L'oscurità che circonda il telescopio Hale si rompe con una scheggia di cielo blu mentre la cupola inizia ad aprirsi, stridendo di metallo, suoni fantascientifici in cima al monte Palomar della contea di San Diego. Lo storico osservatorio odora del petrolio pompato per supportare i cuscinetti che fanno fluttuare leggermente questo gigantesco telescopio mentre si muove per inseguire le stelle.

Da febbraio 2018, gli scienziati hanno testato uno strumento presso il telescopio Hale chiamato New Mexico Exoplanet Spectroscopic Survey Instrument, o NESSI. Una collaborazione tra il Jet Propulsion Laboratory della NASA a Pasadena, California, e il New Mexico Institute of Mining and Technology, NESSI è stato costruito per esaminare le atmosfere dei pianeti che orbitano attorno alle stelle oltre il nostro Sole, o pianeti extrasolari, fornendo nuove intuizioni su come sono questi mondi.

Finora, NESSI ha verificato due "caldi Giove, " enormi giganti gassosi che orbitano vicino alle loro stelle e troppo roventi per sostenere la vita. Uno, chiamato HD 189773b, ha temperature e venti così estremi che può piovere di vetro lateralmente lì. L'altro, WASP-33b, ha uno strato di atmosfera "protezione solare", con molecole che assorbono la luce ultravioletta e visibile.

Recentemente, NESSI ha osservato questi pianeti attraversare le loro stelle ospiti, dimostrando che lo strumento sarebbe in grado di aiutare a confermare possibili pianeti precedentemente osservati da altri telescopi. Ora è pronto per studi più dettagliati su lontani cugini del nostro sistema solare. E mentre lo strumento è progettato per guardare pianeti molto più grandi della Terra, I metodi di NESSI potrebbero essere utilizzati anche per la ricerca di pianeti delle dimensioni della Terra, una volta che le tecnologie future saranno disponibili.

"NESSI è uno strumento potente per aiutarci a incontrare la famiglia, " ha detto Mark Swain, un astrofisico e il piombo JPL per NESSI. "Venticinque anni fa, a nostra migliore conoscenza, pensavamo di essere soli. Ora sappiamo che, almeno in termini di pianeti, non lo siamo, e che questa famiglia è ampia e molto diversificata."

Perché NESSI

NESSI vede la galassia alla luce infrarossa, che è invisibile all'occhio umano. Fissa le singole stelle per osservare l'attenuazione della luce quando un pianeta passa davanti alla sua stella ospite, un evento chiamato transito. Dal transito, gli astronomi possono scoprire quanto è grande il pianeta rispetto alla sua stella ospite. Quando il pianeta passa direttamente dietro la stella e riemerge, si chiama eclissi. NESSI può cercare tracce di molecole dall'atmosfera del pianeta rilevabili alla luce delle stelle prima e dopo l'eclissi.

Dentro NESSI, dispositivi che focalizzano la luce infrarossa la diffondono in un arcobaleno, o spettro, filtrandolo per particolari lunghezze d'onda che riguardano la chimica atmosferica di pianeti lontani.

"Possiamo individuare le parti dello spettro in cui si trovano le molecole, perché è proprio quello che stiamo cercando nell'infrarosso in questi esopianeti:firme molecolari di cose come anidride carbonica, acqua e metano per dirci che c'è qualcosa di interessante in corso in quel particolare pianeta, " ha detto Michelle Creech-Eakman, investigatore principale per NESSI presso New Mexico Tech.

NESSI è attrezzato per seguire le scoperte di altri osservatori come il Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS) della NASA. TESS scansiona l'intero cielo in luce visibile alla ricerca di pianeti luminosi, stelle vicine, ma i candidati pianeti che scopre devono essere confermati con altri metodi. Questo per assicurarsi che questi segnali rilevati da TESS provengano effettivamente dai transiti planetari, non altre fonti.

NESSI può anche aiutare a collegare la scienza tra TESS e il James Webb Space Telescope della NASA, previsto per il lancio nel 2021. Il più grande, osservatorio spaziale più complesso mai volato, Webb studierà i singoli pianeti per conoscere le loro atmosfere e se contengono molecole associate all'abitabilità. Ma dal momento che il tempo di Webb sarà prezioso, gli scienziati vogliono puntarlo solo verso gli obiettivi più interessanti e accessibili. Per esempio, se NESSI non vede tracce molecolari intorno a un pianeta, ciò implica che le nuvole stanno bloccando la sua atmosfera, rendendo improbabile che sia un buon obiettivo per Webb.

"Questo ci aiuta a vedere se un pianeta è sereno o nuvoloso o nebbioso, " ha detto Rob Zellem, un astrofisico e il commissioning lead del JPL su NESSI. "E se è chiaro, vedremo le molecole. E se poi vediamo le molecole, diranno, "Hey, è un ottimo obiettivo da guardare con James Webb o Hubble o qualsiasi altra cosa.'"

Una finestra sulla galassia

NESSI è nato come concetto nel 2008, quando Swain ha visitato la classe di astrobiologia di Creech-Eakman presso la New Mexico Tech. davanti al caffè, Swain ha raccontato al suo collega delle osservazioni di esopianeti che aveva fatto con un telescopio terrestre che non erano andate bene. Creech-Eakman si rese conto che uno strumento diverso combinato con il telescopio giusto poteva raggiungere gli obiettivi di Swain. Su un tovagliolo, i due hanno abbozzato un'idea per quello che sarebbe diventato NESSI.

Hanno progettato lo strumento per l'Osservatorio Magdalena Ridge a Magdalena, Nuovo Messico. Ma una volta che i ricercatori hanno iniziato a usarlo nell'aprile 2014, lo strumento non ha funzionato come previsto.

Swain ha suggerito di spostare NESSI sul telescopio Hale da 200 pollici di Palomar, che è molto più grande e più potente e anche più accessibile per la squadra. Di proprietà e gestito da Caltech, che gestisce JPL per la NASA, Palomar has designated observing nights for researchers from JPL.

Relocating NESSI—a 5-foot-tall (1.5-meter-tall) blue, cylindrical device with wires coming out of it—wasn't just a matter of placing it on a truck and driving southwest. The electrical and optical systems needed to be reworked for its new host and then tested again. NESSI also needed a way to communicate with a different telescope, so University of Arizona doctoral student Kyle Pearson developed software to operate the instrument at Palomar. By early 2018, NESSI was ready to climb the mountain.

A crane lifted NESSI more than 100 feet (30 meters) to the top of the Hale Telescope on Feb. 1, 2018. Technicians installed the instrument in a "cage" at the Hale's prime focus, which enables all of the light from the 530-ton telescope to be funneled into NESSI's detectors.

The team celebrated NESSI's glimpse of its first star on Feb. 2, 2018, but between limited telescope time and fickle weather, more than a year of testing and troubleshooting would pass (never mind the time the decades-old lift got stuck as Zellem and Swain ascended to the telescope cage).

"We track down the problems and we fix them. That's the name of the game, " Creech-Eakman said.

As the team continued making adjustments in 2019, Swain tapped a local high school student to design a baffle—a cylindrical device to help direct more light to NESSI's sensors. This piece was then 3-D-printed in JPL's machine shop.

When NESSI finally detected transiting planets on Sept. 11, 2019, the team didn't pause to pop open champagne. Researchers are now working out the measurements of HD 189773b's atmosphere. The team has also compiled a list of exoplanets they want to go after next.

"It's really rewarding, finalmente, to see all of our hard work is paying off and that we're getting NESSI to work, " Zellem said. "It's been a long journey, and it's really gratifying to see this happen, especially in real time."