PicSat fue un nanosatélite observatorio francés , diseñado para medir el tránsito de Beta Pictoris b , un exoplaneta que orbita la estrella Beta Pictoris .
PicSat fue diseñado y construido por un equipo de científicos dirigido por el Dr. Sylvestre Lacour, astrofísico e instrumentista del grupo de Alta Resolución Angular en Astrofísica del laboratorio LESIA, en colaboración con el Observatorio de París , la Universidad de Ciencias y Letras de París y el Centro Nacional de Investigación Científica (CNRS) de Francia. Fue lanzado el 12 de enero de 2018 y estuvo en funcionamiento durante más de 10 semanas antes de quedar inactivo el 20 de marzo de 2018. [1] El cubesat se desintegró de su órbita el 3 de octubre de 2023. [2]
Con una edad de unos 23 millones de años, Beta Pictoris es una estrella muy joven. Comparada con el Sol, que tiene 4.500 millones de años, Beta Pictoris tiene aproximadamente el doble de masa y tamaño. Beta Pictoris está relativamente cerca del Sol: a tan solo 63,4 años luz de distancia, lo que la hace brillante y fácil de observar. Esto hace que Beta Pictoris sea interesante para el estudio, ya que permite a los astrónomos aprender más sobre las primeras etapas de la formación de los planetas.
A principios de la década de 1980, se encontró un gran disco de asteroides, polvo, gas y otros desechos alrededor de Beta Pictoris, restos de la formación de la estrella. [3] En 2009, un equipo de astrónomos franceses dirigido por Anne-Marie Lagrange de Grenoble, Francia , descubrió un planeta gaseoso gigante orbitando Beta Pictoris. [4] El planeta, llamado Beta Pictoris b , es aproximadamente siete veces más masivo que Júpiter . Orbita Beta Pictoris desde una distancia de alrededor de diez unidades astronómicas : diez veces la distancia entre la Tierra y el Sol, y aproximadamente la misma distancia entre Saturno y el Sol.
En 2016, se predijo que la esfera de Hill de Beta Pictoris b o el propio planeta pasarían frente a su estrella visto desde la Tierra. [5] La observación detallada de dicho tránsito revelaría información detallada sobre el planeta, como su tamaño exacto, la composición de su atmósfera , su densidad y su composición química. Debido a que Beta Pictoris b es tan joven, esta información revelaría más sobre la formación de planetas gigantes y sistemas planetarios .
Sin embargo, como la órbita de Beta Pictoris b no se conoce bien, el momento del tránsito solo se pudo estimar de manera aproximada. Se predijo que el tránsito ocurriría entre el verano de 2017 y el verano de 2018. Un tránsito del planeta habría durado solo unas pocas horas; un tránsito de la esfera de Hill del planeta habría durado entre días y meses. El monitoreo continuo habría sido la única forma de capturar el fenómeno. Dado que los observatorios terrestres no podrían capturar el tránsito con precisión, ya que era poco probable que el monitoreo continuo a largo plazo funcionara con la atmósfera de la Tierra, los cambios en el ciclo día-noche y los conflictos de programación, solo un satélite podría capturar el tránsito con precisión.
El propósito de PicSat era observar continuamente el brillo de Beta Pictoris para capturar el cambio en el brillo cuando Beta Pictoris b transitaba sobre la estrella y bloqueaba parcialmente la luz.
PicSat, una contracción de "Beta Pictoris" y "satélite", era un CubeSat . PicSat estaba compuesto por tres unidades cúbicas estándar, llamadas "3U", cada una de 10x10x10cm de tamaño. [6]
PicSat fue el primer CubeSat que operó el CNRS. Se diferenciaba de la mayoría de los proyectos CubeSat en que fue desarrollado por profesionales, no por estudiantes. El proyecto comenzó en 2014 cuando Sylvestre Lacour, astrofísico e instrumentista del CNRS francés en el laboratorio LESIA/Observatorio de París, pensó en utilizar un CubeSat para observar el tránsito de Beta Pictoris b. Reunió a un pequeño equipo y diseñaron y construyeron PicSat.
PicSat fue uno de los pocos CubeSats del mundo con un objetivo científico astrofísico y el primer CubeSat en el campo de la ciencia exoplanetaria . El caso científico de PicSat se definió en colaboración con el Dr. Alain Lecavelier des Etangs del Instituto de Astrofísica de París , que había estado trabajando en el sistema Beta Pictoris durante muchos años. El proyecto PicSat también implicó una colaboración con CCERES, el espacio "Center & Campus" de la Universidad de Investigación PSL, y con expertos de la Agencia Espacial Francesa CNES . [7]
PicSat estaba formado por tres unidades cúbicas: la superior y la central albergaban la carga útil del satélite, y la inferior contenía el ordenador de a bordo.
La unidad superior de PicSat contenía un pequeño telescopio con un espejo de cinco centímetros de diámetro. El pequeño tamaño del espejo era suficiente, ya que Beta Pictoris es muy brillante.
La unidad intermedia contenía dos herramientas técnicas innovadoras: su capacidad de seguimiento fino y el uso de una fibra óptica delgada , de 3 micrómetros de diámetro. La fibra, cuyo uso marca la primera vez que se lanzó una fibra óptica al espacio, recibe fotones de luz y los guía a un fotodiodo sensible que mide con precisión el tiempo de llegada de cada fotón individual. El uso de una fibra óptica delgada eliminó otras fuentes de luz, como la luz difusa del cielo y la luz dispersa desde el interior del sistema óptico, que ingresaban al fotodiodo, lo que permitió una medición precisa del brillo de Beta Pictoris. Se agregó un actuador piezoeléctrico de movimiento rápido a PicSat para mantener la fibra óptica rastreada sobre Beta Pictoris, ya que el bamboleo natural de la órbita del satélite afectaría la capacidad de la fibra para rastrear y medir con precisión la estrella.
La unidad cúbica inferior de PicSat contenía la computadora de a bordo para la operación del satélite, la comunicación de la estación terrestre con la Tierra, la orientación del telescopio, el funcionamiento de la batería y otras tareas de monitoreo importantes. [8]
Todo el satélite estaba revestido de paneles solares desplegables que proporcionaban energía a todos los sistemas. El peso total de PicSat era de unos 3,5 kilogramos y su consumo de energía era de unos 5 vatios. [9]
Si PicSat hubiera detectado alguna vez el inicio del tránsito de Beta Pictoris b, o el tránsito de su esfera de Hill, entonces se habría puesto en funcionamiento inmediatamente un telescopio del Observatorio Europeo Austral . [10] Esto fue gracias a una propuesta aceptada por ESO para una oportunidad de observar el tiempo en apoyo del proyecto PicSat, dirigido por el Dr. Flavien Kiefer del Instituto de Astrofísica de París . El Dr. Kiefer era conocido por su trabajo en la detección y observación de exocometas en sistemas estelares como Beta Pictoris. [11]
El telescopio estaba equipado con el instrumento HARPS (High Accuracy Radial Velocity Planet Searcher). [10] Junto con las mediciones de PicSat, los datos de tránsito de HARPS habrían permitido determinar con mayor precisión la órbita y el tamaño del planeta, junto con la composición química de su atmósfera. Si hubiera transitado un cometa , HARPS habría podido determinar la composición química de su atmósfera, que contiene información clave sobre la composición química del sistema estelar en su conjunto y, por lo tanto, sobre su formación y evolución. [12]
PicSat fue lanzado a una órbita terrestre baja polar con una altitud de 600 km el 12 de enero de 2018. El lanzamiento fue realizado por la Organización de Investigación Espacial de la India utilizando un vehículo de lanzamiento de satélites polares en la misión PSLV-C40 . [13]
El satélite era operado desde la estación terrestre PicSat en el Observatorio de París , aunque solo era visible durante unos 30 minutos al día. Dado que PicSat se comunicaba con frecuencias de radioaficionados (lo que se logró con la cooperación de Réseau des Émetteurs Français ), cualquier persona con capacidades de recepción de radio podía sintonizar, recibir y cargar información de PicSat a una base de datos. Se convocó a una gran red de radioaficionados para colaborar en el seguimiento del satélite, recibir sus datos y transmitirlos a la estación terrestre. Los radioaficionados con licencia podían usar PicSat como transpondedor cuando no estaba realizando tareas de observación u otras comunicaciones. [14] El sitio web oficial de PicSat mostraba la información recibida, así como datos actualizados de la curva de luz de Beta Pictoris.
Se predijo que PicSat funcionaría durante un año. [15] Funcionó durante aproximadamente 10 semanas antes de que se perdiera el contacto el 20 de marzo de 2018. [1] Se hicieron intentos de restablecer el contacto. El 30 de marzo se creyó que un equipo de la Universidad Estatal de Morehead restableció el contacto , pero la señal recibida era del satélite TIGRISAT . La misión concluyó oficialmente el 5 de abril.
PicSat recibió apoyo financiero del Consejo Europeo de Investigación (CEI) en el marco del programa de investigación e innovación Horizonte 2020 de la Unión Europea, propuesta Lithium 639248, el CNRS, el Grupo de Laboratorio ESEP, la Universidad de Investigación PSL, la Fundación MERAC, el CNES , CCERES y el Observatorio de París – LESIA. [16]
