ESA:s exoplanetuppdrag Ariel, planerad att lanseras 2029, har gått från studie till implementeringsfas, varefter en industrientreprenör kommer att väljas för att bygga rymdfarkosten.

Ariel, det atmosfäriska fjärravkännande infraröda exoplanetens stora undersökningsuppdrag, tar upp ett av nyckelteman i ESA:s Cosmic Vision-program:Vilka är förutsättningarna för planetbildning och uppkomsten av liv? Ariel kommer att studera vad exoplaneter är gjorda av, hur de bildades och hur de utvecklas, genom att kartlägga ett varierat urval av omkring 1000 planetariska atmosfärer samtidigt i synliga och infraröda våglängder.

Det är det första uppdraget dedikerat till att mäta den kemiska sammansättningen och termiska strukturerna hos exoplaneter, koppla dem till värdstjärnans miljö. Detta kommer att fylla en betydande lucka i vår kunskap om hur planetens kemi är kopplad till miljön där den bildades, eller om typen av värdstjärna driver fysiken och kemin i planetens evolution.

Observationer av dessa världar kommer att ge insikter i de tidiga stadierna av planetarisk och atmosfärisk bildning, och deras efterföljande utveckling, i processen också hjälpa oss att förstå hur vårt eget solsystem passar in i den större bilden av det övergripande kosmos.

Ariel valdes 2018 ut som det fjärde vetenskapsuppdraget i medelklass i ESA:s Cosmic Vision-plan. Det antogs av ESA under byråns möte för vetenskapsprogramkommittén den 12 november, banar väg för byggande.

"Ariel kommer att möjliggöra planetarisk vetenskap långt bortom gränserna för vårt eget solsystem, säger Günther Hasinger, ESA:s vetenskapschef. "Antagandet av Ariel cementerar ESA:s engagemang för exoplanetforskning och kommer att säkerställa att europeiska astronomer ligger i framkanten av detta revolutionerande område under nästa decennium och långt därefter."

Ariel kommer att vara ESA:s tredje dedikerade exoplanetuppdrag att starta inom en tioårsperiod, med varje uppdrag att ta itu med en unik aspekt av exoplanetvetenskap. Cheops, den karakteristiska ExOPlanet-satelliten, lanserades i december 2019, producerar redan vetenskap i världsklass. Platon, uppdraget PLANetary Transits and Oscillations of stars, kommer att lanseras under 2026 tidsram för att hitta och studera extrasolära planetsystem, med särskild tonvikt på steniga planeter runt solliknande stjärnor i den beboeliga zonen – avståndet från en stjärna där flytande vatten kan finnas på en planets yta. Ariel, planerad att lanseras 2029, kommer att fokusera på varma och heta planeter, allt från superjordar till gasjättar som kretsar nära sina moderstjärnor, dra fördel av deras välblandade atmosfärer för att dechiffrera deras bulksammansättning.

Under de kommande månaderna, industrin kommer att bli ombedd att lägga anbud på att leverera rymdfarkoster till Ariel. Runt sommaren nästa år, huvudentreprenören kommer att väljas för att bygga den.

Uppdragets nyttolastmodul, som inkluderar ett kryogent teleskop av en meter klass och tillhörande vetenskapliga instrument, tillhandahålls av Ariel Mission Consortium. Konsortiet består av mer än 50 institut från 17 europeiska länder. NASA bidrar också till nyttolasten.

"Efter en intensiv period med att arbeta med de preliminära designkoncepten och på konsolideringen av de nödvändiga teknologierna för att demonstrera uppdragets genomförbarhet, vi är redo att flytta Ariel vidare till implementeringsstadiet, " säger ESA:s Ariel studieledare Ludovic Puig.

Teleskopets spektrometrar kommer att mäta de kemiska fingeravtrycken från en planet när den korsar framför—transiterar—sin värdstjärna, eller går bakom den – en ockultation. Mätningarna kommer också att göra det möjligt för astronomer att observera värdstjärnans nedtoning av planeten med en precision på 10–100 ppm i förhållande till stjärnan.

Ariel kommer att kunna upptäcka tecken på välkända ingredienser i planeternas atmosfärer som vattenånga, koldioxid och metan. Det kommer också att upptäcka mer exotiska metallföreningar för att dechiffrera den övergripande kemiska miljön i det avlägsna solsystemet. För ett utvalt antal planeter, Ariel kommer också att göra en djupgående undersökning av deras molnsystem och studera säsongsbetonade och dagliga atmosfäriska variationer.

"Med Ariel kommer vi att ta exoplanetkarakterisering till nästa nivå genom att studera dessa avlägsna världar både som individer och, viktigt, som befolkningar, i mycket större detalj än någonsin tidigare möjligt, " säger ESA:s Ariel-studieforskare Göran Pilbratt.

"Vår kemiska folkräkning av hundratals solsystem kommer att hjälpa oss att förstå varje planet i sammanhanget av den kemiska miljön och sammansättningen av värdstjärnan, i sin tur hjälper oss att bättre förstå vårt eget kosmiska grannskap, ", tillägger ESA:s Ariel-projektforskare Theresa Lueftinger.

"Vi är glada över att gå in i implementeringsfasen av Ariel-uppdraget, " säger ESA:s Ariel-projektledare Jean-Christophe Salvignol. "Vi går mot den optimala rymdfarkostdesignen för att svara på grundläggande frågor om vår plats i kosmos."

Ariel är planerad till uppskjutning på ESA:s nya Ariane 6-raket från Europas rymdhamn i Kourou, Franska Guyana. Den kommer att fungera från en bana runt den andra Sun-Earth Lagrange-punkten, L2, 1,5 miljoner kilometer direkt bakom jorden sett från solen, på ett första fyraårigt uppdrag. Det ESA-ledda Comet Interceptor-uppdraget kommer att dela resan ut i rymden.