Nieuwe satelliet gaat op nabije exoplaneten jagen

Sterrenkunde

Vannacht lanceert NASA de satelliet TESS. TESS moet het aantal bekende exoplaneten verdubbelen.

Satelliet TESS gaat met vier camera’s naar relatief nabije exoplaneten speuren. Foto NASA

Bijna 4.000 exoplaneten – planeten buiten ons zonnestelsel – hebben astronomen tot nu toe ontdekt. Maar dat is slechts het topje van een kolossale ijsberg. Alleen ons Melkwegstelsel telt al 200 miljard sterren waarvan de meeste waarschijnlijk een of meer planeten hebben. De NASA-satelliet Tess moet het aantal van 4.000 verdubbelen.

Tess is in de nacht van woensdag op donderdag om 00.50 uur Nederlandse tijd op een raket van het bedrijf SpaceX gelanceerd vanaf Cape Canaveral. Een eerdere lanceerpoging op maandag werd afgeblazen. NASA zei toen de navigatie- en besturingssystemen van de draagraket nader te willen onderzoeken.

Tess, de Transiting Exoplanet Survey Satellite, is niet veel groter dan een koelkast. Hij is uitgerust met vier camera’s die naar relatief nabije exoplaneten gaan speuren. Daartoe zal de satelliet een paar honderdduizend sterren gaan monitoren op planeten die voor hun ster langs trekken. Tijdens zo’n planeetovergang wordt een ster deels afgeschermd, waardoor deze wat minder licht lijkt te geven.

De nieuwe planetensurvey zal echter zeker geen honderdduizenden nieuwe exoplaneten gaan opleveren. In verreweg de meeste gevallen bewegen eventuele planeten, vanaf de aarde gezien, boven of onder hun ster langs. In dat geval vinden er dus geen planeetovergangen plaats.

Manoeuvre duurt twee maanden

De planetensurvey van Tess begint niet direct. Eerst moet de satelliet in haar definitieve omloopbaan worden gemanoeuvreerd – een onderneming die ongeveer twee maanden gaat duren. Naar verwachting zal Tess zich in de loop van deze week melden bij de vluchtleiding en zijn instrumenten en camera’s activeren. Daarna worden alle onderdelen van de satelliet uitvoerig getest. Ook wordt gecontroleerd of de satelliet haar geplande langgerekte omloopbaan heeft bereikt.

Om precieze helderheidsmetingen te kunnen doen moeten de camera’s van Tess nauwkeurig op de sterren worden gericht. Daarom is ervoor gekozen om haar niet in een lage baan om de aarde te laten cirkelen. De ijle uitlopers van de aardatmosfeer en het aardmagnetische veld zouden hinderlijke afwijkingen veroorzaken in de oriëntatie van de satelliet.

Om dit probleem te omzeilen wordt Tess in een ellipsvormige ‘maan-resonante’ omloopbaan gebracht. Het verste punt van deze baan ligt dicht bij de omloopbaan van de maan, 375.000 kilometer van de aarde. Het meest nabije punt ligt aan de andere kant van de aarde, op een afstand van 108.000 kilometer. Rond dit punt seint de satelliet meetgegevens over naar grondstations van NASA.

Omloop duurt twee weken

Elke omloop duurt half zo lang als één omloop van de maan om de aarde: bijna twee weken. Dat heeft als voordeel dat de aantrekkingskracht van de maan kan worden benut om de omloopbaan te stabiliseren. Hierdoor blijft Tess ook zonder bijsturen jarenlang op koers, wat veel brandstof spaart.

Het is de bedoeling dat Tess 85 procent van de hemel gaat verkennen. Dat gebeurt strook voor strook, waarbij het zuidelijk halfrond als eerste aan de beurt komt. Elk van die stroken – 26 in totaal – wordt gedurende 27 aaneengesloten dagen in de gaten gehouden. Omdat de stroken elkaar bij de hemelpolen overlappen, zullen die stukjes hemel bijna continu worden bespied. Dit onderzoeksprogramma duurt twee jaar, maar kan eventueel worden verlengd.

Tess zal twee soorten opnamen maken. Vooraf zijn 200.000 specifieke heldere sterren geselecteerd waarvan om de twee minuten afzonderlijke opnamen van een handvol pixels worden gemaakt, in de strook die op dat moment bekeken wordt. Dat vergroot de kans dat eventueel optredende planeetovergangen ook daadwerkelijk worden geregistreerd.

Nalichtende gammaflitsen

Daarnaast zullen dezelfde camera’s elk half uur ook de complete strook fotograferen. Aan de hand van deze overzichtsopnamen kunnen ook exoplaneten bij andere sterren worden opgespoord. Ook zullen bijna zeker nog passerende planetoïden, supernova-explosies, nalichtende gammaflitsen en andere kortstondige hemelverschijnselen worden vastgelegd. Wat dat allemaal gaat opleveren laat zich moeilijk voorspellen.

De lancering van Tess komt op een goed moment. Een andere NASA-satelliet voor het opsporen van exoplaneten – Kepler – is bijna door zijn brandstof heen. Waarschijnlijk valt al binnen enkele maanden het doek voor deze onderzoeksmissie.

Een echte plaatsvervanger van Kepler is Tess echter niet. Kepler verkende één specifiek, relatief klein hemelgebied, en later nog een paar andere stukjes hemel. Door de aard van zijn instrumentarium werden daarbij voornamelijk exoplaneten op afstanden van 300 tot 3.000 lichtjaar opgespoord. De teller staat inmiddels al op ruim 2.600.

Lees ook: Nabije ster Ross 128 heeft planeet en komt naar ons toe

Exoplaneten op zulk grote afstanden lenen zich eigenlijk niet zo goed voor vervolgwaarnemingen. Om die reden is de TESS-survey vooral gericht op sterren die tien keer dichterbij staan. Dat zal naar schatting een oogst van enkele duizenden exoplaneten opleveren. Een stuk of vijftig daarvan zullen ongeveer zo groot zijn als de aarde.

Zulke relatief nabije exoplaneten zijn heel geschikt voor nader onderzoek met grotere (ruimte)telescopen. Dat kan onder meer duidelijkheid geven over de vraag of een planeet een atmosfeer heeft of niet.

Europees exoplanetenonderzoek

Eind dit jaar zal ook het Europese ruimteagentschap ESA een bijdrage leveren aan het exoplanetenonderzoek. Dat gebeurt met de CHaracterising ExOPlanets Satellite (CHEOPS), een satelliet die opvallend genoeg geen nieuwe exoplaneten zal opsporen.

CHEOPS gaat proberen om planeetovergangen waar te nemen van exoplaneten die hun bestaan al hebben verraden. Het gaat daarbij om planeten die hun moederster enigszins aan het schommelen brengen. Uit de groottes van deze schommelingen kunnen de massa’s van de betreffende planeten worden afgeleid. Hun afmetingen zijn echter nog onbekend en daar moet CHEOPS verandering in brengen.

Update 19-4: Dit artikel is aangepast om aan te geven dat de lancering succesvol is verlopen.