Alles wat je moet weten over de Pandora-missie: de satelliet die de geheimen van exoplaneet-atmosferen gaat ontrafelen

Pandora wordt later dit jaar gelanceerd en zal twintig verre, exotische planeten bestuderen, op zoek naar nevels, wolken en water.

Aankomende herfst moet ie gelanceerd worden: de Pandora-satelliet. Deze kleine ‘SmallSat’ is – zoals de naam al doet vermoeden – compact, maar de verwachtingen zijn hooggespannen. De bouw van de satelliet is momenteel in volle gang. Wat kunnen we van deze nieuwe missie verwachten? Onderzoeker Daniel Apai, hoogleraar astronomie en planetenwetenschappen, vertelt ons meer en deelt een update over de voortgang.

Huidige stand van zaken
Pandora is de nieuwste missie van NASA die zich richt op het onderzoeken van exoplaneten. En tot nu toe verloopt de bouw goed. “Pandora ligt op schema voor lancering aan het einde van het jaar”, vertelt Apai in een interview aan Scientias.nl. “Ons team is druk bezig met het samenvoegen van de verschillende onderdelen van de ruimtesonde en het afronden van de tests van de digitale camera’s (detectoren) aan boord. Het wetenschappelijke team van Pandora werkt hard aan het verfijnen van de lijst met belangrijkste exoplaneetdoelen en bereidt zich voor op de observaties en de interpretatie van de data met behulp van gesimuleerde resultaten.”

Mijlpaal
Onlangs hebben de onderzoekers ook een belangrijke mijlpaal bereikt door cruciale systeemcomponenten in het frame van de sonde te integreren. Dit is de kernstructuur die de essentiële systemen ondersteunt, zoals energievoorziening en andere systemen die cruciaal zijn voor het succes van de missie. Het bevat de instrumenten en regelt de navigatie, gegevensverzameling en communicatie met de aarde – kortom, het is het brein van de sonde. “We zijn allemaal ontzettend enthousiast om te zien hoe alle missieonderdelen langzaam maar zeker in elkaar vallen”, aldus Apai.

Pandora’s ‘brein’ bevindt zich in een thermisch-vacuüm testkamer bij Blue Canyon Technologies in Lafayette, Colorado. Afbeelding: NASA/Weston Maughan, BCT

De pandora-missie
Het betekent dat er weinig obstakels meer zijn voor de lancering van Pandora later dit jaar. Wat Pandora precies gaat doen vanaf zijn baan om de aarde? Het doel is dat de satelliet minstens twintig bekende exoplaneten die om verre sterren draaien zal bestuderen, om zo meer te weten te komen over de samenstelling van hun atmosfeer – met speciale aandacht voor nevels, wolken en water. De verzamelde data zullen een solide basis bieden voor het interpreteren van metingen van ruimtetelescoop James Webb.

Sterrensignaal
Maar Pandora gaar niet alleen de atmosferen van exoplaneten onder de loep nemen, tegelijkertijd zal de satelliet de fotosferen van hun moedersterren bestuderen. “Hoewel Pandora kleiner en minder gevoelig is dan Webb, zal het in staat zijn om langer naar de moedersterren van exoplaneten te kijken, wat diepere studies mogelijk maakt”, legt Apai uit. “Door deze sterren beter te begrijpen, kan Pandora, samen met zijn ‘grote broer’, signalen van sterren en hun planeten beter uit elkaar halen. Anders gezegd, we hopen dat we het sterrensignaal voortaan beter kunnen scheiden van het signaal van de exoplaneten, waardoor we de gassen in die atmosfeer nauwkeuriger kunnen analyseren – inclusief de gassen die door de Webb-ruimtetelescoop worden onderzocht”, aldus Apai.

Atmosfeer van exoplaneten
Daar gaan we even wat dieper op in. Sterrenkundigen kunnen de atmosfeer van een exoplaneet bestuderen wanneer deze voor zijn ster langs beweegt, vanuit het perspectief van de aarde, tijdens een transit. Een deel van het licht van de ster gaat door de atmosfeer van de planeet voordat het de waarnemer bereikt. Deze interactie zorgt ervoor dat het licht in contact komt met de stoffen in de atmosfeer. De chemische ‘vingerafdrukken’ van deze stoffen – de dipjes in de helderheid bij specifieke golflengten – worden vervolgens in het licht zichtbaar.

Verstoring
Dit klinkt echter eenvoudiger dan het in werkelijkheid is. Het idee voor Pandora kwam voort uit de behoefte om een probleem op te lossen bij het bestuderen van sterlicht dat door de atmosfeer van exoplaneten gaat. “In 2018 legde een PhD-student uit mijn groep een astrofysisch effect uit waarbij licht dat rechtstreeks van de ster komt, het signaal van het licht dat door de atmosfeer van een exoplaneet beweegt, verstoort”, zegt Apai. “We voorspelden dat dit effect de mogelijkheid van Webb om bewoonbare planeten te bestuderen zou beperken.”

Gemengde signalen
Telescopen vangen het licht van de hele ster op, niet alleen het deel dat de planeet raakt. Sterrenoppervlakken zijn niet egaal. Ze bevatten helderdere, hetere gebieden en koelere, donkerdere plekken die lijken op zonnevlekken, die zich zowel in grootte als positie veranderen wanneer de ster roteert. Daardoor kunnen deze ‘gemengde signalen’ het lastig maken om te onderscheiden of het licht door de atmosfeer van een exoplaneet is gegaan of dat het varieert door de veranderende eigenschappen van de ster. Een voorbeeldje. Veranderingen in het licht van de gastster kunnen een water-signaal verdoezelen of zelfs nabootsen, en dat is precies wat onderzoekers willen detecteren als ze het potentieel voor leven op een exoplaneet onderzoeken.

Belangrijk
Daarom is de komst van Pandora zo belangrijk. “Het de eerste en enige missie die is ontwikkeld om de verstoring door sterrensignalen in exoplaneetobservaties te bestuderen”, benadrukt Apai. “Dit effect beperkt momenteel onze mogelijkheid om de atmosferen van mogelijk aardachtige planeten te onderzoeken. Het zal vooral helpen vast te stellen of de aanwijzingen voor bijvoorbeeld waterdamp die we in die atmosfeer zien daadwerkelijk van de planeet zelf komen – en niet van de moederster. Aan het einde van de missie zullen we de Webb-telescoop effectiever kunnen inzetten om te onderzoeken hoe de kleine planeten die we hebben ontdekt zich verhouden tot de aarde, zowel in overeenkomsten als verschillen.”

Innovatief ontwerp
Pandora is dus de eerste missie die gedetailleerde informatie biedt over de verschillende kleuren licht (spectra) van de moedersterren van exoplaneten. Door subtiele veranderingen in de kleuren van sterren te bestuderen, kunnen de onderzoekers sterspots en moleculen in en boven de bovenste lagen van de ster identificeren. Dit helpt hen de verstorende signalen van de ster te scheiden van de gegevens die ze van de exoplaneet verzamelen. Pandora maakt daarvoor gebruik van een innovatief telescoopontwerp van volledig aluminium en slechts 45 centimeter breed. Daarmee kunnen de detectoren zowel de zichtbare helderheid als het nabij-infraroodspectrum van elke ster tegelijkertijd vastleggen, terwijl ze ook het nabij-infraroodspectrum van de passerende planeet meten. Deze gecombineerde gegevens stellen het wetenschappelijke team in staat om de eigenschappen van sterrenoppervlakken te analyseren en de signalen van sterren en planeten helder van elkaar te onderscheiden.

20 exoplaneten
Het plan is dat Pandora in slechts drie jaar tijd minstens twintig exoplaneten tien keer gaat observeren, waarbij elke waarneming 24 uur zal duren. Tijdens elke observatie volgt de missie de transit van de planeet en legt het spectrum van de planeet vast.

Al met al hoopt Apai dat Pandora ons een dieper inzicht zal geven in de atmosfeer van exoplaneten. “Het zou fantastisch zijn als de satelliet kan helpen bij het ontdekken of een selecte groep top-exoplaneten waterstofrijke atmosferen heeft, en misschien zelfs waterdamp op enkele van deze verre werelden kan opsporen,” stelt de onderzoeker. Maar voordat het zover is, moet de satelliet eerst nog goed en wel klaar gemaakt worden voor lancering. Daarna zal de missie niet alleen wetenschappelijke doorbraken mogelijk maken, maar ook de weg effenen voor toekomstige verkenningen van bewoonbare werelden.

Bronmateriaal

"NASA's Pandora mission one step closer to probing alien atmospheres" - University of Arizona
Interview met Daniel Apai
Afbeelding bovenaan dit artikel:

Fout gevonden?

Interessant voor jou

Voor jou geselecteerd