NASA 最新的系外行星任務「潘朵拉」(Pandora),也是透過該機構「天體物理學先驅計畫」(Astrophysics Pioneers program)發射的首顆衛星,現正對太陽系外的世界及其繞行的恆星進行獨特的觀測。該任務將確定至少 20 顆系外行星的大氣組成,包括是否存在霧、雲和水。

「潘朵拉任務的數據將有助於填補我們對行星及其母星知識的重大鴻溝,因為目前我們無法完全確定恆星的光線如何影響對系外行星大氣成分的測量結果,」潘朵拉任務首席研究員、位於馬里蘭州格林貝爾特的 NASA 戈達德太空飛行中心(Goddard Space Flight Center)的 Elisa Quintana 表示。「我們設計了潘朵拉太空船及其深入的觀測計畫,以更好地理解這個棘手的問題。」

該任務的結果將為解讀 NASA 詹姆斯·韋伯太空望遠鏡(James Webb Space Telescope)的測量數據,以及未來專注於尋找宜居世界的觀測站奠定堅實的基礎。事實上,潘朵拉的近紅外探測器是原本為韋伯望遠鏡開發的備用品。

「太空船運作正常,所有儀器都如我們所期望的那樣表現良好,」位於加州勞倫斯利佛摩國家實驗室(Lawrence Livermore National Laboratory)的潘朵拉副專案經理 Jordan Karburn 表示。「我們的團隊在調試過程中付出的辛勤努力得到了回報,現在我們可以自信地開始科學觀測了。」

潘朵拉於 1 月 11 日發射進入近地軌道,它是一顆雄心勃勃的小型衛星(SmallSat),由 NASA 的天體物理學先驅計畫資助。先驅計畫旨在透過快速、低成本的任務來探索關於宇宙的引人入勝的問題,這些任務對失敗的容忍度要求較高。

三個因素使潘朵拉獨一無二。它搭載了一個直徑約 18 英吋(45 公分)的新型全鋁望遠鏡;它將同時以可見光和紅外線研究行星及其母星;並且它將比韋伯等旗艦級觀測站觀測目標的時間長得多。

當行星從我們的視角看來從其母星前方經過時,望遠鏡可以採樣行星的大氣。在這個稱為「凌日」(transit)的事件中,一些星光會掠過行星的大氣,然後進入我們的視野。當這些光線與大氣分子相互作用時,它們的化學指紋就會嵌入其中。對於每種分子,天文學家都會看到在特定波長處的亮度下降。

但我們的儀器也會看到來自整個恆星的光,而不僅僅是掠過行星的光。恆星表面並非均勻。它們有較熱、較亮的區域,稱為「譜斑」(faculae),以及較冷、較暗的區域,類似於太陽黑子。兩者都會隨著恆星的自轉而生長、縮小和改變位置。

「水是我們測量以了解系外行星大氣組成和物理條件的最重要分子之一,」麻省理工學院(Massachusetts Institute of Technology)的團隊成員 Benjamin Rackham 表示。「但恆星上的特徵會扭曲我們正在尋找的水訊號。潘朵拉的設計旨在分離行星和恆星的訊號,幫助我們更準確地了解行星,並為最終研究可能孕育生命的行星奠定基礎。」

潘朵拉的望遠鏡由利佛摩實驗室和新罕布夏州基恩市的康寧特種材料公司(Corning Specialty Materials)聯合開發,其探測器構成了任務的核心。探測器將同時捕捉恆星在可見光下的亮度及其近紅外光譜,同時在行星凌日時獲取行星的近紅外光譜。在其為期一年的主要任務期間,潘朵拉將對至少 20 顆系外行星進行 10 次觀測,每次持續 24 小時的長時間凝視,其中包含一次凌日事件。

「潘朵拉的優勢在於它能夠在多個波長下長時間觀測目標,這是像韋伯這樣需求量大的旗艦任務無法經常做到的,」NASA 戈達德任務的專案科學家 Knicole Colón 表示。「結合潘朵拉和韋伯的數據將獨特地使科學家能夠確定恆星表面的特性,並清晰地分離恆星和行星的訊號。」

潘朵拉任務由 NASA 戈達德太空飛行中心領導。勞倫斯利佛摩國家實驗室負責任務的專案管理和工程。潘朵拉的望遠鏡由康寧公司製造,並與利佛摩實驗室合作開發,後者還開發了成像探測器組件、任務的控制電子設備以及所有支援的熱學和機械子系統。近紅外感測器由 NASA 戈達德提供。Blue Canyon Technologies 公司提供了衛星平台,執行了太空船的組裝、整合和環境測試,並提供任務營運支援。位於加州矽谷的 NASA 艾姆斯研究中心(Ames Research Center)負責任務的數據處理。潘朵拉的科學數據可在 NASA 系外行星檔案庫(NASA Exoplanet Archive)取得,該檔案庫由加州理工學院(California Institute of Technology)的 IPAC 營運。亞利桑那大學(University of Arizona)領導潘朵拉的任務營運,並為其科學計畫做出貢獻。許多其他大學也支持科學團隊。