ASTERIA a été déployé depuis la Station spatiale internationale le 20 novembre 2017. Crédit :NASA/JPL-Caltech
Bien avant son déploiement en orbite terrestre basse depuis la Station spatiale internationale en novembre 2017, le minuscule vaisseau spatial ASTERIA avait un grand objectif :prouver qu'un satellite de la taille d'une mallette pouvait effectuer certaines des tâches complexes que les observatoires spatiaux beaucoup plus grands utilisent pour étudier les exoplanètes, ou des planètes en dehors de notre système solaire. Un nouvel article à paraître prochainement dans le Journal astronomique décrit comment ASTERIA (abréviation de Arcsecond Space Telescope Enabling Research in Astrophysics) n'a pas seulement démontré qu'il pouvait effectuer ces tâches, mais est allé au-delà, détection de l'exoplanète connue 55 Cancri e.
Une chaleur torride et environ deux fois la taille de la Terre, 55 Cancri e orbite très près de son étoile mère semblable au Soleil. Les scientifiques connaissaient déjà l'emplacement de la planète; le rechercher était un moyen de tester les capacités d'ASTÉRIA. Le minuscule vaisseau spatial n'a pas été initialement conçu pour faire de la science; plutôt, comme démonstration technologique, l'objectif de la mission était de développer de nouvelles capacités pour les missions futures. Le saut technologique de l'équipe consistait à construire un petit vaisseau spatial capable d'effectuer un contrôle de pointage précis, essentiellement la capacité de rester très régulièrement concentré sur un objet pendant de longues périodes.
Basé au Jet Propulsion Laboratory de la NASA en Californie du Sud et au Massachusetts Institute of Technology, l'équipe de mission a conçu de nouveaux instruments et matériels, dépassant les barrières technologiques existantes pour créer leur charge utile. Ensuite, ils ont dû tester leur prototype dans l'espace. Bien que sa mission principale n'ait été que de 90 jours, ASTERIA a reçu trois prolongations de mission avant que l'équipe ne perde contact avec elle en décembre dernier.
Le CubeSat a utilisé un contrôle de pointage fin pour détecter 55 Cancri e via la méthode de transit, dans lequel les scientifiques recherchent les baisses de luminosité d'une étoile causées par le passage d'une planète. Lorsque vous effectuez des détections d'exoplanètes de cette façon, les propres mouvements ou vibrations d'un vaisseau spatial peuvent produire des secousses dans les données qui pourraient être interprétées à tort comme des changements dans la luminosité de l'étoile. Le vaisseau spatial doit rester stable et garder l'étoile centrée dans son champ de vision. Cela permet aux scientifiques de mesurer avec précision la luminosité de l'étoile et d'identifier les minuscules changements qui indiquent que la planète est passée devant elle, bloquant une partie de sa lumière.
ASTERIA suit les traces d'un petit satellite piloté par l'Agence spatiale canadienne appelé MOST (Microvariabilité et oscillations des étoiles), qui en 2011 a effectué la première détection de transit de 55 Cancri e. MOST était environ six fois le volume d'ASTERIA, toujours incroyablement petit pour un satellite d'astrophysique. Équipé d'un télescope de 5,9 pouces (15 centimètres), MOST était également capable de capter six fois plus de lumière qu'ASTERIA, qui portait un télescope de 2,4 pouces (6 centimètres). Parce que 55 Cancri e bloque seulement 0,04 % de la lumière de son étoile hôte, il s'agissait d'un objectif particulièrement ambitieux pour ASTERIA.
"Détecter cette exoplanète est passionnant, car il montre comment ces nouvelles technologies se rejoignent dans une application réelle, " a déclaré Vanessa Bailey, chercheur principal de l'équipe scientifique d'ASTERIA sur les exoplanètes au JPL. « Le fait qu'ASTÉRIA ait duré plus de 20 mois au-delà de sa mission première, nous donnant un temps supplémentaire précieux pour faire de la science, met en évidence l'excellente ingénierie qui a été réalisée au JPL et au MIT."
Grand exploit
La mission a fait ce qu'on appelle une détection marginale, ce qui signifie que les données du transit ne seraient pas, tout seul, ont convaincu les scientifiques que la planète existait. (De faibles signaux qui ressemblent à un transit planétaire peuvent être causés par d'autres phénomènes, les scientifiques ont donc un standard élevé pour déclarer une détection de planète.) Mais en comparant les données du CubeSat avec les observations précédentes de la planète, l'équipe a confirmé qu'ils voyaient bien 55 Cancri e. En tant que démo technique, ASTERIA n'a pas non plus subi les préparatifs typiques de pré-lancement d'une mission scientifique, ce qui signifiait que l'équipe devait faire un travail supplémentaire pour assurer l'exactitude de leur détection.
"Nous sommes allés après une cible dure avec un petit télescope qui n'était même pas optimisé pour faire des détections scientifiques - et nous l'avons eu, même si à peine, " dit Mary Knapp, le scientifique du projet ASTERIA à l'observatoire Haystack du MIT et auteur principal de l'étude. "Je pense que cet article valide le concept qui a motivé la mission ASTERIA :ce petit vaisseau spatial peut apporter quelque chose à l'astrophysique et à l'astronomie."
Alors qu'il serait impossible d'emballer toutes les capacités d'un plus gros vaisseau spatial de chasse aux exoplanètes comme le Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS) de la NASA dans un CubeSat, l'équipe ASTERIA envisage ces petits paquets de jouer un rôle de soutien pour eux. Petits satellites, avec moins d'exigences sur leur temps, pourrait être utilisé pour surveiller une étoile pendant de longues périodes dans l'espoir de détecter une planète inconnue. Ou, après qu'un grand observatoire découvre une planète transitant par son étoile, un petit satellite pourrait surveiller les transits ultérieurs, libérer le plus grand télescope pour faire du travail que les petits satellites ne peuvent pas.
L'astrophysicienne Sara Seager, chercheur principal pour ASTERIA au MIT, a récemment reçu une subvention de la NASA Astrophysics Science SmallSat Studies pour développer un concept de mission pour une suite à ASTERIA. La proposition décrit une constellation de six satellites environ deux fois plus gros qu'ASTERIA qui rechercherait des exoplanètes de taille similaire à la Terre autour d'étoiles proches du Soleil.
Penser petit
Pour construire le plus petit satellite de chasse aux planètes de l'histoire, l'ASTÉRIA ne réduisait pas simplement le matériel utilisé sur les plus gros vaisseaux spatiaux. Dans de nombreux cas, ils ont dû adopter une approche plus innovante. Par exemple, le satellite MOST utilisait une caméra avec un détecteur à dispositif à couplage de charge (CCD), ce qui est courant pour les satellites spatiaux ; ASTÉRIE, d'autre part, était équipé d'un détecteur complémentaire métal-oxyde-semiconducteur (CMOS) - une technologie bien établie généralement utilisée pour effectuer des mesures de précision de la luminosité dans la lumière infrarouge, pas de lumière visible. Basé sur le CMOS d'ASTÉRIA, une caméra à lumière visible offrait de multiples avantages par rapport à un CCD. Un gros problème :il a aidé à garder ASTRIA petit car il fonctionnait à température ambiante, éliminant le besoin du grand système de refroidissement qu'exigerait un CCD fonctionnant à froid.
"Cette mission a surtout consisté à apprendre, " dit Akshata Krishnamurthy, co-investigateur et co-responsable de l'analyse des données scientifiques pour ASTERIA au JPL. "Nous avons découvert tellement de choses que les futurs petits satellites pourront faire mieux parce que nous avons d'abord démontré la technologie et les capacités. Je pense que nous avons ouvert des portes."