CHEOPS ( Characterising ExOPlanets Satellite ) es un telescopio espacial europeo . Su objetivo es determinar el tamaño de los planetas extrasolares conocidos , lo que permitirá estimar su masa, densidad, composición y formación. Lanzado el 18 de diciembre de 2019, es la primera misión de clase Small del programa científico Cosmic Vision de la ESA. [13]
El pequeño satélite está equipado con un telescopio óptico Ritchey-Chrétien con una apertura de 30 cm, montado sobre una plataforma estándar para satélites pequeños. Se colocó en una órbita heliosincrónica a unos 700 km de altitud.
A finales de la década de 2010 se han descubierto miles de exoplanetas ; [14] algunos tienen mediciones de masa mínima a partir del método de velocidad radial , mientras que otros que se observan en tránsito por sus estrellas madre tienen mediciones de su tamaño físico. Pocos exoplanetas hasta la fecha tienen mediciones muy precisas tanto de masa como de radio, lo que limita la capacidad de estudiar la variedad en densidad aparente que proporcionaría pistas sobre los materiales de los que están hechos y su historia de formación. [15]
Durante la misión prevista, de 3,5 años de duración, CHEOPS medirá el tamaño de exoplanetas en tránsito conocidos que orbitan alrededor de estrellas brillantes y cercanas [16] , así como buscar tránsitos previstos de exoplanetas descubiertos previamente mediante velocidad radial. Los científicos responsables del proyecto esperan que estos exoplanetas en tránsito bien caracterizados sean objetivos principales para observatorios como el Telescopio Espacial James Webb (JWST) o los telescopios extremadamente grandes [17] .
En 2023, la misión se extendió hasta 2026. Durante la misión extendida, se espera que CHEOPS también busque exolunas. [1]
Organizado como una asociación entre la Agencia Espacial Europea (ESA) y la Oficina Espacial Suiza , CHEOPS fue seleccionado en octubre de 2012 entre 26 propuestas como la primera misión espacial de clase S ("pequeña") en el programa Cosmic Vision de la ESA. [16] La ESA es el arquitecto de la misión y responsable de la adquisición de la nave espacial y la oportunidad de lanzamiento. El proyecto está dirigido por el Centro para el Espacio y la Habitabilidad de la Universidad de Berna , Suiza, con contribuciones de otras universidades suizas y europeas. El investigador principal del instrumento científico es Willy Benz en la Universidad de Berna y la científica principal de la ESA es Kate Isaak . Después de una fase de competencia, Airbus Defence and Space en España fue seleccionado como el constructor de la nave espacial. [7] [18] El costo de la misión de la ESA está limitado a 50 millones de euros. [7] Media Lario Srl (Italia) fue responsable del acabado óptico del elemento óptico primario. [19]
CHEOPS se lanzó a bordo de un vehículo de lanzamiento Soyuz-STA el 18 de diciembre de 2019, a las 08:54:20 UTC desde el Centro Espacial Guyanais (CSG) en Kourou , Guayana Francesa . [6] [20] CHEOPS se separó después de dos horas y 23 minutos desde el despegue. [21] La carga útil principal fue el primer satélite de la constelación COSMO-SkyMed de segunda generación de ASI , CSG 1. El lanzador también desplegó tres CubeSats , incluido el OPS-SAT de la ESA . [13] CHEOPS entró en una órbita polar sincrónica al sol de 712 km (442 mi) de altitud .
Tras la apertura de la tapa del telescopio el 29 de enero de 2020, [22] CHEOPS tomó su primera imagen de luz el 7 de febrero de 2020. La imagen está centrada en la estrella HD 70843, una estrella de color blanco amarillento situada a unos 150 años luz de distancia. La estrella fue seleccionada por su brillo y posición en el cielo. Las estrellas de la imagen están borrosas, lo cual es intencionado. El espejo desenfocado distribuye la luz de la estrella por muchos píxeles del detector, lo que hace que las mediciones de la luz estelar sean más precisas. [23] Las primeras imágenes de luz fueron mejores de lo que se esperaba a partir de las pruebas en el laboratorio. Las imágenes eran más suaves y simétricas, lo que podría reducir el ruido causado por el detector y la nave espacial. [24]
En abril de 2020, el telescopio inició sus operaciones científicas. [25]
El satélite tiene unas dimensiones de aproximadamente 1,5 × 1,5 × 1,5 m (4 pies 11 pulgadas × 4 pies 11 pulgadas × 4 pies 11 pulgadas) y una estructura de base hexagonal. El bus satelital de la nave espacial CHEOPS se basa en la plataforma SEOSAT . [11]
Un parasol montado en la plataforma protege el radiador y la carcasa del detector contra el sol, y también cuenta con paneles solares para el subsistema de energía eléctrica. El parasol envuelve el bus hexagonal. [11]
El sistema de control está estabilizado en tres ejes , pero bloqueado en el nadir , lo que garantiza que uno de los ejes de la nave espacial siempre esté apuntando hacia la Tierra . Durante cada órbita, la nave espacial rotará lentamente alrededor de la línea de visión del telescopio para mantener el radiador del plano focal orientado hacia el espacio frío, lo que permite el enfriamiento pasivo del detector. La duración típica de la observación será de 48 horas. Durante una observación típica de 48 horas, CHEOPS tendrá una estabilidad de apuntamiento de mejor que ocho segundos de arco con un 95% de confianza. [11] [26]
El detector, la electrónica de apoyo, el telescopio, la óptica de fondo, el ordenador de instrumentos y el hardware de regulación térmica se conocen colectivamente como el Sistema de Instrumentos CHEOPS (CIS). La precisión fotométrica requerida se logrará utilizando un detector de dispositivo de carga acoplada (CCD) retroiluminado de transferencia de fotogramas único de Teledyne e2v con 1024 × 1024 píxeles y un paso de píxel de 13 μm . El CCD está montado en el plano focal del telescopio y se enfriará pasivamente a 233 K (−40 °C), con una estabilidad térmica de 10 mK. El telescopio es un telescopio Ritchey-Chrétien de tamaño medio f/8, en el eje, con una apertura de 32 cm (13 pulgadas), montado en un banco óptico rígido . [27] La Universidad de Ginebra y la Universidad de Berna proporcionaron el potente fotómetro . [12] Las imágenes de la estrella objetivo se desenfocan deliberadamente para ayudar a una fotometría precisa. [23]
Dos placas de titanio con miles de dibujos en miniatura hechos por niños se han fijado en CHEOPS. Cada placa mide casi 18 × 24 cm (7,1 × 9,4 pulgadas). Las placas, preparadas por un equipo de la Universidad de Ciencias Aplicadas de Berna, se dieron a conocer en una ceremonia dedicada en RUAG el 27 de agosto de 2018. [28] Los dibujos individuales se pueden encontrar en el sitio web de CHEOPS haciendo clic en un mapa de Europa. [29]
El objetivo principal de CHEOPS es la medición precisa del tamaño (radios) de los exoplanetas para los que los estudios espectroscópicos terrestres ya han proporcionado estimaciones de masa. Conocer tanto la masa como el tamaño de los exoplanetas permitirá a los científicos determinar la densidad de los planetas y, por lo tanto, su composición aproximada, por ejemplo, si son gaseosos o rocosos . CHEOPS es el instrumento más eficiente para buscar tránsitos poco profundos y determinar radios precisos para exoplanetas conocidos en el rango de masas de las supertierras a Neptuno (1-6 radios terrestres). [7]
CHEOPS mide señales fotométricas con una precisión limitada por el ruido de fotones estelares de 150 ppm /min para una estrella de magnitud 9. Esto corresponde al tránsito de un planeta del tamaño de la Tierra orbitando una estrella de 0,9 R ☉ en 60 días detectado con un tránsito de relación señal/ruido >10 (profundidad de tránsito de 100 ppm). Por ejemplo, un tránsito del tamaño de la Tierra a través de una estrella G crea una profundidad de 80 ppm [ se necesita más explicación ] .
Los diferentes objetivos científicos requieren 500 puntos de referencia distintos. Suponiendo una hora por punto de referencia, la duración de la misión se estima en 1175 días o 3,2 años. Junto con el 20% de tiempo abierto disponible para la comunidad, la duración total de la misión CHEOPS se estima en 3,5 años. [30]
La nave espacial está alimentada por paneles solares que también forman parte de su parasol . Proporcionan 60 W de energía continua para las operaciones del instrumento y permiten una capacidad de transmisión de datos de al menos 1,2 gigabits /día. [11] La toma de datos comenzó a principios de 2020. [31]
El ochenta por ciento del tiempo de observación científica en CHEOPS se dedica al Programa de Observación de Tiempo Garantizado (GTO) de CHEOPS, bajo la responsabilidad del Equipo Científico de CHEOPS (presidido por Didier Queloz ). [32] La mayor parte del programa GTO implica la caracterización de exoplanetas en tránsito conocidos y la mejora de los parámetros conocidos. Parte del programa GTO es encontrar tránsitos de exoplanetas conocidos que fueron confirmados por otras técnicas, como la velocidad radial , pero no por el método de tránsito. Otra parte del programa GTO incluye la exploración de multisistemas y la búsqueda de planetas adicionales en esos sistemas, por ejemplo utilizando el método de variación del tiempo de tránsito (TTV). [33]
El otro 20% del tiempo de observación científica en CHEOPS se pone a disposición de la comunidad científica en forma de un Programa de Observadores Invitados (GO) administrado por la ESA. Los investigadores pueden enviar propuestas para observaciones con CHEOPS a través de un Programa Anual de Anuncios de Oportunidades (AO). [34] Los proyectos AO-1 aprobados incluyen observaciones de los júpiteres calientes HD 17156 b , Kelt-22A b, [35] el júpiter cálido K2-139b, [36] los multisistemas GJ 9827 , K2-138 , el exoplaneta DS Tuc Ab , [37] 55 Cancri e (probablemente GTO), [38] [39] WASP-189 b [40] y otras observaciones relacionadas con la ciencia de exoplanetas, como planetas alrededor de estrellas que giran rápidamente, material planetario alrededor de enanas blancas y la búsqueda de exocometas en tránsito alrededor de 5 Vulpeculae . [41]
HD 108236 f fue descubierto con CHEOPS. [42]
Se ha publicado un estudio de WASP-189b (un "Júpiter caliente"). [43]
Se ha descubierto que TOI-178 tiene 6 planetas, 5 de ellos con resonancias orbitales. [44] Se han calculado las densidades planetarias.
CHEOPS, complementado con datos de TESS, caracterizó a AU Mic y su planeta b. También confirmó variaciones en el tiempo de tránsito causadas por los planetas exteriores. [45]
TOI-561 es un sistema multiplanetario que se estudió con CHEOPS, HARPS -N y TESS. El estudio confirmó que TOI-561 b es el planeta de período ultracorto con menor densidad . [46]
CHEOPS observó ocultaciones causadas por el planeta 55 Cancri e y pudo observar ocultaciones individuales por primera vez. [47]
Un estudio que buscaba tránsitos alrededor de 6 enanas blancas no detectó ningún tránsito [48] y un estudio para buscar exolunas alrededor de v 2 Lupi d no pudo detectar ningún tránsito adicional. El tránsito completo de v 2 Lupi d se observó por primera vez con CHEOPS, lo que podría ayudar en futuras búsquedas de exolunas alrededor de este planeta. [49]
CHEOPS también ve rastros de otros satélites durante sus observaciones, ya que está en órbita terrestre baja . [50]