Pronto per entrare in servizio

Cheops, la nuova missione per caccia agli esopianeti dell’ESA, ha completato con successo i suoi quasi tre mesi di messa in servizio in orbita, superando le aspettative per le sue prestazioni. Il satellite, che inizierà le operazioni scientifiche di routine entro la fine di aprile, ha già ottenuto osservazioni promettenti di stelle che ospitano esopianeti noti, con molte scoperte interessanti che dovranno avvenire.

La fase di messa in servizio in orbita è stata un periodo entusiasmante e siamo lieti di essere in grado di soddisfare tutti i requisiti“, afferma Nicola Rando, Cheops project manager presso l’ESA. “La piattaforma satellitare e lo strumento si sono comportati in modo straordinario e sia i centri operativi della missione che quelli scientifici hanno supportato le operazioni in modo impeccabile”.

Lanciato a dicembre 2019, Cheops ha aperto gli occhi sull’universo alla fine di gennaio e poco dopo ha scattato intenzionalmente le sue prime immagini sfocate di stelle. La defocalizzazione deliberata è al centro della strategia di osservazione della missione, che migliora la precisione di misurazione diffondendo la luce proveniente da stelle distanti su molti pixel del suo rivelatore.

La precisione è la chiave nella ricerca sugli esopianeti di oggi. Più di 4000 pianeti sono noti per essere in orbita attorno a stelle diverse dal Sole. Un seguito chiave è iniziare a caratterizzare questi pianeti, fornendo informazioni sulla loro struttura, formazione ed evoluzione.

Adottare le misure necessarie per caratterizzare gli esopianeti attraverso la misurazione precisa delle loro dimensioni, in particolare quelle dei pianeti più piccoli, è esattamente la missione di Cheops. Prima di essere dichiarato pronto per il compito, tuttavia, il piccolo satellite di 1,5 metri ha dovuto superare un gran numero di test.

Prestazione eccezionale

Un'immagine della stella HD 88111, che non è nota per ospitare alcun esopianeta, scattata da Cheope durante la messa in orbita della missione
Cheops image della stella HD 88111. La stella si trova nella costellazione dell’Idra, a circa 175 anni luce dalla Terra, e non è nota per ospitare eventuali pianeti in orbita. Per dimostrare la stabilità del satellite e dello strumento, Cheope ha scattato un’immagine di questa stella ogni 30 secondi per 47 ore consecutive. Credits: ESA/Airbus/CHEOPS Mission Consortium.

Con la prima serie di test in volo, eseguiti tra gennaio e febbraio, gli esperti della missione hanno iniziato ad analizzare la risposta del satellite e in particolare del telescopio e del rivelatore, nell’ambiente spaziale reale. Procedendo verso marzo, Cheops si è concentrata su stelle già note.

Per misurare la performance di Cheops abbiamo prima bisogno di osservare le stelle le cui proprietà sono ben note, le stelle che si comportano bene – scelte a mano per essere molto stabili, senza segni di attività“, afferma Kate Isaak, scienziata del progetto Cheops all’ESA.

Questo approccio ha consentito ai team dell’ESA, del consorzio di missione e di Airbus Spain – il principale contraente – di verificare che il satellite fosse preciso e stabile quanto basta per raggiungere i suoi ambiziosi obiettivi.

Il puntamento è estremamente stabile: ciò significa che mentre il telescopio osserva una stella per ore mentre l’astronave si muove lungo la sua orbita, l’immagine della stella rimane sempre all’interno dello stesso gruppo di pixel nel rivelatore“, spiega Carlos Corral van Damme, Ingegnere principale di sistema dell’ESA per Cheops.

Una stabilità così grande è una combinazione delle eccellenti prestazioni dell’attrezzatura e degli algoritmi di puntamento su misura e sarà particolarmente importante per raggiungere gli obiettivi scientifici della missione. La stabilità termica del telescopio e del rivelatore ha anche dimostrato di essere persino migliore del necessario“, aggiunge Carlos.

Il periodo di messa in servizio ha dimostrato che Cheops raggiunge la precisione fotometrica richiesta e, soprattutto, ha anche dimostrato che il satellite può essere comandato dal team di terra secondo necessità per eseguire le sue osservazioni scientifiche.

Siamo rimasti entusiasti quando ci siamo resi conto che tutti i sistemi funzionavano come previsto o addirittura meglio del previsto“, afferma lo scienziato dello strumento Cheops Andrea Fortier, che ha guidato il team di commissioning del consorzio per l’Università di Berna, in Svizzera.
 

Tempo di esopianeti

Durante le ultime due settimane di messa in servizio in orbita, Cheops ha osservato due stelle che ospitano esopianeti mentre questi “transitavano” di fronte alla loro stella ospite e bloccavano una frazione della luce delle stelle. Osservare i transiti di esopianeti noti è ciò per cui è stata costruita la missione: misurare le dimensioni dei pianeti con precisione e accuratezza senza precedenti e determinare le loro densità combinandole con misurazioni indipendenti delle loro masse.

La prima curva della luce esopianeta ottenuta da Cheope, insieme a un confronto delle dimensioni della stella e del pianeta con il Sole, Giove e la Terra
Durante la sua messa in orbita, la missione Cheops dell’ESA ha osservato il transito di KELT-11b di fronte alla sua stella ospite.
Credits: ESA/Airbus/CHEOPS Mission Consortium.

Uno degli obiettivi era l’HD 93396, una stella gialla subgigante situata a 320 anni luce di distanza, leggermente più fredda e tre volte più grande del nostro Sole. Il focus delle osservazioni era KELT-11b, un pianeta gassoso gonfio di circa il 30% più grande delle dimensioni di Giove, in un’orbita molto più vicina alla stella di quanto Mercurio sia al Sole.

La curva della luce di questa stella mostra un chiaro calo causato dal transito di otto ore di KELT-11b. Da questi dati, gli scienziati hanno determinato con precisione il diametro del pianeta: 181.600 km – con un’incertezza di poco inferiore a 4300 km.

Le misurazioni effettuate da Cheops sono cinque volte più accurate di quelle provenienti dalla Terra, spiega Willy Benz, ricercatore principale del Cheops Mission Consortium e professore di astrofisica presso l’Università di Berna. “Questo ci dà un assaggio di ciò che possiamo ottenere con Cheops nei mesi e negli anni a venire“, afferma.

Il 25 marzo si è svolta una revisione formale delle prestazioni dei satelliti e delle operazioni a terra e Cheops l’ha superato a pieni voti. Con questo, l’ESA ha affidato la responsabilità della gestione della missione al consorzio guidato da Willy Benz.

Nessun rallentamento per il coronavirus

Fortunatamente, le attività di commissioning non sono state influenzate molto dalla conseguente emergenza causata dalla pandemia di coronavirus, che ha portato a misure di allontanamento sociale e restrizioni ai movimenti in Europa per prevenire la diffusione del virus.

Il segmento di terra ha funzionato molto bene sin dall’inizio, il che ci ha permesso di automatizzare completamente la maggior parte delle operazioni per comandare il satellite e downlink dei dati già nelle prime settimane dopo il lancio”, spiega Carlos. “Quando la crisi è emersa a marzo, con le nuove regole e i regolamenti che ne derivano, i sistemi automatizzati hanno significato che l’impatto sulla missione era minimo“.

Cheops sta attualmente passando a operazioni scientifiche di routine, che dovrebbero iniziare prima della fine di aprile. Gli scienziati hanno iniziato ad osservare alcuni dei “primi obiettivi scientifici” – una selezione di stelle e sistemi planetari scelti per mostrare esempi di ciò che la missione può raggiungere: questi includono un pianeta “super-Terra caldo” noto come 55 Cancri e, che è coperto in un oceano di lava, così come il “caldo Nettuno” GJ 436b, che sta perdendo la sua atmosfera a causa del bagliore della sua stella ospite. 

Un’altra stella nella lista delle prossime osservazioni di Cheope è una nana bianca, il primo obiettivo del programma degli osservatori ospiti dell’ESA, che offre agli scienziati l’opportunità di utilizzare la missione e sfruttare le sue capacità di osservazione.

Cheops: la scienza ha inizio – VIDEO

Credit: ESA