После запуска EXCITE будет летать на высоте около 40 км над поверхностью земли, то есть выше 99,5 процента земной атмосферы. На такой высоте телескоп сможет наблюдать большее количество инфракрасных волн с минимальными помехами, чем это возможно на Земле.
Таким образом, EXCITE сможет получать трехмерные изображения атмосферы и температурных профилей планет, за которыми он будет наблюдать, и собирать данные в течение всего времени, пока планеты будут вращаться вокруг своих звезд. Измерения, которые до сих пор проводились космическими телескопами очень редко, требуют очень стабильного телескопа, способного следить за планетой в течение нескольких дней подряд.
Перед запуском EXCITE должен будет совершить испытательный полет осенью 2024 года с космодрома Форт Самнер, штат Нью-Мексико. На этом видео показан рендер EXCITE в полете.
Как будет работать EXCITE?
С высоты 40 км EXCITE будет собирать инфракрасный свет от наблюдаемых планет и направлять его в бортовой спектрометр. Здесь свет пройдет через небольшую полосу препятствий, отразится от зеркал и пройдет через призму, прежде чем попадет на детектор.
Спектрометр находится в сосуде под названием криостат, расположенном за телескопом. Криостат охлаждает детектор спектрометра, который когда-то был кандидатом на полет в приборе NIRSpec (Near InfraRed Spectrograph), до температуры около -210 градусов Цельсия, чтобы можно было измерять небольшие изменения интенсивности инфракрасного света.
Весь телескоп и криостат в сборе покоятся на основании в форме гребной лодки, где он может вращаться по трем осям для поддержания стабильного наведения вниз на время до 50 миллиаркосекунд.
EXCITE был построен в основном силами НАСА Годдарда, Брауна, Университета штата Аризона и StarSpec Technologies в Онтарио при дополнительной поддержке коллабораторов из США, Канады, Италии и Великобритании.
Что он будет изучать?
EXCITE будет изучать горячие юпитеры. Это гигантские газовые экзопланеты, которые выходят на орбиту раз в один-два дня и имеют температуру порядка тысячи градусов. Эти миры заперты в приливной зоне, то есть одной стороной они всегда обращены к звезде.
Телескоп будет наблюдать, как распределяется тепло на этих планетах — от горячего полушария, обращенного к звезде, к относительно более прохладной ночной стороне.
Он также определит, как молекулы в атмосфере планеты поглощают и излучают свет на протяжении всей ее орбиты — этот процесс называется фазово-разрешенной спектроскопией. Эти данные могут не только показать наличие атмосферных соединений, таких как вода, метан, углекислый газ и другие, но и то, как они циркулируют в глобальном масштабе по мере того, как планета вращается вокруг своей звезды.
Почему на воздушном шаре?
До сих пор только космические телескопы «Хаббл», «Джеймс Уэбб» и «Спитцер» собрали несколько измерений, аналогичных тем, которые получит EXCITE. Например, в 2014 году Хаббл и Спитцер наблюдали за экзопланетой WASP-43 b: чтобы собрать данные за 22-часовой день этой планеты, ученым потребовалось 60 часов работы Хаббла и 46 часов работы Спитцера. Определенно много.
Поэтому подобные исследования на космических обсерваториях — дело непростое. Время — ограниченный ресурс, а на каждый временной слот этих телескопов приходятся сотни запросов.
С другой стороны, научные аэростаты НАСА обеспечивают частый и недорогой доступ в ближний космос для проведения научных исследований и совершенствования технологий в таких областях, как астрофизика, гелиофизика и исследования атмосферы.
Во время своего первого научного полета EXCITE намерен пролететь более дюжины дней с площадки Columbia Scientific Balloon Facility в Антарктиде. В районе полюса, звезды, на которые будет нацелен EXCITE, не заходят, поэтому наблюдения не будут прерываться. «Мы надеемся, что миссия фактически удвоит количество спектров с фазовым разрешением, доступных научному сообществу«, — сказал Кайл Хелсон, член команды EXCITE и исследователь из Университета Мэриленда и НАСА Годдард.