Åtta år med TESS: Satelliten för 337 miljoner dollar som förser världens teleskop med data

Var 13,7:e dag svänger en rymdfarkost i storlek med ett vanligt kökskylskåp nära jorden och dumpar 20 gigabit rå telemetri i Deep Space Network. Det finns inga högupplösta fotografier i denna fjortondagarsleverans. Den består nästan uteslutande av ljuskurvor – ändlösa rader av ljusstyrkemätningar som följer våra närmaste stjärngrannar.

I åtta år har Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS) utfört exakt denna rutin. Uppdraget, som byggdes med en strikt budget på 337 miljoner dollar, var aldrig tänkt att vara huvudnumret. Det fungerar istället som en strategisk spaningsmekanism som tillhandahåller de exakta koordinater som flaggskeppsobservatorier – inklusive det tungt europeiskt stödda James Webb Space Telescope – behöver för att leta efter atmosfäriskt vatten eller metan.

P/2-omloppsbanans trick

När TESS sköts upp 2018 med en SpaceX Falcon 9 – efter två dagars fördröjning för att felsöka ett problem med styr- och navigationssystemet – lade den sig inte i en standardcirkulär bana. För att behålla en fri sikt mot den djupa rymden utan att förbruka sina drivmedelsreserver placerade ingenjörerna den i en "P/2"-omloppsbana.

Denna högellyptiska bana försätter satelliten i en 2:1-resonans med månen. För varje månomlopp cirkulerar TESS exakt två gånger runt jorden. Månens gravitation låser i praktiken fast rymdfarkostens bana i årtionden och ersätter dyra kemiska kurskorrigeringar med banmekanik. Det var första gången denna specifika geometri användes för en rymdfarkost.

Från denna stabila utsiktsplats sveper fyra specialbyggda vidvinkelkameror, utvecklade av MIT:s Lincoln Laboratory, över himlen. De är kalibrerade för att upptäcka en sänkning av en stjärnas ljusstyrka på bara 0,1 procent. Den marginella dämpningen är den enda signaturen av en planet som passerar framför sin värdstjärna.

En leveranskedja för exoplaneter

TESS representerar ett strukturellt skifte i hur rymdorganisationer anskaffar planetära data. Dess föregångare, Kepler, tillbringade år med att stirra längs en smal siktlinje för att bevisa att exoplaneter var statistiskt vanliga. TESS byggdes för att skanna av hela spelbrädet med fokus på de närmaste och ljusstarkaste systemen.

Projektets överlevnad var starkt beroende av att Jeff Volosin vid NASA Goddard höll hårdvaran strikt inom ett finansieringstak för "Explorer-klassen". Med en kostnad på 337 miljoner dollar motsvarar den en bråkdel av de flaggskeppsteleskop den betjänar. MIT:s Sara Seager, uppdragets biträdande vetenskapliga chef, positionerade TESS helt utifrån detta beroendeförhållande. Det är det obligatoriska försteget innan någon högkvalitativ spektralanalys kan äga rum.

Idag bearbetar europeiska astrofysiska institut dessa 13,7-dagars datadumpar för att planera observationsscheman för ESA:s kommande PLATO- och Ariel-uppdrag. Det tunga arbetet med att karakterisera planeter kommer så småningom att falla på dessa mångmiljardprojekt, men deras scheman styrs av koordinaterna som hittats av en budgetbegränsad spejare.

Europa och USA har byggt det tunga glaset. De förlitar sig bara på ett kylskåp i månresonans för att veta vart de ska rikta det.

Källor

• Massachusetts Institute of Technology (MIT)
• NASA Goddard Space Flight Center
• MIT Lincoln Laboratory