早在2017年11月將其從國際空間站部署到低地球軌道之前，這種小型ASTERIA航天器就已經(jīng)有了一個宏偉的目標(biāo)：證明公文包大小的衛(wèi)星可以執(zhí)行更大空間的一些復(fù)雜任務(wù)天文臺用來研究系外行星或太陽系外的行星。即將在《天文雜志》上發(fā)表的一篇新論文描述了ASTERIA(“天文物理學(xué)中的Arcsecond空間望遠(yuǎn)鏡使能研究”的縮寫)不僅展示了它可以執(zhí)行這些任務(wù)，而且還超越了已知的系外行星55 Cancri e。

55 Cancri e炎熱，大約是地球的兩倍，其軌道非常接近其類似太陽的母星?？茖W(xué)家們已經(jīng)知道了行星的位置。尋找它是測試ASTERIA功能的一種方法。微型飛船最初并不是為了進(jìn)行科學(xué)設(shè)計(jì)而設(shè)計(jì)的。相反，作為技術(shù)演示，該任務(wù)的目標(biāo)是為將來的任務(wù)開發(fā)新功能。該團(tuán)隊(duì)的技術(shù)飛躍是制造一種小型飛船，該飛船可以進(jìn)行精確的指向控制-本質(zhì)上是能夠長時間穩(wěn)定地專注于某個物體的能力。

任務(wù)小組的總部設(shè)在南加州的NASA噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室和麻省理工學(xué)院，他們設(shè)計(jì)了新的儀器和硬件，克服了現(xiàn)有的技術(shù)障礙來制造有效載荷。然后他們不得不在太空中測試他們的原型。盡管其主要任務(wù)只有90天，但ASTERIA在小組于去年12月失去聯(lián)系之前接受了3次任務(wù)擴(kuò)展。

CubeSat使用精細(xì)指向控制通過過境方法檢測55 Cancrie ，科學(xué)家在其中尋找由經(jīng)過的行星引起的恒星亮度下降。當(dāng)以這種方式進(jìn)行系外行星探測時，航天器自身的運(yùn)動或振動會在數(shù)據(jù)中產(chǎn)生抖動，這些抖動可能被誤解為恒星亮度的變化。航天器需要保持穩(wěn)定并保持恒星在其視場中居中。這使科學(xué)家能夠準(zhǔn)確地測量恒星的亮度，并識別表明行星已經(jīng)通過了它的前面的微小變化，從而阻止了它的某些光線。

ASTERIA緊隨加拿大航天局發(fā)射的一顆名為MOST(恒星微變率和振蕩)的小型衛(wèi)星的腳步，該衛(wèi)星在2011年進(jìn)行了55 Cancri e的首次過境探測。MOST大約是ASTERIA體積的六倍，對于天體物理學(xué)衛(wèi)星而言仍然很小。配備了5.9英寸(15厘米)望遠(yuǎn)鏡的MOST能夠收集的光線是ASTERIA的六倍，后者攜帶了2.4英寸(6厘米)望遠(yuǎn)鏡。因?yàn)?5 Cancri e只能阻擋其宿主恒星的0.04%的光線，所以這對于ASTERIA來說是一個極具挑戰(zhàn)性的目標(biāo)。

JPL的ASTERIA系外行星科學(xué)團(tuán)隊(duì)首席研究員Vanessa Bailey表示：“檢測系外行星令人興奮，因?yàn)樗砻髁诉@些新技術(shù)如何在實(shí)際應(yīng)用中融合在一起。” “ ASTERIA的任務(wù)已經(jīng)完成了20多個月，為我們提供了寶貴的額外時間從事科學(xué)工作，這一事實(shí)凸顯了JPL和MIT所做的出色工程。”

大功績

該任務(wù)進(jìn)行了所謂的邊緣探測，這意味著從運(yùn)輸過程中獲得的數(shù)據(jù)本身并不能說服科學(xué)家說地球已經(jīng)存在。(看起來類似于行星飛行的虛弱信號可能是由其他現(xiàn)象引起的，因此科學(xué)家對宣布行星探測具有很高的標(biāo)準(zhǔn)。)但是，通過將CubeSat的數(shù)據(jù)與先前對行星的觀測結(jié)果進(jìn)行比較，研究小組確認(rèn)它們確實(shí)是看到55 Cancri e。作為技術(shù)演示，ASTERIA還沒有進(jìn)行科學(xué)任務(wù)的典型啟動前準(zhǔn)備工作，這意味著團(tuán)隊(duì)必須做更多工作以確保其檢測的準(zhǔn)確性。

麻省理工學(xué)院Haystack天文臺的ASTERIA項(xiàng)目科學(xué)家，研究的主要作者M(jìn)ary Knapp說：“我們用一個甚至沒有進(jìn)行科學(xué)探測的優(yōu)化的小型望遠(yuǎn)鏡追趕一個硬目標(biāo)，即使我們勉強(qiáng)達(dá)到了目標(biāo)，我們?nèi)匀蛔龅搅恕?rdquo; 。“我認(rèn)為本文驗(yàn)證了激發(fā)ASTERIA任務(wù)的概念：小型航天器可以為天體物理學(xué)和天文學(xué)做出貢獻(xiàn)。”

雖然不可能將大型的系外行星搜尋航天器(如NASA的過境系外行星勘測衛(wèi)星(TESS))的所有功能整合到CubeSat中，但ASTERIA團(tuán)隊(duì)設(shè)想這些小巧的封裝將為它們提供支持。對時間要求較少的小型衛(wèi)星可用于長時間監(jiān)視恒星，以期發(fā)現(xiàn)未發(fā)現(xiàn)的行星。或者，在大型天文臺發(fā)現(xiàn)一顆行星經(jīng)過其恒星之后，一枚小型衛(wèi)星可以監(jiān)視隨后的過渡，從而釋放出較大的望遠(yuǎn)鏡來做較小的衛(wèi)星無法工作的工作。

麻省理工學(xué)院ASTERIA首席研究員，天體物理學(xué)家Sara Seager最近獲得了NASA天體科學(xué)小衛(wèi)星研究的資助，以制定后續(xù)ASTERIA的任務(wù)概念。該提案描述了一個由六顆衛(wèi)星組成的星座，大約是ASTERIA的兩倍，它們將在附近類似太陽的恒星周圍搜索大小類似于地球的系外行星。

思維小

為了制造歷史上最小的尋星衛(wèi)星，ASTERIA并不僅僅是縮小大型航天器上使用的硬件。在許多情況下，他們不得不采用更具創(chuàng)新性的方法。例如，MOST 衛(wèi)星使用的相機(jī)帶有電荷耦合器件(CCD)檢測器，這在空間衛(wèi)星中很常見;另一方面，ASTERIA配備了互補(bǔ)的金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)檢測器，這是一種成熟的技術(shù)，通常用于精確測量紅外光而非可見光的亮度。與CCD相比，ASTERIA的基于CMOS的可見光相機(jī)具有多項(xiàng)優(yōu)勢。大一點(diǎn)：它使ASTERIA保持較小，因?yàn)樗谑覝叵逻\(yùn)行，從而無需冷CCD所需的大型冷卻系統(tǒng)。

JPL ASTERIA的聯(lián)合研究員兼科學(xué)數(shù)據(jù)分析聯(lián)合負(fù)責(zé)人Akshata Krishnamurthy說：“這項(xiàng)任務(wù)主要是關(guān)于學(xué)習(xí)的。“我們發(fā)現(xiàn)了太多事情，未來的小型衛(wèi)星將能夠做得更好，因?yàn)槲覀兪紫日故玖思夹g(shù)和能力。我認(rèn)為我們已經(jīng)打開了大門。”