Nhiệm vụ CHEOPS

Experimental Astronomy - Tập 51 Số 1 - Trang 109-151 - 2021
W. Benz1, C. Broeg2, A. Fortier2, N. Rando3, T. Beck2, M. Beck4, D. Queloz4, D. Ehrenreich5, P. F. L. Maxted6, K. G. Isaak7, N. Billot4, Yann Alibert8, R. Alonso9, Carlos Antônio10, J. Asquier3, T. Bandy8, T. Bárczy11, D. Barrado12, S. C. C. Barros13,14, W. Baumjohann15, A. Bekkelien4, Maria Bergomi16, Federico Biondi16, X. Bonfils17, L. Borsato16, Alexis Brandeker18, M.-D. Busch8, J. Cabrera19, V. Cessa2, Sébastien Charnoz20, Bruno Chazelas4, A. Collier Cameron21, C. Corral Van Damme3, David Santiago Diaz Cortes22, Melvyn B. Davies23, M. Deleuil24, A. Deline4, L. Delrez25,26, O. D. S. Demangeon14, Brice-Olivier Demory2, A. Erikson19, Jacopo Farinato16, L. Fossati15, M. Fridlund27, D. Futyan4, D. Gandolfi28, A. García Muñoz29, M. Gillon25, P. Guterman24,30, A. Gutierrez10, J. Hasiba15, Kevin Heng2, E. Romero Hernandez2, S. Hoyer24, L. L. Kiss31, Z. Kovacs11, T. Kuntzer4, Jacques Laskar32, A. Lecavelier des Étangs33, M. Lendl15, A. López22, I. Lora34, C. Lovis4, T. Lüftinger35, Demetrio Magrin16, L. Malvasio2, Luca Marafatto16, H. Michaelis19, D. De Miguel22, D. Modrego34, Matteo Munari36, V. Nascimbeni37, G. Olofsson18, H. Öttacher15, R. Ottensamer35, I. Pagano36, R. Palacios22, Ε. Πάλλη38, G. Peter39, D. Piazza8, G. Piotto16, A. Pizarro22, D. Pollaco40, R. Ragazzoni16, F. Ratti3, H. Rauer19, I. Ribas41, Martin Rieder8, R. Rohlfs2, F. Safa3, M. Salatti42, N. C. Santos13, G. Scandariato36, D. Ségransan4, A. E. Simon2, A. M. S. Smith19, M. Sordet4, S. G. Sousa13, M. Steller15, Gy. M. Szabó31, János Szőke11, Nicolas Thomas8, M. Tschentscher19, S. Udry4, Valérie Van Grootel26, Valentina Viotto16, Ingo Walter39, N. A. Walton43, F. Wildi4, David Wolter19
1Physikalisches Institut [Bern]
2Center for Space and Habitability, University of Bern, Bern, Switzerland
3ESTEC, European Space Agency, Noordwijk, Netherlands
4Observatoire de Genève, University of Geneva, Geneva, Switzerland
5Observatoire Astronomique de l'Université de Genève
6Astrophysics Group, Keele University, Staffordshire, UK
7School of Physics and Astronomy [Cardiff]
8Physikalisches Institut, University of Bern, Bern, Switzerland
9Instituto de Astrofísica de Canarias, La laguna, Tenerife, Spain
10Deimos Engenharia, Lisbon, Portugal
11Admatis, Miskolc, Hungary
12Unidad de Excelencia María de Maeztu - Centro de Astrobiología (INTA-CSIC), Madrid, Spain
13Departamento de Física e Astronomia, Faculdade de Ciências, Universidade do Porto, Porto, Portugal
14Instituto de Astrofísica e Ciências do Espaço, Universidade do Porto, CAUP, Porto, Portugal
15Space Research Institute, Austrian Academy of Sciences, Graz, Austria
16INAF Astronomical Observatory of Padova, Padova, Italy
17Observatoire des Sciences de l'Univers de Grenoble
18Stockholm University, Stockholm, Sweden
19Institute of Planetary Research, German Aerospace Center (DLR), Berlin, Germany
20Institut de Physique du Globe, Paris, France
21University of St Andrews, St Andrews, UK
22AIRBUS Defence, Space Earth Observation, Navigation, Science, Madrid, Spain
23Lund Observatory, Lund University, Lund, Sweden
24Aix Marseille Univ, CNRS, CNES, LAM, Marseille, France
25Astrobiology Research Unit, Université de Liège, Liège, Belgium
26Space sciences, Technologies and Astrophysics Research Institute, Université de Liège, Liège, Belgium
27University of Leiden, Leiden, The Netherlands
28Universita degli Studi di Torino, University of Torino, Torino, Italy
29Zentrum für Astronomie und Astrophysik, Technische Universität Berlin, Berlin, Germany
30Division Technique INSU, La Seyne sur Mer, France
31Konkoly Observatory, Research Centre for Astronomy and Earth Sciences, Budapest, Hungary
32Institut de Mécanique Céleste et de Calcul des Ephémérides
33Institut d’Astrophysique de Paris, Paris, France
34INTA, Instituto Nacional de Técnica Aeroespacial, Torrejòn de Ardoz, Spain
35Department of Astrophysics, University of Vienna, Vienna, Austria
36INAF Astrophysical Observatory of Catania, Catania, Italy
37Department of Physics and Astronomy, University of Padova, Padova, Italy
38Dpto. de Astrofísica, Universidad de La Laguna, Tenerife, Spain
39Institute of Optical Sensor Systems, German Aerospace Center (DLR), Berlin, Germany
40Department of Physics, University of Warwick, Coventry, UK
41Institut de Ciènces de l’Espai (ICE, CSIC), Campus UAB, Bellaterra, Spain
42Italian Space Agency, Rome, Italy
43Institute of Astronomy, University of Cambridge, Cambridge, UK

Tóm tắt

Tóm tắtVệ tinh CHaracterising ExOPlanet (CHEOPS) đã được lựa chọn vào ngày 19 tháng 10 năm 2012, là nhiệm vụ nhỏ đầu tiên (nhiệm vụ S) trong Chương trình Khoa học của ESA và đã thành công trong việc phóng vào ngày 18 tháng 12 năm 2019, như một hành khách thứ cấp trên tên lửa Soyuz-Fregat từ Kourou, Guiana thuộc Pháp. CHEOPS là một sự hợp tác giữa ESA và Thụy Sĩ với những đóng góp quan trọng từ mười Quốc gia thành viên ESA khác. CHEOPS là nhiệm vụ đầu tiên được dành riêng để tìm kiếm hiện tượng đi qua của các exoplanet bằng cách sử dụng phương pháp quang phổ siêu chính xác trên những ngôi sao sáng đã được biết đến có hành tinh. Là một nhiệm vụ tiếp theo, CHEOPS chủ yếu tập trung vào việc cải thiện, khi có thể, các phép đo bán kính đã có hoặc cung cấp các phép đo chính xác đầu tiên cho một tập hợp con của những hành tinh mà khối lượng đã được ước lượng từ các khảo sát quang phổ trên mặt đất. Độ chính xác về quang phổ dự kiến cũng sẽ cho phép CHEOPS không chỉ đo đạc các hiện tượng đi qua mà còn theo dõi các đường cong pha hoặc tìm kiếm các vệ tinh của exoplanet, chẳng hạn. Cuối cùng, bằng cách phát hiện các exoplanet đang đi qua với tiềm năng cao cho việc phân tích sâu, CHEOPS cũng sẽ cung cấp các mục tiêu chính cho các công cụ trong tương lai phù hợp với phân tích quang phổ của bầu khí quyển exoplanet. Để đạt được các mục tiêu khoa học của mình, các yêu cầu về độ chính xác và độ ổn định quang phổ đã được đưa ra cho các ngôi sao có độ sáng từ 6 đến 12 trong băng V. Cụ thể, CHEOPS phải có khả năng phát hiện các hành tinh có kích thước bằng Trái Đất đang đi qua các sao lùn G5 (bán kính sao 0.9R⊙) trong khoảng độ sáng 6 ≤V≤ 9 bằng cách đạt được độ chính xác quang phổ 20 ppm trong thời gian tích hợp 6 giờ. Trong trường hợp của các ngôi sao loại K (bán kính sao 0.7R⊙) với độ sáng trong khoảng 9 ≤V≤ 12, CHEOPS phải có khả năng phát hiện các hành tinh có kích thước tương đương tiểu hành tinh Neptune đạt được độ chính xác quang phổ 85 ppm trong thời gian tích hợp 3 giờ. Độ chính xác này phải được duy trì trong các khoảng thời gian quan sát liên tục lên đến 48 giờ. Độ chính xác và độ ổn định này sẽ được đạt được bằng cách sử dụng một cảm biến CCD đơn, chuyển đổi khung hình, được chiếu sáng từ phía sau tại cụm mặt phẳng tiêu cự của một kính thiên văn Ritchey-Chrétien có đường kính 33,5 cm. Mạng lưới vệ tinh nặng gần 275 kg được khóa vào mặt đất, với độ chính xác chỉ huy khoảng 1 giây cung thiên văn, và sẽ cho phép ít nhất 1 Gbit/ngày truyền dữ liệu xuống. Quỹ đạo đồng bộ mặt trời vào lúc chạng vạng và bình minh ở độ cao 700 km cho phép mặt trời luôn ở phía sau vệ tinh, do đó giảm thiểu ánh sáng tán xạ từ Trái Đất. Thời gian nhiệm vụ dự kiến là 3,5 năm trên quỹ đạo để đảm bảo việc thực hiện chương trình khoa học. Trong thời gian này, 20% thời gian quan sát sẽ được dành cho cộng đồng rộng lớn hơn thông qua lời kêu gọi hàng năm của ESA cho các đề xuất, cũng như thông qua thời gian tùy chọn được chấp thuận bởi Giám đốc Khoa học của ESA. Tại thời điểm viết bài này, công tác kiểm tra CHEOPS đã hoàn thành và CHEOPS đã được chứng minh là đáp ứng tất cả các yêu cầu của nó. Nhiệm vụ hiện đã bắt đầu thực hiện chương trình khoa học của mình.

Từ khóa


Tài liệu tham khảo

Akinsanmi, B., Barros, S.C.C., Santos, N.C., et al.: Detectability of shape deformation in short-period exoplanets. A&A 621, A117 (2019)

Asquier, J., Corral Van Damme, C., Ratti, F., et al.: Cheops: esa first small science mission – from mission concept to satellite integration and validation in 5 years. In: Small Satellites Systems and Services Symposium (2018)

Baglin, A., Auvergne, M., Boisnard, L., et al.: Corot: a high precision photometer for stellar ecolution and exoplanet finding. In: 36th COSPAR Scientific Assembly, vol. 36, p 3749 (2006)

Beck, T., Gambicorti, L., Broeg, C., Cessa, V., et al.: The CHEOPS (characterising exoplanet satellite) mission: telescope optical design, development status and main technical and programmatic challenges. In: Cugny, B., Karafolas, N., Sodnik, Z. (eds.) International Conference on Space Optics — ICSO 2016, vol. 10562, pp 352–359. International Society for Optics and Photonics, SPIE, Bellingham (2017)

Benz, W., Ehrenreich, D., Isaak, K.: Cheops: characterizing exoplanets satellite. In: Handbook of Exoplanets, p 84. Springer, New York (2018)

Bergomi, M., Biondi, F., Magrin, D.T.: From a demonstration model to the flight model: AIV procedures and results for CHEOPS telescope. In: Space Telescopes and Instrumentation 2018: Optical, Infrared, and Millimeter Wave, Society of Photo-Optical Instrumentation Engineers (SPIE) Conference Series, vol. 10698, p 1069854 (2018)

Bergomi, M., Biondi, F., Marafatto, L., et al.: Aligning the demonstration model of CHEOPS. In: Space Telescopes and Instrumentation 2016: Optical, Infrared, and Millimeter Wave, Society of Photo-Optical Instrumentation Engineers (SPIE) Conference Series, vol. 9904, p 990439 (2016)

Bergomi, M., Viotto, V., Magrin, D., et al.: AIV procedure for a CHEOPS demonstration model. In: Space Telescopes and Instrumentation 2014: Optical, Infrared, and Millimeter Wave, Society of Photo-Optical Instrumentation, Engineers (SPIE) Conference Series, vol. 9143, p 91435B (2014)

Chazelas, B., Deline, A., Wildi, F., et al.: Cheops optical calibration campaign. In: Sodnik, Z., Karafolas, N., Cugny, B. (eds.) International Conference on Space Optics — ICSO 2018, vol. 11180, pp 1085–1093. International Society for Optics and Photonics, SPIE, Bellingham (2019)

Christiansen, J., Jenkins, J., Caldwell, D.A., et al.: The derivation, properties, and value of kepler’s combined differential photometric precision. PASP 124(922), 1279 (2012)

Deline, A., Queloz, D., Chazelas, B., et al.: Expected performances of the characterising exoplanet satellite (CHEOPS). I. photometric performances from ground-based calibration. A&A 635, A22 (2020)

Demory, B.O., Gillon, M., Deming, D., et al.: Detection of a transit of the super-Earth 55 Cancri e with warm Spitzer. A&A 533, A114 (2011)

Foreman-Mackey, D., Agol, E., Ambikasaran, S., Angus, R.: Fast and scalable gaussian process modeling with applications to astronomical time series. AJ 154(6), 220 (2017)

Foreman-Mackey, D., Hogg, D.W., Lang, D., Goodman, J.: Emcee: the MCMC hammer. PASP 125(925), 306 (2013)

Futyan, D., Fortier, A., Beck, M.T.: Expected performances of the characterising exoplanet satellite (CHEOPS). II. the CHEOPS simulator. A&A 635, A23 (2020)

Gaia C., Brown, A.G.A., Vallenari, A., Prusti, T., De Bruijne, J.H.J., et al.: Gaia data release 2. summary of the contents and survey properties. A&A 616, A1 (2018)

Gaidos, E., Kitzmann, D., Heng, K.: Exoplanet characterization by multi-observatory transit photometry with TESS and CHEOPS. MNRAS 468(3), 3418–3427 (2017)

Hellard, H., Csizmadia, S., Padovan, S., et al.: Retrieval of the fluid love number k 2 in exoplanetary transit curves. Astrophys. J. 878(2), 119 (2019)

Heng, K., Demory, B.O.: Understanding trends associated with clouds in irradiated exoplanets. Astrophys. J. 777(2), 100 (2013)

Hoyer, S., Guterman, P., Demangeon, O., et al.: Expected performances of the characterising exoplanet satellite (CHEOPS). III. data reduction pipeline: architecture and simulated performances. A&A 635, A24 (2020)

Jackson, B., Barnes, R., Greenberg, R.: Observational evidence for tidal destruction of exoplanets. Astrophys. J. 698(2), 1357–1366 (2009)

Kallinger, T., De Ridder, J., Hekker, S., et al.: The connection between stellar granulation and oscillation as seen by the Kepler mission. A&A 570, A41 (2014)

Koch, D., David, G., Borucki, W.J., et al.: Kepler mission design, realized photometric performance, and early science. ApJL 713, L79–L86 (2010)

Loeschl, P.: Target acquisition for space applications (2018)

Loeschl, P., Ferstl, R., Kerschbaum, F., Ottensamer, R.: On-board target acquisition for CHEOPS. In: Chiozzi, G., Guzman, J.C. (eds.) Software and Cyberinfrastructure for Astronomy IV, vol. 9913, pp 1072–1087. International Society for Optics and Photonics, SPIE, Bellingham (2016)

Magrin, D., Farinato, J., Umbriaco, G., et al.: Shaping the PSF to nearly top-hat profile: CHEOPS laboratory results. In: Space Telescopes and Instrumentation 2014: Optical, Infrared, and Millimeter Wave, Society of Photo-Optical Instrumentation Engineers (SPIE) Conference Series, vol. 9143, p 91434L (2014)

Magrin, D., Viotto, V., Beck, T., et al.: A comparison between the Opto-Thermo-Mechanical model and lab measurements for CHEOPS. In: Space Telescopes and Instrumentation 2018: Optical, Infrared, and Millimeter Wave, Society of Photo-Optical Instrumentation Engineers (SPIE) Conference Series, vol. 10698, p 106983B (2018)

Maxted, P.F.L.: Comparison of the power-2 limb-darkening law from the STAGGER-grid to Kepler light curves of transiting exoplanets. A&A 616, A39 (2018)

Maxted, P.F.L., Gill, S.: Qpower2: a fast and accurate algorithm for the computation of exoplanet transit light curves with the power-2 limb-darkening law. A&A 622, A33 (2019)

Mayor, M., Queloz, D.: A Jupiter-mass companion to a solar-type star. Nature 378, 355–359 (1995)

Pepper, J., Rodriguez, J.E., Collins, K.A., et al.: KELT-11B: a highly inflated sub-saturn exoplanet transiting the V = 8 Subgiant HD 93396. Astronom. J. 153, 215 (2017)

Rando, N., Asquier, J., Corral Van Damme, C., et al.: CHEOPS: the ESA mission for Exo-Planets characterization. In: Lystrup, M., MacEwen, H. A., Fazio, G. G., Batalha, N., Siegler, N., Tong, E. C. (eds.) Space Telescopes and Instrumentation 2018: Optical, Infrared, and Millimeter Wave, vol. 10698, pp 191–0204. International Society for Optics and Photonics, SPIE, Bellingham (2018)

Rando, N., Asquier, J., Corral Van Damme, C., et al.: CHEOPS: the Characterizing Exoplanets Satellite Ready for Launch. In: Hull, T.B., Kim, D.W., Hallibert, P. (eds.) Astronomical Optics: Design, Manufacture, and Test of Space and Ground Systems II, vol. 11116, pp 31–44. International Society for Optics and Photonics, SPIE, Bellingham (2019)

Rauer, H., Catala, C., Aerts, C., et al.: The PLATO 2.0 mission. Exp. Astron. 38, 249–330 (2014)

Ricker, G., Winn, J., Vanderspek, R., et aal: Transiting exoplanet survey satellite (TESS). In: J.M.O., M. Jr., Clampin, G.G., Fazio, H.A., Mac, E. (eds.) Space Telescopes and Instrumentation 2014: Optical, Infrared, and Millimeter Wave, vol. 9143, pp 556–570. International Society for Optics and Photonics, SPIE, Bellingham (2014)

Sulis, S., Lendl, M., Hofmeister, S., et al.: Mitigating flicker noise in high-precision photometry. I. characterization of the noise structure, impact on the inferred transit parameters, and predictions for CHEOPS observations. A&A 636, A70 (2020)

Thiabaud, A., Marboeuf, U., Alibert, Y., et al.: Elemental ratios in stars vs planets. A&A 580, A30 (2015)

Wildi, F., Chazelas, B., Deline, A., Sarajlic, M., Sordet, M.: The CHEOPS calibration bench. In: Cugny, B., Karafolas, N., Sodnik, Z. (eds.) International Conference on Space Optics — ICSO 2016, vol. 10562, pp 1014–1022. International Society for Optics and Photonics, SPIE, Bellingham (2017)

Wong, I., Shporer, A., Daylan, T., et al.: Systematic phase curve study of known transiting systems from Year 1 of the TESS Mission. arXiv:2003.06407 (2020)

Zeng, L., Jacobsen, S., Sasselov, D., et al.: Growth model interpretation of planet size distribution. Proc. Nat. Acad. Sci. 116(20), 9723–9728 (2019)

Thông tin
Thông tin xuất bản

Experimental Astronomy

Tập 51 Số 1

109-151

Thông tin tác giả