Fitxa informativa ESA – Ariel

Nom: Ariel (Enquesta gran d’exoplaneta infraroja amb teledetecció atmosfèrica)

Llançament previst: 2029

Tema de la missió: Realització d’un cens químic d’una gran i diversa mostra d’exoplanetes mitjançant l’anàlisi de les seves atmosferes.

Estat: Ariel va ser seleccionada com la quarta missió mitjana (‘classe M’) a Pla Cosmic Vision 2015-25 de l’ESA el març de 2018. Va ser adoptat el novembre de 2020 i actualment està en desenvolupament.

Objectius de la missió: Tot i que els astrònoms han descobert molts exoplanetes en els darrers anys, encara no han trobat un vincle clar entre les característiques d’un exoplaneta i les de la seva estrella mare. Per fer-ho, l’estudi dels exoplanetes ha de passar de “descobrir” a “estudiar i comprendre”. Es requereix una enquesta a gran escala dels exoplanetes; l’objectiu clau d’Ariel és realitzar aquesta enquesta.

Ariel observarà uns 1000 exoplanetes, que van des de planetes rocosos fins a gegants gasosos. La missió estudiarà la naturalesa d’aquests exoplanetes, tant com a individus com com a poblacions. També supervisarà l’activitat de les seves estrelles amfitriones.

Mitjançant una varietat de tècniques, Ariel detectarà signes d’ingredients coneguts a l’atmosfera dels planetes, com ara vapor d’aigua, diòxid de carboni i metà. També detectarà compostos metàl·lics exòtics per desxifrar l’entorn químic global del sistema estel·lar llunyà. Durant uns quants planetes, Ariel estudiarà els seus núvols i controlarà les variacions de les seves atmosferes tant a escala diària com estacional.

Les observacions d’Ariel d’aquests mons diversos proporcionaran informació sobre les primeres etapes de la formació dels planetes i les seves atmosferes, i la seva evolució al llarg del temps. Això contribuirà a la nostra comprensió del nostre propi Sistema Solar. Les observacions també establiran les bases per a futures recerques de vida en altres llocs de l’Univers i planetes similars a la Terra.

Què té d’especial?: Ariel estudiarà els exoplanetes com a individus i com a grups amb característiques similars, com ara l’edat, la composició i la història de la formació, amb molt més detall que mai. És la primera missió dedicada a mesurar la composició química i els perfils de temperatura atmosfèrica de centenars d’exoplanetes.

Ariel també explorarà com l’estrella amfitriona d’un exoplaneta dóna forma a les condicions del mateix planeta. Si pensem en la Terra, la vida és possible perquè experimentem temperatures on l’aigua pot romandre líquida. Si estiguéssim orbitant un Sol més gran i més calent, l’aigua s’evaporaria, i si estiguéssim orbitant un Sol més petit i més fresc, es congelaria. La mida i la temperatura són importants, però també ho són el vent i l’activitat magnètica: les estrelles amb molta activitat magnètica poden allunyar les atmosferes dels planetes i bombardejar la seva superfície amb radiacions perilloses.

Mitjançant l’estudi de la relació entre els exoplanetes i les seves estrelles hostes, Ariel omplirà un gran buit en el nostre coneixement de com les propietats d’un planeta estan relacionades amb l’entorn en què es va formar, o en altres paraules, si i com el tipus d’estrella hoste impulsa la física i química de l’evolució del planeta.

Nau espacial i instruments: La massa de llançament d’Ariel serà d’aproximadament 1400 kg. La nau espacial inclourà les següents parts clau:

• Un telescopi reflector Cassegrain format per dos miralls, seguit d’un tercer mirall per enfocar la llum. El mirall primari el·líptic mesurarà 1,1 per 0,7 metres.
• Un espectròmetre d’infrarojos anomenat AIRS (espectròmetre d’infrarojos de resolució mitjana Ariel).
• Un mòdul Fine Guidance System (FGS) que conté tres canals de fotòmetre visibles a infraroig proper (dos utilitzats com a sensors d’orientació i per a la ciència) i un espectròmetre d’infraroig proper de baixa resolució.

Viatge i òrbita: S’espera que Ariel es llanci en un Ariane 62juntament amb les ESA Interceptor de cometes missió. El seu destí final és el punt 2 de Lagrange Sol-Terra (L2), 1,5 milions de quilòmetres més enllà de la Terra en direcció lluny del Sol. Des d’una òrbita d’halo al voltant de L2, Ariel cobrirà tot el cel cada tres mesos, amb algunes estrelles visibles durant més del 30% de la vida útil de la missió, depenent de la seva posició en comparació amb l’òrbita d’Ariel.

Tota una vida: Cronologia operativa nominal de quatre anys, amb una possible fase ampliada d’operacions científiques amb una durada de dos anys més.

Llegat: Ariel complementa diverses altres missions d’exoplanetes. És la tercera d’un trio de missions dedicades de l’ESA centrades en diversos aspectes d’aquest tema en ràpida evolució, després de Queopsque es va llançar el 2019, i Platóprevist per al llançament el 2026.

Els possibles exoplanetes objectiu per a Ariel seran identificats i estudiats per una sèrie de missions durant la propera dècada, inclosos Keops i Plató, així com els de l’ESA. Gaiade la NASA TESSi la NASA/ESA/CSA Telescopi espacial James Webb. Tanmateix, Ariel és l’única missió dedicada a realitzar una enquesta espectroscòpica d’una mostra gran i ben definida d’exoplanetes.

Associació: Ariel és una col·laboració entre l’ESA i la Consorci Ariel Mission. Amb la participació de més de 50 instituts de 16 països europeus, el Consorci proporcionarà el mòdul de càrrega útil de la missió, inclòs el telescopi reflector i els instruments científics associats.

Mentrestant, Airbus liderarà el consorci industrial europeu que està construint el satèl·lit i oferirà experiència i suport a l’ESA i al Consorci de la missió Ariel per al desenvolupament del mòdul de càrrega útil.

La NASA i altres agències espacials també contribueixen a la càrrega útil

L’ESA proporcionarà el mòdul de servei, la integració i prova del model de vol de la nau espacial, a més de ser responsable del llançament i les operacions. Després del llançament, les operacions seran realitzades conjuntament per l’ESA i el Consorci.

Fets de la missió d’Ariel

• Explorant les propietats (per exemple, composició química, temperatura) i atmosferes (per exemple, temps, gruix, pressió) d’aproximadament 1000 planetes en trànsit
• Centrant-se en planetes càlids i calents, que van des de les súper Terres fins als gegants gasosos
• Utilitzant espectroscòpia de trànsit i eclipsi (en longituds d’ona de l’infraroig proper) i fotometria (en longituds d’ona visibles)
• Realització d’observacions a llarg termini del mateix sistema d’exoplanetes durant una durada d’entre 10 hores i tres dies
• Observant l’enfosquiment d’una estrella host per un planeta amb una precisió de 10-100 parts per milió en relació amb l’estrella
• Consorci de més de 50 instituts de 16 estats membres de l’ESA