Het apparaat, ontwikkeld door een internationaal team en gecoördineerd door de Universiteit van Arizona, is klaar om een historisch project te starten
De Pandora-satelliet —een ongekende precisietelescoop voor het bestuderen van exoplaneten— wacht op de start van zijn missie nadat hij de laatste tests heeft doorstaan. Het apparaat, dat binnenkort aan boord van een Falcon 9-raket van SpaceX zal worden gelanceerd, heeft als doel de atmosferische samenstelling van ten minste 20 planeten buiten het zonnestelsel grondig te analyseren.
De operatie heeft het potentieel om de huidige kennis over planetaire atmosferen te transformeren en de mogelijkheden om bewoonbare werelden te vinden aanzienlijk te vergroten, aldus Daniel Apai, wetenschappelijk verantwoordelijke voor de missie aan de Universiteit van Arizona.
De satelliet is al geïnstalleerd in het lanceervoertuig, in het Space Launch Complex 4E van de Vandenberg Space Force Base in Californië. Het lanceervenster opent om 6:19 uur in Arizona (8:19 uur EST) op zondag 11 januari. De live-uitzending zal plaatsvinden via het officiële signaal van SpaceX.
De laatste afbeelding van de Pandora-satelliet, die volledig is geïntegreerd na succesvolle tests bij Blue Canyon Technologies in Colorado, toont het complexe ontwerp: sterrentrackers in het midden, witte isolatiedekens, het uiteinde van de telescoop en het zonnepaneel op de lanceerstructuur.
Details van een baanbrekende missie
Het Pandora-project onderscheidt zich doordat het de eerste ruimtetelescoop zal zijn die zich toelegt op multicolorwaarnemingen van sterlicht dat door de atmosferen van exoplaneten wordt gefilterd. De instrumentele kern van de satelliet bestaat uit een telescoop met een spiegel met een diameter van 45 cm en een wetenschappelijk systeem dat zowel de lichtspectra van verre sterren als de subtiele schommelingen in hun helderheid kan vastleggen, gegevens die van fundamenteel belang zijn voor het karakteriseren van de atmosferische samenstelling van planeten.
Volgens Apai zal dit de interpretatie van de gegevens van zowel eerdere missies – zoals de Kepler-telescoop van de NASA – als lopende operaties, met name de James Webb-ruimtetelescoop, vergemakkelijken.
Het technische unieke karakter van Pandora ligt ook in zijn bijdrage aan de wetenschappelijke gemeenschap. De lichtspectra fungeren, zoals de Universiteit van Arizona uitlegt, als “signalen” die informatie verschaffen over de chemische samenstelling van zowel sterren als de planeten die eromheen draaien.
Bovendien zal de extreme nauwkeurigheid waarmee verminderingen in helderheid worden gedetecteerd, het mogelijk maken om vanuit het perspectief van de telescoop de passage van een planeet voor zijn moederster te identificeren. Deze benadering, bekend als de transitmethode, is essentieel voor het detecteren van extreem verre hemellichamen.
De ontwikkeling van Pandora maakt deel uit van de NASA Astrophysics Pioneers-missies, waarvoor het in 2021 werd geselecteerd als debuutinitiatief. Volgens Apai van de Universiteit van Arizona worden deze missies gekenmerkt door hun “snelle tempo en hun vermogen om nieuwe en complexe wetenschappelijke vragen te beantwoorden”.
De Pandora-missie onderscheidt zich bovendien door het bevorderen van opkomend leiderschap: meer dan 50% van de leidinggevende functies wordt bekleed door wetenschappers en ingenieurs die aan het begin van hun carrière staan, waardoor een unieke ruimte wordt geboden voor het opleiden van referentiepersonen in de ruimtevaartsector.
De operationele controle na de lancering komt in handen van het Multimission Operations Center (MMOC) van het Arizona Space Institute, gevestigd in het Advanced Research Building op de hoofdcampus. Het MMOC zal, op basis van een contract met NASA, verantwoordelijk zijn voor het toezicht op het ruimtevaartuig vanaf de grond, het beheer van de telemetrie die door de satelliet wordt verzonden en het controleren van de algehele status van Pandora gedurende de hele missie.
Volgens Erika Hamden, directeur van het Arizona Space Institute, “is dit de eerste keer dat een astrofysische orbitale missie wordt uitgevoerd vanuit ons nieuwe Mission Operations Center op de universiteit”. De directeur benadrukte het succesvolle trackrecord van eerdere operaties, zoals de PHOENIX-lander op Mars en de OSIRIS-REx-missie voor het terugbrengen van asteroïde monsters, die beide door de instelling werden beheerd.
Het geplande inbedrijfstellingsproces voor Pandora zal een maand duren nadat het de lage baan om de aarde heeft bereikt. Daarna begint de een jaar durende wetenschappelijke hoofdmissie, waarbij de satelliet elk van de 20 beoogde planetaire systemen samen met hun respectieve sterren gedurende blokken van 24 uur zal observeren, voordat hij naar het volgende systeem gaat en dit herhaalt totdat er 10 observaties per systeem zijn voltooid. Alle verzamelde gegevens zullen openbaar worden gemaakt.
Een van de onderscheidende aspecten van Pandora is zijn vermogen om als interpretatieve basis te dienen voor de gegevens van James Webb en toekomstige missies in de zoektocht naar aanwijzingen voor planetaire bewoonbaarheid.
“Door de waarnemingen van Pandora te combineren met de gegevens van James Webb, zullen we de atmosferen van deze exoplaneten beter begrijpen”, aldus Apai. De wetenschapper benadrukte dat de eerste prioriteit niet ligt bij het zoeken naar leven, maar bij het analyseren van atmosferische componenten – zoals waterdamp – en, nog belangrijker, het bestuderen van de kenmerken van de gaststerren.
Het zoeken naar planeten buiten het zonnestelsel is een relatief recent wetenschappelijk project. Tot 1992, zo herinnert de Universiteit van Arizona zich, was er geen bewijs voor de aanwezigheid van exoplaneten. Sindsdien hebben technologische ontwikkelingen en missies zoals Kepler geleid tot de ontdekking van meer dan 6.000 exoplaneten in de Melkweg. De mogelijkheid om werelden te vinden die mogelijk bewoonbaar zijn, trekt veel aandacht van wetenschappers en het grote publiek.
Het onderzoek naar atmosferen speelt een centrale rol in dit onderzoek. Specialisten zoeken naar “bepaalde aanwijzingen”, aldus de Universiteit van Arizona, zoals de aanwezigheid van chemische signaturen die compatibel zijn met zuurstof of water.
Tomás Díaz de la Rubia, senior vicepresident onderzoek en partnerschappen, verklaarde: “Nu Pandora klaar is voor lancering, staan we aan het begin van een nieuw tijdperk in kosmische ontdekkingen: een tijdperk waarin we voor het eerst de atmosferen van verre werelden grondig kunnen observeren en het begrip van de mensheid over wat zich achter onze eigen hemel verbergt, kunnen vergroten”. Díaz de la Rubia voegde eraan toe dat programma’s zoals Pandora een weerspiegeling zijn van het streven van de universiteit naar uitmuntendheid in observationele astronomie en het algemeen belang.
Het bestuderen van planeten op afstanden die honderden lichtjaren kunnen bedragen, brengt aanzienlijke technische moeilijkheden met zich mee, aangezien deze hemellichamen niet rechtstreeks kunnen worden waargenomen omdat ze te koud of te zwak zijn voor de huidige instrumenten.
Daarom is de transitmethode, waarbij de afname van het licht van een ster wordt gemeten wanneer een planeet ervoor langs beweegt, de dominante indirecte benadering geworden. Door deze techniek een stap verder te brengen, hebben teams zoals dat van Apai spectroscopie geïmplementeerd om het sterlicht dat door de planetaire atmosferen gaat te analyseren en zo te zoeken naar sporen van chemische elementen en moleculen.
Deze procedure kent echter aanzienlijke beperkingen.
Sterren, zo verklaarde Apai voor de Universiteit van Arizona, “zijn niet de ongerepte en uniforme objecten die in de boeken worden beschreven”: ze hebben onregelmatige oppervlakken, vol zonnevlekken en atmosferen met wolken die de metingen radicaal kunnen beïnvloeden. Als een planeet wordt verlicht door een schoner gebied of door een wazig deel van zijn ster, “zullen de lichtmetingen variëren en is alles mogelijk”.
“Pandora is de eerste missie die echt is ontworpen om sterren en hun planeten samen te bestuderen”, aldus Apai, die verzekert dat zijn team nu “een veel groter vermogen zal hebben om de bijdrage van de ster te scheiden van die van de planeet”.
De instrumentele procedure van Pandora voorziet dat elk doelwit onder gecontroleerde omstandigheden wordt geobserveerd, waardoor het effect van nevel, wolken en water op de spectrale analyse kan worden onderscheiden. Dit versterkt de betrouwbaarheid van de gegevens, vooral wanneer het gaat om systemen met sterren met complexe kenmerken.
De Universiteit van Arizona is van mening dat de Pandora-missie slechts het begin is van een nieuwe fase in de astrofysische exploratie vanaf haar campus, door het uitvoeren van orbitale missies met een grote wetenschappelijke impact.
