Astronautika: misije

Kada je pre mesec dana lansiran 'Webb', mediji su čak i u poslovično učmaloj Srbiji preneli tu vest kao neviđeno čudo – opservatorija u kosmosu! Wau! Vrlo mali broj ljudi ima uopšte predstavu da je do sada u kosmos lansirano preko 110 teleskopa, raznih veličina, talasnih dužina i namene. Čak i čitaoci ovog sajta znaju samo za one skorašnje, one koje za koje se zauzela zapadnjačka propaganda, pa sam ja namerno izbegavao da pišem o njima a bacao sam akcenat na ruske, japanske, korejske. Zato, da bih malo zamaskirao svoja politička ubeđenja a i čitaoce uputio i u druge oblasti astronomije, danas ću reći nešto o teleskopu MIDEX-7 za koji sam siguran da niko nije čuo, a kamoli za ciljeve i rezultate njegovog (do sada) četvorogodišnjeg rada.
Ovu priču posvećujem mojoj mami.

1 Uveče 18. aprila 2018, negde posle našeg Dnevnika, krenula je misija koja je obećavala da će u narednim godinama dati mnogo tema za razgovor. Bila je to Nasina misija MIDEX-7, poznata i kao 'Explorer 95', ili češće kao TESSTransiting Exoplanet Survey Satellite ). Radilo se o trećoj kosmičkoj misija posvećenoj isključivo potrazi za vansolarnim planetama nakon 'CoRoT-a' i 'Keplera'. TESS je dobio zadatak da metodom tranzita otkrije hiljade egzoplaneta koje će, za razliku od 'Keplera', kasnije moći da proučavaju zemaljske opservatorije i ostali kosmički teleskopi poput 'Jamesa Webba'. TESS je lansiran raketom 'Falcon 9 v1.2' koja je u misiji F9-53 poletela s rampe SLC-40 u vazduhoplovnoj bazi Cape Canaveral (Florida). 'Falcon 9' je sadržavao prvi stepen B1045, tipa 'Full Thrust Block 4', koja je nakon 149 sekundi rada kontrolisano sleteo na jedan od tri 'SpaceX-ova' automatska splava, 'Of Course I Still Love You'. Stepen B1045 napravio je svoj prvi let i bio je pretposlednji proizvedeni stepen tipa 'Block 4' (B1046 je bio prvi tip Block 5, konačna verzije 'SpaceX-ovog' prvog stepena) i debitovao je prilikom lansiranja bangladeškog satelita 'Bangabandhu-1' u maju 2018.

2
Za instrumente je bio odgovoran MIT, sondu je napravio 'Orbital ATK', a projektom je rukovodio Nasin Goddardov centar.

Još decembra 2014, 'SpaceX' je pobedio na konkursu za lansiranje TESS-a, planirano za avgust 2017, i kao stimulans dobio $87 miliona. Lansiranje sonde teške 362 k odloženo je za 8 meseci jer ni 'SpaceX' ni NASA nisu uspeli da dovrše sve predlansirne radnje na vreme. Statičko paljenje motora je kompletirano 11. april 2018. i lansiranje je planirano za 16. april, ali je problem sa sistemom za navođenje i navigaciju (GNC) doveo do odgađanja za dva dana. Ponovno je pokušano spašavanje vrha rakete, ovog puta brodom GO 'Pursuit', koji je uspeo izvukao iz vode samo jednu polovinu kape.

Ovo je bilo 38. orbitalno lansiranje u 2018. i sedmo za 'Falcon 9' te godine. Takođe, bio je to 24. put da je 'SpaceX' sačuvao prvi stepen 'Falcona 9'. Drugi stepen je na kraju dobio dodatni impuls i tako ušao u solarnu orbitu, izbegavši tako da postane svemirski otpad.

3
Kosmički teleskop TESS postavljen je u jako izduženu eliptičnu orbitu oko Zemlje.

Iako je TESS bio predstavljen kao 'Keplerov naslednik', to zapravo nije, ni tehnološki ni astronomski. Naravno, TESS je konstruisan da koristi istu tehniku koju koriste i 'Kepler' i 'CoRoT' za otkrivanje planeta: metodu tranzita. Drugim rečima, meri se sjaj zvezda s velikom preciznošću kako bi se otkrilo njeno smanjivanje zbog prolaska neke planete ispred zvezdanog diska. Ova metoda nam daje informacije o veličini i orbiti planete, ali obično ne i o masi (to zahteva nezavisno otkrivanje metodom radijalne brzine ili veći broj planeta u sistemu). Ako ovom tehnikom želimo da otkrijemo mnogo egzoplaneta, možemo da koristimo nekoliko strategija.

Prva je ona koju je koristio 'Kepler'[1]: neprestano usmeravanje teleskopa na područje neba ispunjeno zvezdama (naprimer, na područje Mlečnog puta). To nam je omogućavalo da maksimiziramo broj otkrića, ali je imalo i lošu stranu, a to je da su promatrane zvezde obično previše slabe i daleko da bi mogli da ih promatraju zemaljske opservatorije ili drugi svemirski teleskopi. Zašto je ovo važno? Pa, ako želimo da analiziramo sastav atmosfere egzoplaneta pomoću transmisione spektroskopije, potreban nam je visok odnos signala i šuma, nešto nemoguće ako su zvezde predaleko ili vrlo slabe. Ali postoji kvaka, a to je da su promatrane zvezde obično preslabije i daleko da bi ih se moglo vidjeti zemaljskim instrumentima ili drugim svemirskim teleskopima. A zašto je ovo važno? Pa, jer ako želimo da analiziramo sastav atmosfere egzoplaneta pomoću transmisijske spektroskopije, potreban nam je visok odnos signala i šuma, nešto nemoguće ako su zvezde predaleko ili vrlo slabe.

5
Detalji TRESS-a.

Zato TESS koristiti drugu strategiju. Umesto korišćenja jednog velikog teleskopa ('Keplerov' je imao prečnik 95 cm), koristi se nekoliko kamera koje pokrivaju vrlo široko područje neba. Na taj način je moguće proučiti dovoljno sjajnih zvezda da bi se otkrio značajan broj planeta oko njih (očito je da na nebeskom svodu ima manje sjajnih zvezda nego slabih). Međutim, ova tehnika nosi dva problema. Prvi je da, iako nije potreban veliki teleskop – 'Kepler' je koristio primarno ogledalo promera 1,4 metra – moramo da koristimo nekoliko CCD detektora sa pripadajućom optikom umesto samo jednog, što može iskomplikovati beleženje podataka i kalibraciju. Drugi problem je što za detekciju velikog broja egzoplaneta nije zgodno držati kamere uperene u isto područje neba predugo vremena, a to implicira da većinu ciljeva nećemo moći da promatramo kontinuirano. To znači da je većina planeta koje je TESS otkrio do sada svetovi koji su vrlo blizu svojim zvezdama. 'Kepler' je imao za cilj da otkriva egzoplanete u nastanjivoj zoni slične Zemlji i po veličini i po orbitalnim parametrima (egzo-Zemlje), no nažalost reakcioni točkovi su mu otkazali neposredno pre nego što je postigao ovaj cilj[2]. S druge strane, naučnici su obećavali da će tokom prve dve godine primarne misijeTESS posmatrati oko 200.000 zvezda i očekivali da će detektovati preko 1500 tranzitnih egzoplaneta od čega će makar 500 biti veličine Zemlje ili super-Zemlje. Prednost je bila u tome što će zemaljske opservatorije ili 'James Webb' moći kasnije da analiziraju atmosfere planeta – ako ih imaju – koje je otkrio TESS.

Da li je moguće pronaći kompromis između obe pomenute tehnike? Da, moguće je, a to je upravo ono što će učiniti ESA-ina buduća misija o kojoj ću sledeće pisati, PLATO (PLAnetary Transits and Oscillations of stars). PLATO će od 2026. pretraživati područje neba sa mnogo zvijezda, ali će redovito menjati svoje područje, iako ređe od TESS-a (slično je radio i teleskop 'Kepler' u svojoj redukovanoj misiji K2). Međutim, budući da je TESS bila prva misija traženja egzoplaneta oko relativno svetlih zvezda, njen cilj je bio da pokriva čitavo nebo kako bi otkrila što je moguće više kandidata.

7
Tehnika otkrivanja novih planeta oko dalekih zvezda
.

8

Projekat TESS je prvi put pomenut 2006. na Tehnološkom institutu u Masačusetsu MIT), a već sledeće godine su ga podržali privatni finansijeri, 'Google' i 'Kavli Foundation'. MIT je podneo predlog za misiju TESS 2008. godine u okviru programa 'Small Explorer' koji vodi Nasin Goddardov kosmički centar, ali misija nije odabrana. Prelog je ponovo podnešen 2010. ali ovog puta u okviru programa 'Explorer', a 2013. je dobio sredstva za ulazak u napredniju fazu razvoja. Dok je 'Kepler' do lansiranja koštao $650 miliona, TESS je koštao samo $200 miliona. Iste godine, NASA je odabrala TESS. zajedno sa astrofizičkim korisnim teretom NICER, teleskopom koji se od 2017. nalazi na Međunarodnoj svemirskoj stanici.

TESS je mali satelit težak 365 kg koji je napravio 'Orbital ATK' koristeći platformu LEOStar-2/750. Misijom zajednički upravljaju Goddardov centar i MIT. Glavni istraživač misije je George R. Ricker sa MIT-a. Jedini instrument opservatorije je paket od četiri CCD širokougaone kamere koje je izradila MIT-ova Linkolnova laboratorija.

Svaka kamera pokriva vidno polje od 24º×24º i ima optiku sa sedam sočiva i detektorom sastavljenim od četiri CCID-80 senzora sa 6,8 megapiksela. Fotometrijska preciznost iznosi 200 delova na milion u razdoblju od jednog sata. Četiri kamere pokrivaju područje neba od 24º×96º u bilo kojem trenutku. TESS menjati područje posmatranja svakih 27 dana, tako da mu treba dve godine da pokrije 26 sektora na koje je podeljen nebeski svod, po 13 za svaku hemisferu. TESS zapravo svakih 27 dana pokriva 85% neba, ali većina preostalih 15% već je pokrivena 'Keplerovom' pomenutom K2 misijom.

9
26 sektora na koje je podeljen nebeski svod za TESS. Plavo su sektori koji se posmatraju u određenom trenutku. 

10
Slika za testiranje opreme napravljena pre otpočinjanja naučnih operacija. Kadar je centriran na sazvežđe Centaurus. U gornjem desnom ćošku se vidi Coalsack Nebula, a dole levo je Beta Centauri.

11
Regioni pokriveni kamerama TESS-a. Površina je 400 puta veća od one koju je pokrivao 'Kepler'.

Sektori se preklapaju severnije ili južnije od ekliptike, u kojoj se mi nalazimo, što znači da se polovi ekliptike kontinuirano promatraju po gotovo godinu dana i na taj način se detektuju nastanjive planete oko zvezda tipa K. Tokom promatranja određenog sektora neba TESS se koncentrisao na grupu od 15.000 zvezda iz kataloga s ukupno 200.000 zvezda. Koristit će se dve metode promatranja. S jedne strane, sjaj ovih 200.000 zvezda meri se s velikom preciznošću u intervalima od dva minuta, a istovremeno se svakih pola sata pravi potpuna slika čitavog sektora od 24º x 96º (s mnogo više zvezda na svakoj fotografiji). Kao rezultat toga, TESS svaki dan prikuplja po 27 GB podataka, koji se šalju na Zemlju svake dve nedelje.

12
Teleskopske kamere TESS-a.

13
Optički sistem teleskopa.

14
Elementi kamere TESSS-a.

15
Detalji jedne od kamera. 

16
Detalj jedne od četiri detektora kamere.

TESS je u stanju da se usmerava prema nebu s tačnošću od 3,6 lučnih sekundi i stabilnošću usmeravanja koja garantuje da se neće pomerati za više od 0,05 lučnih sekundi svakog sata. Za to ima četiri reakciona točka, jedan od njih je rezervni, i dva zvezdana senzora. Glavni pogonski sistem se sastoji od četiri hidrazinska trastera s delta-V kapacitetom od 268 m/s. Snabdevanje strujom obezbeđuju dva solarna panela koja generišu minimalno 530 vata. Platformu LEOStar-2 na kojoj se temelji TESS koristili su i drugi mali Nasini sateliti kao što su OCO, GALEX ili NuSTAR.

18
Dimenzije TESS-a.

19
Brodski elementi.

20
Detalji korpusa, sa inercionim točkovima i hidrazinskim tankom.

Kako bi olakšao zadatke posmatranja, tim TESS-a je osmislio genijalnu orbitu sa koje mala opservatorija obavlja svoj posao. U tu svrhu, postignut je kompromis između vremena promatranja u svakom sektoru, potrebe za prenosom velike količine podataka na Zemlju i zahtjeva da TESS vrši osmatranja po mogućnosti sa Suncem 'iza leđa' (temperatura CCD-ova mora biti oko -75ºC kako bi se elektronski šum sveo na minimum). Tako je konačna orbita postala vrlo eliptična, sa perigejem od 108.000 km i apogejem od 376.000 km, odn. otprilike na udaljenosti od Meseca. Orbitni period iznosi 13,7 dana a orbita je u rezonansi 2:1 s Mesecom, odn. dok se TESS okrene oko Zemlje dvaput Mesec se okrene jednom. Ovo je prvi put da se koristi takva orbita, koja bi trebala da ostane stailna makar deset godina.

21
Orbite TESS-a. Zelena je početna orbita, plava je transferna nastala nakon proletanja pored Meseca, a crvena je definitivna, nazvana P/2.

22
Neobična orbita TESS-a, 108.000×376.000 km.

Ova rezonanca osigurava da su gravitacioni poremećaji zbog Meseca zanemarivi. Konačna orbita je dostignuta 60 dana nakon lansiranja, a prelet iznad Meseca se dogodio 17. maja 2018, kada je opservatorija preletela na 8253 km iznad površine.

23
Još detalja TESS-ove orbite.

24
Sled događaja vezanih za postizanje konačne orbite.

Prva slika sa opservatorije je stigla na Zemlju 7. avgusta 2018, a puštena je u medije sledećeg meseca. Tokom prve dve godine misije TESS je snimila južnu nebesku sferu (godina 1) i severnu (godina 2). Tokom tog dela misije, TESS je svaki od 26 segmenata neba snimala po 27,4 dana. Prvo južno osmatranje je kompletirano u julu 2019, a prvo severno u julu 2020.

25
Procena planeta koje će TESS otkriti na osnovu njihove veličine.

26
Položaji planeta na nebeskom svodu.


Do danas, TESS ima 172 potvrđene egzoplanete, sa još 4074 koje čekaju potvrdu od naučne zajednice.

Interesantno je da je prvo naučno otkriće misije bila kometa C/2018 N1 detektovana u julu 2018, dok je prva egzoplaneta otkrivena već u septembru iste godine – bila je to super-Zemlja u sistemu Pi Mensae, koja se okretala oko svoje zvezde svakih 6 dana. Istog meseca je otkrivena i vrtoglavo brza planeta LHS 3844 b malo veća od Zemlje, koja se okreće oko zvezde svakih 11 sati! To je jedna od nama najbližih otkrivenih egzoplaneta, udaljena paklenih 14,9 parseka. U aprilu 2019, TESS je objavio da je otkrio prvu planetu veličine naše planete. HD 21749 c je opisana kao 'verovatno kamenita', prečnika 89% Zemljinog, koja se okreće oko zvezde K-tipa jednom na svakih 8 dana. Bila je to deseta otkrivena planeta uz poomoć opservatorije TESS. U januaru 2020. NASA je objavila otkriće TOI 700 d, prve planete veličine Zemlje koja se nalazi u nastanjivoj zoni. Planeta je udaljena oko 100 sv. godina od Kragujevca...

I tako dalje. Nadam se da će broj novootkrivenih planeta rasti, mada lično ne znam šta je tu interesantno. I bez teleskopa znamo da oko mnogih – a možda i oko svih – zvezda kruže planete, ali sve one su extremno negostoljubive i nepogodne za život. Sama statistika kaže da neke od njih ispunjavaju neke uslove za život kakav mi poznajemao, ali – pa šta? Tako nar ja razmišljam o tome. To nije moja tema 

 27

30

 31

 32

 

[1] Nasin heliocentrični teleskop za otkrivanje planeta oko drugih zvezda funkcionisao je skoro 10 godina i posle lansiranja TESS-a radio je još pola godine. Zbog nestanka goriva prestao je s radom 30. 10. 2018. Za vreme mandata, posmatrao je 530.506 zvezda i otkrio 2662 zemljolike planete.

[2] U julu 2012. otkazao je jedan od 4 'Keplerova' reakciona točka, a 10 meseci kasnije i drugi, i više je bilo nemoguće precizno okretati teleskop. Preostala dva su radila 'onako', praveći povremeno probleme. U leto 2013. NASA je objavila da teleskop više neće tražiti planete, ali da će nastaviti da radi uz pomoć trastera i preostalih točkova. U novom režimu, radeći kao precizni fotometar, tražio je supernove, asteroide i komete.

 
Draško Dragović
Author: Draško Dragović
Dipl inž. Drago (Draško) I. Dragović, napisao je više naučno popularnih knjiga, te više stotina članaka za Astronomski magazin i Astronomiju, a učestvovao je i u nekoliko radio i TV emisija i intervjua. Interesuje ga pre svega astronautika i fizika, ali i sve teme savremenih tehnologija XXI veka, čiji detalji i problematika često nisu poznati široj čitalačkoj publici. Izgradio je svoj stil, lak i neformalan, često duhovit i lucidan. Uvek je spreman na saradnju sa svojim čitaocima i otvoren za sve vidove komunikacije i pomoći. Dragovićeve najpoznatije knjige su "KALENDAR KROZ ISTORIJU", "MOLIM TE OBJASNI MI" i nova enciklopedija "NEKA VELIKA OTKRIĆA I PRONALASCI KOJA SU PROMENILA ISTORIJU ČOVEČANSTVA"

Zadnji tekstovi:


Dodaj komentar