Lancering succesvol: nu gaan Pandora en BlackCAT aan het werk

Gisteren lanceerde SpaceX enkele vernuftige NASA-satellieten: Pandora, BlackCAT en SPARCS. Deze relatief goedkope missies moeten een groot probleem in de exoplaneet wetenschap oplossen en de hoogenergetische geheimen van het universum ontrafelen, en tonen de opmars van betaalbare ruimtemissies.

Gisterenmiddag, om 14:44 uur Nederlandse tijd, steeg vanaf Vandenberg Space Force Base in Californië een Falcon 9-raket van SpaceX op. Aan boord, als onderdeel van een ‘rideshare’-missie, bevonden zich tientallen satellieten. Drie daarvan springen eruit: NASA’s Pandora, BlackCAT en SPARCS. Deze missies beloven baanbrekende wetenschap tegen een fractie van de kosten van traditionele, grote satellieten en illustreren een opvallende trend in de ruimtevaart.

De nuttige lading, bestaande uit NASA’s Pandora-satelliet en de NASA-gesponsorde CubeSats SPARCS en BlackCAT, werd begin januari ingekapseld in de neuskegel van een Falcon 9-raket van SpaceX op Vandenberg Space Force Base in Californië, om gisteren met succes te zijn gelanceerd. Foto: SpaceX

Pandora’s missie: het zuiveren van kosmische signalen

Pandora is de eerste satelliet in NASA’s Astrophysics Pioneers-programma en heeft een specifiek, lastig doel: de atmosferen van exoplaneten bestuderen door het signaal van de planeet te scheiden van dat van zijn moederster. Wanneer een planeet voor zijn ster langs beweegt – een transit – filtert een piepklein beetje sterlicht door de atmosfeer van de planeet. Stoffen als waterdamp absorberen specifieke kleuren licht, wat een vingerafdruk in het spectrum achterlaat. Het probleem is dat het oppervlak van de ster zelf – met donkere vlekken en heldere gebieden die veranderen – dit spectrum kan vervuilen. Hierdoor is het vaak onzeker of een gemeten molecuul echt uit de planeetatmosfeer komt of van de ster zelf.

Artistieke impressie van een exoplaneet die voor zijn ster transiteert, waarbij een deel van het sterlicht door de planeet zelf wordt geblokkeerd, en een ander deel (gefilterd) door de atmosfeer van de planeet heen schijnt. Dit licht geeft veel potentiële informatie weg over de aanwezigheid en samenstelling van de atmosfeer. Afbeelding: NASA’s Goddard Space Flight Center

Pandora gaat dit aanpakken door minstens 20 bekende exoplaneten gedurende langere tijd gelijkertijd in zichtbaar en nabij-infrarood licht te observeren. Het hart van de satelliet is een nieuw, volledig van aluminium gemaakte telescoop met een 45 centimeter (17 inch) brede primaire telescoopspiegel. Door de combinatie van een breed gekozen observatiespectrum en de lange waarneemtijd per exoplaneet – elk doel wordt tien keer 24 uur lang bestudeerd – hoopt het team het ‘ruis’-signaal van de ster nauwkeurig in kaart te brengen en weg te filteren. “Deze lange, gelijktijdige metingen met beide detectoren zijn cruciaal om de exacte herkomst te achterhalen van elementen en verbindingen die we als indicatoren voor mogelijke leefbaarheid beschouwen,” aldus Jordan Karburn, projectmanager van Pandora.

Schematische weergave van het Pandora CODA telescoopconcept. Afbeelding: NASA Goddard

BlackCAT: een scherpe blik op het explosieve heelal

Waar Pandora naar planeten staart, richt de andere NASA-CubeSat die meelifte met dezelfde lancering, de Black Hole Coded Aperture Telescope (BlackCAT), zich op de meest energetische verschijnselen in het heelal. Deze compacte satelliet, niet veel groter dan een schoenendoos, is een röntgentelescoop met een revolutionaire detector. Zijn hoofdtaak: het ontdekken en nauwkeurig lokaliseren van korte, heldere uitbarstingen van röntgenstraling. Deze kunnen afkomstig zijn van gammaflitsen – de krachtigste soort explosies die het universum kent voorbij de oerknal – of van actieve galactische kernen, waar superzware zwarte gaten materie verorberen. Een bijzonder belangrijk doel is het detecteren van de elektromagnetische tegenhangers van zwaartekrachtgolven, bijvoorbeeld van botsende neutronensterren.

Een schematische weergave van de röntgencamera (links) die gebruikt maakt van een gecodeerd voorzet masker (een filter) en de BlackCAT CubeSat als geheel (rechts). Bewerking: Colosimo et al.

BlackCAT bereikt zijn scherpe blik en groot gezichtsveld met een ‘coded aperture mask’. Dit is een plaat met een specifiek patroon van gaten die schaduwen werpt op een onderliggende detector van vier gevoelige röntgencamera’s. Uit dat schaduwpatroon kan de herkomst van de röntgenstraling tot op boogminuten nauwkeurig worden gereconstrueerd. Deze technologie, gecombineerd met de gevoeligheid voor ‘zachte’ röntgenstraling, maakt BlackCAT ideaal om vervagende naschokken van kosmische catastrofes op te pikken en de locatie snel door te geven aan telescopen op aarde voor vervolgwaarnemingen.

SPARCS: de ultraviolette bewaker van leefbare zones

Waar Pandora de atmosferen bestudeert en BlackCAT op zoek gaat naar kosmische explosies, heeft de derde NASA-CubeSat, SPARCS (Star-Planet Activity Research CubeSat), een andere cruciale taak: het in kaart brengen van de ultraviolette (UV) omgeving van kleine, koele sterren. Deze zogenaamde M- en K-dwergsterren zijn het talrijkst in onze Melkweg en herbergen het grootste deel van de bekende rotsachtige planeten in de leefbare zone. Hun UV-straling is echter intens, zeer variabel en cruciaal voor de chemische evolutie – en uiteindelijke bewoonbaarheid – van de atmosfeer van omringende planeten. SPARCS, een 6U-CubeSat ter grootte van een ontbijtgranendoos, gaat voor het eerst de variabiliteit van deze sterren wekenlang monitoren in twee specifieke UV-banden. Door uitbarstingen (flares) en de algemene UV-helderheid in de gaten te houden, levert SPARCS essentiële context voor het interpreteren van atmosfeermetingen van planeten bij deze sterren door grote telescopen zoals de James Webb. De missie demonstreert bovendien nieuwe, hooggevoelige UV-detectortechnologie van NASA’s Jet Propulsion Laboratory.

Afbeelding: Arizona State University/Evgenya L. Shkolnik et al.

De kracht van de ruimte: waarom Cubesats onmisbaar zijn

De lancering van deze drie missies is geen op zichzelf staand feit, maar onderdeel van een grotere trend. Universiteiten en ruimtevaartorganisaties wereldwijd zetten steeds vaker Cubesats in voor betaalbare en gespecialiseerde wetenschap. Een van de belangrijkste redenen om een telescoop in een baan om de aarde te plaatsen, is onze eigen atmosfeer. Deze beschermende laag blokkeert een groot deel van het elektromagnetische spectrum voordat het de grond bereikt.

Grondtelescopen hebben alleen toegang tot bepaalde ‘vensters’, voornamelijk zichtbaar licht en radiogolven. Voor cruciaal wetenschappelijk onderzoek in golflengten zoals ultraviolet (waar SPARCS in opereert), röntgenstraling (BlackCAT) en grote delen van het infrarood (Pandora) is een positie boven de aardatmosfeer essentieel. Ruimtetelescopen bieden een onbelemmerd zicht op het volledige spectrum, wat ze onmisbaar maakt voor het compleet begrijpen van kosmische objecten en processen.

Cubesats, vaak ontwikkeld in samenwerking met universiteiten, bieden nu een betaalbare weg om dit onzichtbare heelal te verkennen. Ze vullen grote, dure missies zoals Hubble en JWST aan en fungeren als technologische pioniers, waardoor de wetenschappelijke opbrengst per investering groter wordt dan ooit.

Diagram van de doorlaatbaarheid van de aardatmosfeer voor verschillende golflengten van het elektromagnetische spectrum. Slechts in zichtbaar licht en radiogolven zijn er ‘vensters’ voor grondtelescopen. Andere golflengten, zoals ultraviolet, röntgen en infrarood, vereisen ruimtegebaseerde observatoria. De huidige generatie Cubesats bestrijkt een groot deel van dit spectrum. Afbeelding: Space Telescope Science Institute/John Hopkins University/NASA; overige credits: Blue Canyon Technologies, JPL/Arizona State University, NASA/JPL-Caltech, PicSat/LESIA/l’Observatoire de Paris/Université PSL, NASA, SPIE, NASA/GSFC

De toekomst is klein, slim en betaalbaar

De lancering van PandoraBlackCAT en SPARCS markeert meer dan alleen enkele nieuwe instrumenten in een baan om de aarde. Het laat zien hoe NASA met programma’s als de CubeSat Launch Initiative ambitieuze wetenschap wil bedrijven tegen lagere kosten. Door gebruik te maken van commerciële rideshares, standaardisatie (zoals de 6U CubeSat-vorm van BlackCAT) en samenwerking met universiteiten en nationale laboratoria, kunnen missies sneller en goedkoper worden gerealiseerd. Dit opent de deur voor meer frequente, gespecialiseerde missies die grote observatoria zoals de James Webb-ruimtelescoop kunnen aanvullen en doelwitten kunnen aanwijzen. Het wetenschappelijke werk van Pandora om exoplanetaire atmosfeer kenmerken te zuiveren, zal bijvoorbeeld direct ten goede komen aan de waarnemingen van Webb. Zo bewijzen deze kleine satellieten dat je voor grootse ontdekkingen niet altijd een enorm budget en een gigantische telescoop nodig hebt.

NASA’s Pandora missie vliegt weg (rechtsboven in beeld) van SpaceX’ Falcon 9 tweede trap, geplaatst in een zon-synchrone baan rondom onze planeet, gisteren, tweeënhalf uur na lancering vanaf Vandenberg Space Force Base in Californië. Foto: SpaceX
Schrijf je in voor de nieuwsbrief! Ook elke dag vers het laatste wetenschapsnieuws in je inbox? Of elke week? Schrijf je hier in voor de nieuwsbrief!
Categorieën:

Bronmateriaal

"NASA’s Pandora Satellite, CubeSats to Explore Exoplanets, Beyond" - NASA
"Pandora" - NASA/Goddard
"BlackCAT" - American Astronomical Society
"About SPARCS" - Arizona State University
"Twilight Mission" - SpaceX
"On the verge of an astronomy CubeSat revolution" - Nature/Astronomy
Afbeelding bovenaan dit artikel: NASA's Goddard Space Flight Center/Conceptual Image Lab

Fout gevonden?

Voor jou geselecteerd