De Europese ruimtevaartorganisatie ESA heeft vandaag de ruimtetelescoop Ariel geselecteerd als vierde middelgrote missie (M4). Ariel gaat met bijdragen van SRON de atmosferen analyseren van circa 1000 ‘warme’ planeten die rond nabije sterren draaien. De telescoop maakt daarmee het eerste grootschalige onderzoek naar exoplaneten mogelijk. Ariel moet een antwoord vinden op twee fundamentele vragen: Waar zijn exoplaneten van gemaakt? En hoe ontstaan en evolueren exoplaneten? Ariel gaat naar verwachting in 2028 de ruimte in.
Exoplaneten zijn planeten bij andere sterren dan onze zon. Hoewel er inmiddels zo’n 3700 zijn ontdekt, weten we nog bijna niets van hoe deze planeten eruit zien of wat hun eigenschappen zijn. Dat komt omdat het analyseren van de atmosfeer van exoplaneten met de huidige generatie telescopen op de grond en in de ruimte een enorme uitdaging is. Met de ruimtetelescoop Ariel kan dat straks wel. Ariel gaat in vier jaar spectra nemen van circa 1000 al ontdekte, relatief warme planeten in banen dicht om hun moederster. Dat is een enorme stap vooruit, want deze spectra bevatten veel informatie over de chemische samenstelling van de atmosfeer en over het wolkendek.
Door deze informatie over een groot aantal exoplaneten te verzamelen, kunnen sterrenkundigen dit koppelen aan de vraag hoe en onder welke omstandigheden deze planeten zijn ontstaan en geëvolueerd. Dit met als uiteindelijk doel het antwoord op de vraag hoe ons zonnestelsel is ontstaan en hoe uniek dit is in het universum.
Wetenschap
Warme en hete exoplaneten vormen een prima natuurlijk laboratorium voor onderzoek naar de chemie en vorming van planeten en SRON-onderzoekers zitten straks op de eerste rang bij de analyse en interpretatie van de wetenschappelijke data. SRON-sterrenkundige Michiel Min, lid van het wetenschappelijke team van Ariel: “Met Ariel kunnen we waarschijnlijk nog geen tweede aardes waarnemen. Maar wel al superaardes; dit zijn planeten die een paar keer zo groot zijn als de aarde. Ook hete gasreuzen als Jupiter kunnen we bestuderen, en alle planeten die hier qua massa tussenin zitten. Door spectra te nemen als de planeet voor de ster (transit), achter de ster (puur sterlicht) en langs de ster trekt, krijgen we een volledig spectrum van de planeet zelf. Hieruit kunnen we de samenstelling, temperatuur, structuur en eigenschappen van wolken in de atmosfeer, voor zover aanwezig, afleiden.”
De relatief warme planeten die Ariel gaat bestuderen hebben een goed gemengde atmosfeer, zegt Min. “Dat is een groot voordeel. Dat betekent dat als we naar de bovenste lagen van de atmosfeer kijken, we er vrij zeker van kunnen zijn dat we een goed beeld krijgen van de hele atmosfeer. Een ander voordeel van het bestuderen van warme planeten is dat deze planeten weinig wolken hebben. Wolken verstoren de metingen.” Lees ook de blog op Wetenschap.nu van Michiel Min, programmahoofd voor het exoplaneetprogramma van SRON
Technologie
De spiegel van Ariel vangt zowel zichtbaar als infrarood licht. Ariel krijgt een spectrometer voor infraroodlicht met een golflengte tussen 2 en 8 micrometer, met een middelhoge resolutie. Deze spectrometer rafelt het infrarode licht uiteen om zo de chemische ‘vingerafdrukken’ te vinden van gassen in de planeetatmosferen. Een speciale sensor zorgt ervoor dat de telescoop nauwkeurig op de lichtbron gericht blijft. Deze sensor neemt ook veranderingen in de atmosfeer van de ster waar. Dit is nodig om de variaties in het sterlicht, door bijvoorbeeld zonnevlekken, te onderscheiden van het extreem zwakke signaal van de planeet. De ruimtetelescoop wordt hoogstwaarschijnlijk uitgerust met Europese detectors waarvoor SRON de uitleeselektronica levert.
Selectie
De Ariel-missie is ontwikkeld door een consortium van 60 instituten uit 15 verschillende landen, waaronder Nederland. Hoofdonderzoeker is prof. Giovanna Tinetti (University College London). Ariel werd uiteindelijk verkozen uit 27 missievoorstellen. De missie wordt de vierde middelgrote missie van ESA. Eerder zijn de missies Solar orbiter (2018), Euclid (2020) en PLATO (2024) geselecteerd als middelgrote missies. De exoplaneetmissie PLATO gaat vooral exoplaneten opsporen die voor hun moederster langs trekken (transits). SRON gaat 8 van de 24 camera’s van PLATO testen in een ruimtesimulator.
Feiten en cijfers Ariel
Elliptische spiegel: 1.1 x 0.7 m
Instrumenten: drie fotometrische kanalen en drie lage-resolutie-spectrometers voor golflengtes tussen 0.5 en 7.8 micron.
Duur missie: 4 jaar
Lanceerdatum: 2028
Gewicht payload: ~450 kg
Totale gewicht: ~1200 kg (droog)/1300 kg (lancering)
Bestemming: Lagrange Punt 2 (L2), 1,5 miljoen km van de aarde.
Kosten missie ESA: 450 miljoen euro, plus nationale bijdragen aan de payload
Lanceerder: Ariane-raket 6-2 vanuit Kourou, Frans-Guyana
Lees hier het persbericht van ESA
The consortiums press release:
ARIEL exoplanet mission selected
ESA’s next medium-class science mission
ARIEL, a mission to answer fundamental questions about how planetary systems form and evolve, has been selected by the European Space Agency (ESA) as its next medium-class science mission, due for launch in 2026. During a 4-year mission, ARIEL will observe 1000 planets orbiting distant stars and make the first large-scale survey of the chemistry of exoplanet atmospheres. ESA’s Science Programme Committee announced the selection of ARIEL from three candidate missions on 21st March 2018.
The ARIEL mission has been developed by a consortium of more than 60 institutes from 15 ESA member state countries, including UK, France, Italy, Poland, Spain, the Netherlands, Belgium, Austria, Denmark, Ireland, Hungary, Sweden, Czech Republic, Germany, Portugal, with an additional contribution from NASA in the USA. UK institutions have provided the leadership and planning for ARIEL, including UCL, STFC RAL Space, STFC UK ATC, Cardiff University and the University of Oxford.
ARIEL’s Principal Investigator, Prof Giovanna Tinetti of UCL said, “Although we’ve now discovered around 3800 planets orbiting other stars, the nature of these exoplanets remains largely mysterious. ARIEL will study a statistically large sample of exoplanets to give us a truly representative picture of what these planets are like. This will enable us to answer questions about how the chemistry of a planet links to the environment in which it forms, and how its birth and evolution are affected by its parent star.”
ARIEL will study a diverse population of exoplanets ranging from Jupiter- and Neptune-size planets down to super-Earths, in a wide variety of environments. While some of the planets may be in the habitable zones of their stars, the main focus of the mission will be on warm and hot planets in orbits close to their star.
Warm and hot exoplanets represent a natural laboratory in which to study the chemistry and formation of planets. High temperatures keep different molecular species circulating throughout the atmosphere and prevent them from sinking or forming cloud layers, where they can become hidden from remote detection. The scorching temperatures experienced by planets close to their stars, which can be at temperatures in excess of 2000 degrees Celsius, also mean that more molecules from the planet’s interior make their way into the atmosphere. This provides ARIEL with better information about the planet’s internal composition and the formation history of the planetary system.
ARIEL will have a meter-class telescope primary mirror to collect visible and infrared light from distant star systems. A spectrometer will spread the light into a ‘rainbow’ and extract the chemical fingerprints of gases in the planets’ atmospheres, which become embedded in starlight when a planet passes in front or behind the star. A photometer and guidance system will capture information on the presence on clouds in the atmospheres of the exoplanets and will allow the spacecraft to point to the target star with high stability and precision.
The payload for ARIEL will be amongst the first to be assembled and tested at the STFC RAL Space National Satellite Test Facility, due to be open in mid-2020 following £99 million investment as part of the UK Government’s Industrial Strategy Challenge Fund.
ARIEL will be launched from Kourou in French Guiana and will be placed in orbit around the Lagrange Point 2 (L2), a gravitational balance point 1.5 million kilometres beyond the Earth’s orbit around the Sun. Here, the spacecraft is shielded from the Sun and has a clear view of the whole sky to maximise the possible target exoplanets for observations.
The ARIEL Consortium Project Manager, Paul Eccleston, of STFC RAL Space said “It is wonderful news that ESA have selected ARIEL for the next medium class science mission. The team are very excited to have the opportunity to realise the mission we’ve been developing for the last two years. ARIEL will revolutionise our understanding of how planetary systems form and evolve, helping us put our own solar system into context and compare it to our neighbours in the galaxy.”
