NASA的潘多拉任务将帮助探索外星世界

该插图捕获了系外行星，因为它即将在其恒星前方（或过境）穿越。

为了寻求超越我们自身的宜居行星，NASA正在研究一种称为Pandora的任务概念，该概念最终可以帮助解释我们银河系中遥远世界的大气之谜。根据美国宇航局新的先驱者计划，潘多拉大学选择了四个低成本的天体物理学任务之一，以进一步发展概念，潘多拉将研究大约20颗恒星和系外行星-太阳系外的行星-以精确测量系外行星大气层。

该任务将通过在可见光和红外光下同时长时间观察行星及其恒星，来确定大气成分。最值得注意的是，潘多拉（Pandora）将研究宿主恒星光的变化如何影响系外行星的测量。在确定围绕星点覆盖的恒星运行的行星的大气成分方面，这仍然是一个重大问题，当行星旋转时，这可能会导致亮度变化。

潘多拉卫星是一个名为“小卫星”的小型卫星飞行任务，是获得美国宇航局批准进入“先锋”计划下一阶段开发工作的三个此类轨道飞行任务之一。SmallSats是低成本的太空飞行任务，使该机构得以推进科学探索并增加对太空的访问。潘多拉卫星将在与太阳同步的低地球轨道上运行，该轨道始终使太阳直接位于卫星的后面。该轨道最大程度地减少了卫星上的光变化，使潘多拉盒型拼版版可以长时间获取数据。在被选作进一步研究的SmallSat概念中，潘多拉（Pandora）是唯一专注于系外行星的概念。

此插图（未按比例绘制）描绘了潘多拉星系在太阳同步低地球轨道上的运行轨道，该轨道位于地球表面上方约435至497英里（700至800公里），观察其目标系外行星和恒星。该轨道使潘多拉星球可以长期获得系外行星的多次观测结果，避光地带有助于避免来自地球的反射光。

美国宇航局位于马里兰州格林贝尔特的戈达德太空飞行中心的天体物理学家，潘多拉的首席研究员艾丽莎·昆塔纳（Elisa Quintana）表示：“系外科学正在从发现行星的时代过渡到大气表征的时代。”“ Pandora专注于试图了解恒星活动如何影响我们对系外行星大气的测量，这将为将来的旨在寻找具有类地球大气层的行星的系外行星飞行奠定基础。”

最大限度地发挥科学潜力

潘多拉行星通过调查行星在其主恒星前方（或过境）穿过时的行星，专注于研究系外行星和恒星大气。为了实现这一目标，潘多拉（Pandora）将利用一种经过验证的技术，称为过境光谱学，该技术涉及测量通过行星大气层过滤的星光量，并将其分成称为光谱的色带。这些颜色编码的信息可以帮助科学家识别行星大气中存在的气体，并可以帮助确定行星是岩石如稀薄的大气层（如地球）还是其气体包裹层较厚（如海王星）。

但是，该任务将使运输光谱学进一步发展。Pandora旨在减轻该技术最关键的挫折之一：恒星污染。加利福尼亚州帕萨迪纳市Caltech的NASA系外行星档案副主任，潘多拉共同研究人员杰西·克里斯蒂安森（Jessie Christiansen）说：“恒星的大气和不断变化的表面特征（如斑点会影响我们的测量结果）”。“为确保我们确实观察到系外行星的大气，我们需要解开行星与恒星的变化。”

此插图描绘了潘多拉星球（Pandora）使用过境光谱学来可靠地识别系外行星在其宿主恒星前通过时的大气成分的过程。

潘多拉将通过在红外和可见光中同时观测恒星和行星外的信号来分离它们。在较短的可见光波长下，更容易检测到恒星污染，因此通过红外和可见光获得大气数据将使科学家更好地区分系外行星大气层和恒星的观测结果。

“恒星污染是使系外行星的精确观测复杂化的关键，”本杰明·拉克汉姆（Benjamin Rackham）说道，他是剑桥麻省理工学院51岁的佩加西b博士后研究员，也是潘多拉大学的联合研究员。“潘多拉卫星将帮助建立必要的工具来解开恒星和行星信号，使我们能够更好地研究星点和系外大气的特性。”

太空协同

潘多拉（Pandora）与美国国家航空航天局（NASA）的更大任务共同行动，将与定于今年晚些时候发射的詹姆斯·韦伯（James Webb）太空望远镜同时运行。韦伯将提供以前所未有的精度研究像地球一样小的系外行星大气的能力，潘多拉将通过观测更长时期内先前发现的行星的宿主恒星来寻求扩大望远镜的研究和发现范围。

NASA的过渡系外行星测量卫星（TESS），哈勃太空望远镜以及已退役的Kepler和Spitzer航天器等任务使科学家们对这些遥远的世界产生了惊人的瞥见，并为系外行星的知识奠定了坚实的基础。但是，这些任务尚未完全解决恒星污染问题，在以前的系外行星研究中不确定其严重程度。潘多拉（Pandora）试图填补NASA对行星大气的理解中的这些关键空白，并提高系外行星研究的能力。

“潘多拉是在正确的时间进行正确的任务，因为已经发现了成千上万的系外行星，而且我们知道许多适合于大气特征的绕小活跃恒星轨道的运动，”美国宇航局艾姆斯研究中心的天体物理学家杰西·多森说。加利福尼亚的硅谷和潘多拉（Pandora）的副首席研究员。“下一个领域是了解这些行星的大气层，潘多拉（Pandora）将在揭示恒星活动如何影响我们表征大气层的能力方面发挥关键作用。这将是韦伯使命的重要补充。”

探索的发射台

位于加利福尼亚利弗莫尔的劳伦斯·利弗莫尔国家实验室（LLNL）与美国国家航空航天局（NASA）的戈达德太空飞行中心共同领导潘多拉任务。LLNL将管理任务并利用为其他政府机构开发的功能，包括采用低成本的望远镜设计和制造方法，从而通过SmallSat平台实现这种突破性的系外行星科学。

NASA的先驱者计划包括SmallSats，附加到国际空间站的有效载荷以及科学的气球实验，它通过低成本，小型硬件任务为职业初期到中年的研究人员提供了创新的太空和亚轨道实验。根据这项新计划，潘多拉将按五年时间表运作，预算上限为2000万美元。

尽管有严格的限制，但先驱者计划使Pandora能够专注于重点研究问题，同时吸引来自十几个大学和研究机构的学生和早期职业科学家的精打细算的团队。这个SmallSat平台为小型任务创建了一个出色的蓝图，从而对天体物理学界产生了影响。

Quintana说：“ Pandora在可见光和红外光下的长时间观测是独特的，非常适合SmallSats。”“我们很高兴潘多拉在美国宇航局寻求寻找可能适合居住的其他世界的过程中发挥至关重要的作用。”