналогичных тем, которые получит EXCITE. Например, в 2014 году Хаббл и Спитцер наблюдали за экзопланетой WASP-43 b: чтобы собрать данные за 22-часовой день этой планеты, ученым потребовалось 60 часов работы Хаббла и 46 часов работы Спитцера. Определенно много.

Поэтому подобные исследования на космических обсерваториях — дело непростое. Время — ограниченный ресурс, а на каждый временной слот этих телескопов приходятся сотни запросов.

Телескоп НАСА EXCITE (EXoplanet Climate Infrared TElescope).

С другой стороны, научные аэростаты НАСА обеспечивают частый и недорогой доступ в ближний космос для проведения научных исследований и совершенствования технологий в таких областях, как астрофизика, гелиофизика и исследования атмосферы.

Во время своего первого научного полета EXCITE намерен пролететь более дюжины дней с площадки Columbia Scientific Balloon Facility в Антарктиде. В районе полюса, звезды, на которые будет нацелен EXCITE, не заходят, поэтому наблюдения не будут прерываться. «Мы надеемся, что миссия фактически удвоит количество спектров с фазовым разрешением, доступных научному сообществу«, — сказал Кайл Хелсон, член команды EXCITE и исследователь из Университета Мэриленда и НАСА Годдард.