ACUTEDIRNDL

Ausgangssituation / Motivation

Die Entwicklung planetarer Atmosphären wird in erster Linie durch Atmosphärenflucht beeinflusst. Messergebnisse von Transits extrasolarer Planeten im UV Spektralbereich zeigten zahlreiche unterschiedliche Phänomene.

Die derzeit existierende Anzahl an Theorien um diese Phänomene zu erklären übersteigt die Anzahl relevanter Transit Beobachtungen. Die meisten Phänomene unterliegen zudem auch zeitlichen Variationen. Die benötigte Beobachtungszeit um diese Phänomene mit all ihren Varianten zu untersuchen, kann von Hubble nicht abgedeckt werden.

Dank der großen Anzahl von Planeten mit kurzer Umlaufzeit, kann Atmosphärenflucht bereits mit relativ einfachen satellitengestützten Teleskopen untersucht werden. Der Massenverlust der Atmosphäre kann mit einem kleinen Teleskop im UV-nahen Spektralbereich (250 - 320 nm) gut beobachtet werden.

Inhalte und Zielsetzungen

2016 wurde mit österreichischer Beteiligung ein Missionsvorschlag für das "Colorado Ultraviolet Transit Experiment" (CUTE) bei der NASA eingereicht. CUTE basiert auf einem 6U großen CubeSat, und soll spektroskopische Beobachtungen im UV-nahen Frequenzbereich durchführen, um die Prozesse des Massenverlusts in planetaren Atmosphären zu studieren.

Der von IWF vorgeschlagene Beitrag zu CUTE umfasst einen CUTE Daten Simulator, ein Programm zur Berechnung des Signal-Rausch-Verhältnisses in Abhängigkeit von der Belichtungszeit und mathematische Modelle um den Einfluss von Fehlern und Störungen im optischen System zu simulieren.

Methodische Vorgehensweise

Basierend auf den Erkenntnissen aus der Simulation soll ein flexibles konfigurierbares Programm zur Datenreduktion an Bord entwickelt werden. Die gesamte Optik des Instruments wird einer Ray-trace Analyse unterzogen. Ausgehende von einer punktförmigen Lichtquelle, wird deren Abbildung auf den Spiegeln und im Linsensystem, bis zur Abbildung des Spektrums am Sensor untersucht.

Diese Analysen werden mit verschiedenen Intensitäten durchgeführt um die Bedingungen für unterschiedliche Sterntypen und deren Leuchtkraft zu simulieren. Zuerst wird man sich auf die nominalen Bedingungen konzentrieren und eine große Anzahl von Referenzspektren generieren, anhand derer die Anforderungen an die Datenreduktion festgelegt und auch die Routinen zur Berechnung des Signal-Rausch-Verhältnisses abgeleitet werden.

Mit Hilfe des Datensimulator werden auch synthetische Daten eines Planetentransit generiert, womit die wissenschaftlichen Teams ihre Auswerte- und Analysealgorithmen optimieren können.

Trotz hohen Aufwands für den mechanisch stabilen Aufbau der Optik sind geringfügige Veränderung auf Grund der hohen Beschleunigungen während des Start unvermeidbar.

Erwartete Ergebnisse

Der Datensimulator erlaubt uns, diese Abweichungen von der nominalen Konfiguration und deren Einfluss auf die Messdaten im Voraus zu simulieren. Dank des Datensimulators können die on-board Routinen der Datenreduktion schon vor dem eigentlichen Messungen hinsichtlich ihrer Funktionalität, Flexibilität geprüft und getestet werden.

Das Projekt umfasst auch die finale Optimierung der Algorithmen mit Hilfe der Messdaten während der ersten Wochen der Inbetriebnahme im Orbit. Das Projekt endet daher erst einige Monate nach dem tatsächlichen Start der Mission.

Projektleitung

Österreichische Akademie der Wissenschaften

Österreichische Akademie der Wissenschaften
Dr. luca Fossati
Schmiedlstraße 6
A-8042 Graz