Tess: Mit weit geöffneten Linsen und einer cleveren Umlaufbahn

Höchstwahrscheinlich wissen Sie, dass dem Kepler-Raumschiff, das speziell für die Suche nach Exoplaneten entwickelt wurde, in den kommenden Tagen der Treibstoff ausgehen wird. Seit 2013 verwandelte er sich aufgrund von Unfällen in ein Weltraumsegelboot, sammelte aber weiterhin Daten. Die NASA hat Pläne, nach dem Ende des Treibstoffs wissenschaftliche Informationen zu sammeln, aber im Großen und Ganzen wird die Mission zu Ende gehen. Aber seien Sie nicht verärgert - die Verlängerung der Lebensdauer von Kepler führte dazu, dass er auf den nächsten Spezialapparat, TESS, wartete, der das gleiche Ziel erfüllt - nach Planeten in anderen Sternensystemen zu suchen.

Neue alte Mission

TESS und Kepler hängen nicht nur mit der Aufgabe zusammen, sondern auch mit der Art und Weise, wie sie erreicht werden kann. Beide Teleskope suchen nach Exoplaneten nach der Transitmethode. Wenn sich ein Planet zwischen einem Stern und einem Teleskop bewegt, wird sein Licht leicht gedämpft.


Diagramme der Helligkeit von Sternen während des Durchgangs von Exoplaneten gemäß dem Kepler-Teleskop, NASA-Zeichnung

Die Methode ist insofern gut, als Sie nicht nur die Parameter der Umlaufbahn, sondern auch die Albedo (Reflexionsvermögen) bestimmen und sogar versuchen können, die Zusammensetzung der Atmosphäre des Exoplaneten herauszufinden, indem Sie die Änderung im Spektrum des Sterns analysieren. Leider hat die Transitmethode auch Nachteile - erstens ist es unmöglich, einen Planeten zu bemerken, wenn seine Rotationsebene nicht durch die Achse „Teleskopstern“ verläuft. Je weiter der Planet vom Stern entfernt ist, desto länger ist seine Rotationsperiode und desto länger ist es notwendig, den Stern kontinuierlich zu beobachten, um den Exoplaneten zu bemerken. Im Allgemeinen erlaubte die vergleichsweise einfache Methode und die Fähigkeit, viele Sterne gleichzeitig zu beobachten, nur dem Kepler-Teleskop, mehr als zweieinhalbtausend Exoplaneten zu öffnen, und fast dreitausend Kandidaten warten auf ihre Bestätigung.


Vergleich von Kepler- und TESS-Sichtfeld

Aber dann beginnen die Unterschiede - Kepler untersucht einen sehr engen Raumsektor in der Region des Sternbilds Cygnus, jedoch in einer Entfernung von bis zu 3000 Lichtjahren. TESS "sieht" nur 200 Lichtjahre, aber in zwei Jahren muss die Hauptmission beide Hemisphären untersuchen. Alle 27 Tage wechselt das Teleskop vom Pol auf 6 ° Nord / Süd in einen neuen Sektor. Wie Sie sich vorstellen können, wird der Bereich des Pols fast ständig beobachtet. Dies ist möglicherweise für zukünftige Missionen nützlich. In der Nähe des Pols befindet sich eine Zone, die dem noch nicht gestarteten James Webb-Teleskop ständig zur Beobachtung zur Verfügung steht.


Bild: NASA / TESS

Neue Augen

TESS-Kameras in der Werkstatt, NASA-Foto

Das einzige wissenschaftliche Gerät auf TESS sind vier identische Kameras. Jedes verfügt über einen 16,8-Megapixel-Sensor, eine Anordnung von sieben Linsen und einen speziellen Filter im nahen Infrarotbereich zur Beobachtung roter Zwerge. Eine Kamera mit einer Blende von 146 Millimetern und einer relativen Blende von 1: 1,4 sieht einen 24x24 ° -Sektor und kann Fotos mit einer Auflösung von 4096x4096 Pixel aufnehmen.


Sensor, im Folgenden Foto NASA / TESS-Projekt


Schnittkamera


Kamerabaugruppe, Person für Waage

Es ist erwähnenswert, dass TESS und Kepler NASA-Programme mit unterschiedlichen Finanzierungsniveaus sind, sodass TESS etwa die Hälfte des Preises beträgt.

Spezielle Umlaufbahn

Damit die Erde den TESS-Beobachtungsprozess nicht stört (in einer niedrigen Umlaufbahn funktioniert es nicht kontinuierlich, 27 Tage lang in einen Sektor zu schauen), muss das Gerät von unserem Planeten weggeschickt werden. Und um Daten zu übertragen, ist es ratsam, näher zu sein - mit zunehmender Entfernung werden größere Antennen benötigt und die Geschwindigkeit sinkt. Das geostationäre Umlaufgebiet passt nicht - der Mond wird stören. Nun, es ist sehr ratsam, Geld zu sparen, indem Sie das Teleskop immer einfacher machen. Und um all diese Probleme zu lösen, wählte die Ballistik eine sehr interessante Umlaufbahn, die zuvor nicht genutzt wurde.


TESS-Entnahmeschaltung, NASA-Bild

Nach der Trennung von der oberen Stufe trat TESS in die Referenzbahn ein. Für drei Umdrehungen hebt das Gerät mit seinen Motoren das Apozentrum (den oberen Punkt der Umlaufbahn) an, so dass es in der Mondregion erscheint. Sie haben hier leise gespart - ein Manöver in einer Runde würde teurere und schwerere Motoren erfordern. In der vierten Runde wird TESS in der Nähe des Mondes abgehalten, wobei die Anziehungskraft genutzt wird, um zum einen in eine höhere Umlaufbahn zu wechseln und zum anderen die Neigung zu ändern (ein sehr teurer Vorgang im Hinblick auf den Kraftstoffverbrauch).


Ein Blick auf die TESS-Umlaufbahn aus der Ebene der Mondumlaufbahn

Und schließlich wechselt das Teleskop aus der Übergangsbahn in die Arbeitsbahn, nachdem es nur ~ 200 m / s der charakteristischen Geschwindigkeit verbraucht hat. Und nach all den Manövern hat das Teleskop noch etwa 20% des Treibstoffs übrig.



Die Arbeitsbahn hat eine Umlaufzeit von 13,65 Tagen, genau die Hälfte der Umlaufzeit des Mondes. Dies geschieht absichtlich, damit jede Umlaufbahn des Mondes so weit wie möglich entfernt ist - 90 ° links oder rechts vom Raumschiff und ein Minimum an Störungen verursacht. Es wird erwartet, dass die Umlaufbahn mindestens 20 Jahre lang stabil ist (d. H. Keinen Kraftstoffverbrauch zur Korrektur benötigt).

Und die Aufgabe, Antennen und Kommunikation einzusparen, wird durch die Tatsache gelöst, dass die Umlaufbahn ziemlich lang ist - das Apozentrum ist etwa dreimal höher als das Perizentrum. Im Bereich des tiefsten Punkts der Umlaufbahn hört TESS für kurze Zeit auf zu beobachten, dreht die Antenne zur Erde und überträgt die pro Umdrehung gesammelten Daten.

Es wird erwartet, dass sich das Teleskop in einer funktionierenden Umlaufbahn befindet und in zwei Monaten mit wissenschaftlichen Beobachtungen beginnt.

Starten

Es ist erwähnenswert, dass der Start des Teleskops für SpaceX ein separater Erfolg war. Zum ersten Mal erhielt das Unternehmen Zugang zu den wissenschaftlichen Missionen der NASA mit mittlerem Risiko, und TESS war das erste Gerät, das ausschließlich von der amerikanischen Weltraumbehörde gestartet wurde. Frühere Projekte, Jason-3 und DSCOVR, wurden in erstellt Zusammenarbeit der NASA mit anderen Organisationen.



TESS wurde übrigens das leichteste Fahrzeug, das auf dem Falcon 9 gestartet wurde. Die höhere Referenzbahn ließ jedoch keinen Treibstoff für die Rückkehr an Land, die erste Stufe musste auf einem Lastkahn landen. Es wird auch erwartet, dass diese Mission der letzte Start einer neuen Block 4-Modifikationsrakete sein wird. Sehr bald sollte die endgültige, noch besser für wiederverwendbare Block 5-Version angepasste Version fliegen.