La NASA contribuirà con uno strumento a una missione spaziale europea che esplorerà le atmosfere di centinaia di pianeti in orbita attorno a stelle oltre il nostro Sole, o pianeti extrasolari, per la prima volta.

Lo strumento, chiamato il contributo alla spettroscopia ARIEL degli esopianeti, o CASO, aggiunge capacità scientifiche all'indagine di grandi dimensioni sugli esopianeti a infrarossi con telerilevamento atmosferico dell'ESA (l'Agenzia spaziale europea), o ARIELE, missione.

La navicella spaziale ARIEL con CASE a bordo dovrebbe essere lanciata nel 2028. CASE sarà gestito dal Jet Propulsion Laboratory della NASA a Pasadena, California, con l'astrofisico del JPL Mark Swain come ricercatore principale.

"Sono entusiasta del fatto che la NASA collaborerà con l'ESA in questa storica missione per spingere oltre la nostra comprensione di ciò di cui sono fatte le atmosfere degli esopianeti, e come questi pianeti si formano ed evolvono, " ha detto Thomas Zurbuchen, amministratore associato per la direzione della missione scientifica della NASA a Washington. "Più informazioni abbiamo sugli esopianeti, più ci avviciniamo alla comprensione delle origini del nostro sistema solare, e portando avanti la nostra ricerca di pianeti simili alla Terra altrove."

Finora, gli scienziati hanno trovato più di 4, 000 esopianeti confermati nella Via Lattea. Il telescopio spaziale Kepler in pensione della NASA e il Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS) attivo sono due osservatori che hanno contribuito a questo conteggio. Questi telescopi hanno scoperto i pianeti osservando la luminosità della luce di una stella che si attenua quando un pianeta attraversa la sua faccia, un evento chiamato "transito". ARIELE, valigetta, porterà la caccia al pianeta attraverso i transiti un passo avanti, scavando più a fondo nei pianeti già noti per l'esistenza.

ARIEL potrà vedere le impronte chimiche, o "spettri, " dell'atmosfera di un pianeta alla luce della sua stella. Per fare questo, la navicella osserverà la luce delle stelle scorrere attraverso le atmosfere dei pianeti mentre passano davanti alle loro stelle, così come la luce emessa dalle atmosfere dei pianeti appena prima e dopo che scompaiono dietro le loro stelle. Queste impronte digitali permetteranno agli scienziati di studiare le composizioni, temperature, e processi chimici nelle atmosfere dei pianeti osserva ARIEL.

Queste impronte chimiche delle atmosfere degli esopianeti sono estremamente deboli. Identificarli è una grande sfida per gli astronomi, e richiede un telescopio per fissare a lungo le singole stelle. Ma molti osservatori spaziali sono multiuso, e devono suddividere il loro tempo tra diversi tipi di indagini scientifiche. ARIEL sarà la prima navicella spaziale interamente dedicata all'osservazione di centinaia di atmosfere di esopianeti, cercando di identificare i loro contenuti, temperature e processi chimici. L'aggiunta di CASO, che osserverà nuvole e foschie, fornirà un quadro più completo delle atmosfere degli esopianeti osservate da ARIEL.

Finora, i telescopi sono stati solo in grado di sondare attentamente le atmosfere di una manciata di esopianeti per determinarne la chimica. ARIEL è molto più grande, un campione più diversificato consentirà agli scienziati di guardare questi mondi non solo come singoli oggetti esotici, ma come popolazione, e scoprire nuove tendenze nelle loro comunanze e differenze.

Lo strumento CASE sarà sensibile alla luce alle lunghezze d'onda del vicino infrarosso, invisibile agli occhi umani, così come la luce visibile. Questo completa l'altro strumento di ARIEL, chiamato spettrometro a infrarossi, che opera a lunghezze d'onda maggiori. CASE esaminerà specificamente le nuvole e le foschie degli esopianeti, determinando quanto siano comuni, così come influenzano le composizioni e altre proprietà delle atmosfere planetarie. CASE consentirà anche misurazioni dell'albedo di ciascun pianeta, la quantità di luce che il pianeta riflette.

La navicella si concentrerà su pianeti eccezionalmente caldi nella nostra galassia, con temperature superiori a 600 gradi Fahrenheit (320 gradi Celsius). È più probabile che tali pianeti transitino sulla loro stella rispetto ai pianeti che orbitano più lontano, ei loro brevi periodi orbitali offrono maggiori opportunità di osservare i transiti in un dato periodo di tempo. Più transiti danno agli astronomi più dati, permettendo loro di rivelare la debole impronta chimica dell'atmosfera di un pianeta.

La popolazione del pianeta caldo di ARIEL includerà giganti gassosi come Giove, così come pianeti gassosi più piccoli chiamati mini-Nettuno e mondi rocciosi più grandi del nostro pianeta chiamati super-Terre. Mentre questi pianeti sono troppo caldi per ospitare la vita come la conosciamo, ci diranno molto su come si formano ed evolvono i pianeti e i sistemi planetari. Inoltre, le tecniche e le conoscenze apprese nello studio degli esopianeti con ARIEL e CASE saranno utili quando gli scienziati utilizzeranno i futuri telescopi per guardare verso i più piccoli, più freddo, mondi più rocciosi con condizioni più simili a quelle della Terra.

Lo strumento CASE è costituito da due rilevatori e dall'elettronica associata che contribuiscono al sistema di guida di ARIEL. CASE sfrutta gli stessi rivelatori ed elettronica che la NASA sta contribuendo alla missione Euclid dell'ESA, che solleverà domande profonde sulla struttura dell'universo e sui suoi due più grandi componenti misteriosi:la materia oscura e l'energia oscura.

La navicella spaziale ARIEL con CASE a bordo sarà nella stessa orbita del James Webb Space Telescope della NASA, che dovrebbe essere lanciato nel 2021. Entrambi viaggeranno per circa 1 milione di miglia (1,5 milioni di chilometri) dalla Terra a un punto speciale di stabilità gravitazionale chiamato Lagrange Point 2. Questa posizione consente alla navicella spaziale di girare intorno al Sole insieme alla Terra, mentre usa poco carburante per mantenere la sua orbita.

Mentre Webb sarà anche in grado di studiare le atmosfere degli esopianeti, e i suoi strumenti coprono una gamma di luce simile a quella di ARIEL, Webb prenderà di mira un campione più piccolo di esopianeti per studiarlo in modo più dettagliato. Perché il tempo di Webb sarà diviso, condiviso con le indagini su altri aspetti dell'universo, fornirà una conoscenza dettagliata su particolari pianeti extrasolari piuttosto che rilevarne centinaia. ARIEL lancerà diversi anni dopo Webb, quindi sarà in grado di capitalizzare le lezioni apprese da Webb in termini di pianificazione delle osservazioni e selezione dei pianeti da studiare.

"Questo è un momento entusiasmante per la scienza degli esopianeti mentre guardiamo alla prossima generazione di telescopi e strumenti spaziali, " ha detto Paul Hertz, direttore della divisione di astrofisica presso la sede della NASA, Washington. "CASE si aggiunge a una serie eccezionale di tecnologie che ci aiuteranno a capire meglio il nostro posto nella galassia".

CASE è una missione di opportunità degli esploratori di astrofisica, gestito da JPL. L'Astrophysics Explorers Program è gestito dal Goddard Space Flight Center della NASA a Greenbelt, Maryland, per la direzione della missione scientifica presso la sede della NASA a Washington, DC.