Descubrimos los primeros exoplanetas que orbitaban alrededor de un púlsar en 1992. Miles más han sido descubiertos desde entonces.Ese fue el primer paso para identificar otro mundo que pudiera albergar vida.
Ahora los científicos planetarios quieren dar el siguiente paso: el estudio de las atmósferas de los exoplanetas.
La misión ARIEL de la ESA será una poderosa herramienta.
ARIEL significa Encuesta grande de exoplanetas infrarrojos de detección remota atmosférica.Es parte de la Agencia Espacial Europea.Programa Visión Cósmica.El objetivo de ARIEL es estudiar las atmósferas de unos 1.000 exoplanetas previamente identificados.Estudia la composición química y la estructura térmica de la atmósfera.
ARIEL aún se encuentra en la fase de estudio de diseño, con una fecha tentativa de lanzamiento hasta 2028. El planificador de la misión todavía está trabajando en algunos de los detalles importantes de la misión.Uno de estos detalles incluye la programación automatizada, y un nuevo artículo explora cómo funcionan estas tecnologías y misiones.
la tesis esPlan de la misión de Ariel: programación de mil sondeos de exoplanetas.El autor principal es Juan Carlos Morales, investigador del Institut de Ci`encies de l’Espai en Barcelona, España.Este documento está disponible en el sitio de preimpresión arxiv.org.
La NASA ha logrado encontrar exoplanetas mediante el diseño de misiones como Kepler y TESS.Sin embargo, la misión de ARIEL es estudiar exoplanetas.Pasará más tiempo buscando exoplanetas conocidos que escaneando el cielo para obtener más información.
ARIEL abordará algunas de las cuestiones de la ciencia de los exoplanetas.Explorará la composición de los exoplanetas, la formación y evolución de los sistemas planetarios y los procesos físicos que dan forma a las atmósferas de los exoplanetas.
El conocimiento detallado de las atmósferas de los exoplanetas les dice a los científicos cómo y dónde se formaron.Los planetas se forman a partir de discos protoplanetarios, que son discos de polvo y gas que rodean a las estrellas jóvenes.Cuando los científicos aprenden sobre la composición química de la atmósfera y la estructura térmica de la atmósfera, pueden comprender mejor dónde ya qué velocidad se forman los planetas en el disco.
Los hallazgos científicos de ARIEL también pueden abordar otras preguntas.Una de esas preguntas es cómo comenzó la vida en la Tierra.
La Tierra se formó de la misma manera que los exoplanetas: a partir del disco protoplanetario.Sin embargo, la evidencia del comienzo de la vida hace mucho tiempo que desapareció del registro geológico de la Tierra.La observación de exoplanetas puede ayudar a responder preguntas sobre el origen de la vida.Si ARIEL puede mostrar cómo evolucionaron los entornos físicos y químicos de los planetas similares a la Tierra, podría proporcionar una visión virtual de la Tierra primitiva, donde comenzó la vida.
Sin embargo, para lograr cualquiera de estos, ARIEL debe usar su tiempo sabiamente.Eso es lo que explora este nuevo artículo.
“La tecnología de programación automatizada se está convirtiendo en una herramienta importante para la planificación eficiente de estudios astronómicos a gran escala”, dice el documento.
Misiones anteriores como Kepler y TESS han sido encuestas.Examinaron áreas predeterminadas del cielo en busca de señales de transporte.Pero Ariel es diferente.Verá una lista predeterminada de objetivos existentes, no un área predeterminada del cielo.Los diseñadores de misiones pueden planificar misiones con mayor precisión y eficiencia porque saben dónde están sus objetivos, cuándo se moverán frente a sus estrellas y cuándo se ocultarán detrás de ellas.Sin embargo, dado que la misión no se basa en la observación pasiva, impone algunas restricciones estrictas al plan.
La ESA está diseñando la misión ARIEL para que dure cuatro años.”Concluimos que Ariel podría lograr el objetivo científico de caracterizar las atmósferas de ~1000 exoplanetas con un tiempo de exposición total que representa aproximadamente el 75-80% de la vida útil de su misión”.
ARIEL también observará algunos exoplanetas en órbita completa.A medida que el planeta gira alrededor de la estrella, observará cómo cambia el espectro.estos soncurva de fase, y pueden proporcionar una imagen más detallada de las atmósferas de los exoplanetas que el tránsito y la oclusión.
Sin embargo, el ARIEL debe equilibrar más que las curvas de paso, cobertura y fase.Otras tareas, como mantener la nave espacial en órbita y las observaciones auxiliares, también forman parte de la ecuación del cronograma.Los instrumentos de ARIEL requieren una recalibración periódica mediante la observación de estrellas G brillantes.La calibración puede tardar hasta 300 horas al año, aproximadamente el 3 % de la misión.El mantenimiento de la estación toma alrededor de 4 horas por mes o 50 horas por año.Esto agrega alrededor del 0,6% de la misión.
Todos estos factores limitan el horario.En el documento, los autores analizan métodos heurísticos, algoritmos y temas relacionados que están más allá del alcance de este artículo.Sus métodos de programación incluyen una combinación de cálculos evolutivos, algoritmos genéticos, algoritmos evolutivos y un subconjunto de EC llamado inteligencia SWARM.Los lectores interesados pueden echar un vistazo más de cerca al documento.
En el corazón del cronograma de ARIEL se encuentra la lista de objetivos.En este nuevo artículo, los autores trabajan con el Programa de referencia de la misión (MRS), una combinación de objetivos de exoplanetas conocidos y objetivos aún no encontrados por TESS.Dividieron los objetivos en niveles según el tipo de observación que querían realizar en el objetivo y la cantidad de tiempo de observación requerido para el objetivo.Por ejemplo, un objetivo de nivel 1 contiene todos los planetas en el MRS en el espectro de baja resolución, y el nivel 2 es un subconjunto de ~600 planetas en el MRS completo en el espectro de resolución media.La etapa 3 son los 50 exoplanetas más interesantes que orbitan estrellas brillantes que se observan durante más tiempo para obtener espectros de resolución completa.
Los objetivos de nivel 3 tienen prioridad sobre los objetivos de nivel 2, que tienen mayor prioridad que los objetivos de nivel 1.Es fácil ver cuán complejos pueden ser los cronogramas y por qué los diseñadores de misiones usan IA y métodos relacionados para garantizar los resultados más científicos.Sin embargo, es mucho más complicado ya que el diseñador de la misión espera poder completar otras observaciones fuera del MRS.
Los planetas de nivel 4 están fuera del MRS, pero son un objetivo científico muy deseable.Son sistemas a corto plazo y los científicos quieren que ARIEL observe la curva de fase.Se programará siempre que no afecte los objetivos científicos básicos de la misión.Los autores identificaron 43 objetivos en el Nivel 4, que se subdividen en tres niveles de prioridad.
Luego hay un destino de respaldo en caso de que ARIEL no pueda observar algunos planetas en MRS por varias razones.Hay 1093 exoplanetas de respaldo.
Este artículo proporciona una interesante historia entre bastidores sobre la programación de misiones en la que la mayoría de nosotros no dedicamos mucho tiempo a pensar.Sin embargo, la programación precisa y eficaz es fundamental para el éxito de la misión.Las simulaciones del equipo muestran que las misiones ARIEL se pueden planificar e incluso superar con la suficiente eficacia como para lograr casi cualquier objetivo científico.Como en todas las misiones, puede haber problemas, retrasos y dificultades inesperadas.
“La conclusión principal de las diversas simulaciones del plan de misión de Ariel es que casi cualquier objetivo en la muestra central se puede observar según lo solicitado, mientras se cumplen todos los requisitos y limitaciones de la misión y del sistema”, escribe el equipo.“Solo algo que se puede observar una y otra vez es desafiante y se puede identificar fácilmente usando un planificador”.
El equipo señala que algunos intervalos de tiempo inactivos son inevitables debido a la complejidad del cronograma y las limitaciones de la misión.Pero incluso en ese caso, puede maximizar estos intervalos de tiempo volviendo a observar algunos objetivos para obtener datos más detallados.“De hecho, la cantidad de objetivos bien caracterizados en una submuestra de clase 3 aumenta en un factor de ~2.5 o como respaldo mediante una selección inteligente de objetivos que se volverán a observar”.
ARIEL hará avanzar la ciencia de los exoplanetas al siguiente nivel.En una entrevista con Innovation News Network en 2021, la científica del proyecto ARIEL, Theresa Lueftinger, habló sobre la misión ARIEL y sus expectativas para la ciencia de los exoplanetas en general.”Estoy seguro de que descubrirá cosas que nunca antes había esperado o imaginado”, dijo Lueftinger.“Sucede regularmente en la ciencia, especialmente en la ciencia de los exoplanetas.Eso es lo que hace que nuestras vidas, nuestros trabajos y este campo de la ciencia sean tan emocionantes”.
ARIEL es solo una de las tres misiones de exoplanetas de la ESA.golpes(CCharacterising ExOPlanet Satellite) se lanzó en 2019 y se centra en exoplanetas conocidos que orbitan estrellas brillantes cercanas.Está observando planetas en el rango de tamaño desde Super Earth hasta Neptuno.Su objetivo es determinar su densidad aparente mediante observaciones de alta precisión de estos planetas.
Platón(PLAnetary Transits and Oscillations of stars) se lanzará en 2026 y buscará hasta 1 millón de estrellas para el tránsito de exoplanetas.El objetivo de PLATO es descubrir exoplanetas rocosos alrededor de nuestras estrellas, subgigantes y enanas rojas similares al Sol.El énfasis está en los planetas similares a la Tierra alrededor de la zona habitable donde puede existir agua líquida en la superficie de la estrella.
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