Praktická astrofyzika Data z vesmírnych fotometrických misí Marek Skarka 12.12.2022 The photometric method of detecting other planetary systems show affiliations Borucki & Summers 1984, Icarus, 58, 121 Borucki, W. J.; Summers, A. L. The photometric method detects planets orbiting other stars by searching for the reduction in the light flux or the change in the color of the stellar flux that occurs when a planet transits a star. A transit by Jupiter or Saturn would reduce the stellar flux by approximately 1% while a transit by Uranus or Neptune would reduce the stellar flux by 0.1%. A highly characteristic color change with an amplitude approximately 0.1 of that for the flux reduction would also accompany the transit and could be used to verify that the source of the flux reduction was a planetary transit rather than some other phenomenon. Although the precision required to detect major planets is already available with state-of-the-art photometers, the detection of terrestrial-sized planets would require a precision substantially greater than the state-of-the-art and a spaceborne platform to avoid the effects of variations in sky transparency and scintillation. Because the probability is so small of observing a planetary transit during a single observation of a randomly chosen star, the search program must be designed to continuously monitor hundreds or thousands of stars. The most promising approach is to search for large planets with a photometric system that has a single-measurement precision of 0.1%. If it is assumed that large planets will have long-period orbits, and that each star has an average of one large planet, then approximately 10 4 stars must be monitored continuously. To monitor such a large groups of stars simultaneously while maintaining the required photometric precision, a detector array coupled by a fiber-optic bundle to the focal plane of a moderate aperture (= 1 m), wide field of view (=50°) telescope is required. Based on the stated assumptions, a detection rate of one planet per year of observation appears possible. William Borucki nasa Provoz květen 2009-říjen 2018 (došlo palivo) Úkoly Výskyt planet podobných Zemi Výskyt multiplanetárních systémů Statistika velikostí planet a jejich drah Vlastnosti mateřských hvězd Dráha Heliocentrická, 1 au, 372.5 dní Strategie pozorování 1 (Cyg+Lyra)+19 polí (okolo ekliptiky), 4 roky + 19x80 dní Rozměry a váha 1050 kg, 4.7x2.7 m Optika 0.95m deska, 1.4m f/1 zrcadlo Detektor 42 2kx1kCCD (94.6 Mpx) Zorné pole 10.5°x10.5° Kadence 1 nebo 30 minut Přesnost na 15 mag 300 ppm/h Rozlišení 47px Objevených planet -3200 Celkový počet objektů 530000, 8-16 mag Kepler - dráha Primární 4-letá mise - nepřetržité pozorování jednoho pole => nemůže obíhat okolo Země -> oběh okolo Slunce Autumnal Keplers Equinox orbit Projection of ^ photometer axis onto the ecliptic Winter Solstice Summer Solstice 1.005 KeP|er Kepler 4 years 1 Vernal Equinox Launch later year later c a> CD > CD cc •Earth's orbit Kepler's orbit Kepler's position on March 5th of each year 0.995 6867155 1 100 150 200 Time ľRin-PA^áQnni 250 300 Každých 93 dní rotace o 90° - data rozdělena na tzv. Quarters + skoky v datech Kepler - dalekohled Photometer Sun shade Radiator Solid State Recorder Star Trackers (2) Solar Array Reaction Wheels (4) High Gain Antenna Omni-antenna Avionics (1 °' 2) (redundant) Provoz květen 2009-říjen 2018 (došlo palivo) Úkoly Výskyt planet podobných Zemi Výskyt multiplanetárních systémů Statistika velikostí planet a jejich drah Vlastnosti mateřských hvězd Dráha Heliocentrická, 1 au, 372.5 dní Strategie pozorování 1 (Cyg+Lyra)+19 polí (okolo ekliptiky), 4 roky + 19x80 dní Rozměry a váha 1050 kg, 4.7x2.7 m Optika 0.95m deska, 1.4m f/1 zrcadlo Detektor 42 2kx1kCCD (94.6 Mpx) Zorné pole 10.5°x10.5° Kadence 1 nebo 30 minut Přesnost na 15 mag 300 ppm/h Rozlišení 47px Objevených planet -3200 Celkový počet objektů 530000, 8-16 mag Kepler - dalekohled Schmidt Corrector with 0.95 m dia aperture stop Thermal Radiator Primary Mirror 1.4 m dia, ULE Mounting Collet Sunshade 55° solar avoidance Focal Plane Electronics: clock drivers and analog to digital converters Focal Plane: 42 CCDs, >100sqdeq FOV 4 Fine Guidance Sensors Provoz Ukoly Dráha Strategie pozorování Rozměry a váha Optika Detektor 10.5°x10.5° 300 ppm/h květen 2009-říjen 2018 (došlo palivo) Výskyt planet podobných Zemi Výskyt multiplanetárních systémů Statistika velikostí planet a jejich drah Vlastnosti mateřských hvězd_ Heliocentrická, 1 au, 372.5 dní 1 (Cyg+Lyra)+19 polí (okolo ekliptiky), 4 roky + 19x80 dní_ 1050 kg, 4.7x2.7 m 0.95m deska, 1.4m f/1 zrcadlo 42 2kx1kCCD (94.6 Mpx) 1 nebo 30 minut 530000, 8-16 mag Kepler - detektor 6s expozice, které se skládají do 1min a 30min vyčítají se jen předdefinované polohy (tzv stamps) 3 moduly postupně odešly Kepler Focal Plane Layout ECA-504 ECA-503 ECA-502 ECA-501 ECA-500 Mod FGS0 -01 CHI ^33 4«L n ° ^113 Mod FGS1 05 n n U U i1 22 I5 U J I9 n 315^142 Mrt^l Cl C '»Ii Mod 07 424 L Mod -H233 08 Y Mod ..........-• ^ -ihniíiť^riirinm •SUi 2MI 2:1:111 21111 2350 time i Will :>:(7ll (Transiting Exoplanet Survey Satellite) Massachusetts Institute of Technology (MIT) a Smithsonian Astrophysical Observatory (SAO); NASA i Start 18. dubna 2018, začátek měření 24.7.2018 Provoz duben 2018- Úkoly Exoplanety u jasných hvězd, F5-M5, asteroseismologie, kandidáti pro JWST Dráha Vysoká geocentrická, 13.7 dní Strategie x polí, 27.4-352 dní Rozměry a váha 327 kg, 3.7x1.2x1.5 m Optika 0.1 m, f/1.4 Detektor 4x2kx2kCCD (x4) Zorné pole 4x24°x24° Kadence 2 nebo 30 minut Přesnost na 10 mag 200 ppm při 1-hodinové expozici Rozlišení 217px Objevených planet 268, 5931 kandidátů (listopad 2022) Celkový počet objektů 200000 2min, 1 min, 109 30min, 3-15 mag https://tess.mit.edu/ Ricker et al. 2014, SPIE, 914, 20 (Transiting Exoplanet Survey Satellite) CCS co UJ jo 1 - Stars Brighter than J=10 TT|-1—I I I ■ 111J i—i i i 1111|-1—r Known Planets, May 2014 ••I Sub-Neptunes Super-Earths ......I_1_' i..... J_1_ i i i i i III_I_L 1 10 100 Orbital Period (days) Rickeretal. 2014, SPIE, 914, 20 Huang etal. 2018, arXiv:1807.11129 10 Stars Brighter than J-10 i 11 nij-1—i i 111111-1—i i 11 nij-1—r Known Planets, May 2014 Predicted TESS Yield • • • • • • •v/. • ' ......I_I_' i i i ml_■ .......I_I_L 1 10 100 Orbital Period (days) Start 18. dubna 2018, začátek měření 24.7.2018 Provoz duben 2018- Úkoly Exoplanety u jasných hvězd, F5-M5, asteroseismologie, kandidáti pro JWST Dráha Vysoká geocentrická, 13.7 dní Strategie x polí, 27.4-352 dní Rozměry a váha 327 kg, 3.7x1.2x1.5 m Optika 0.1 m, f/1.4 Detektor 4x2kx2kCCD (x4) Zorné pole 4x24°x24° Kadence 2 nebo 30 minut Přesnost na 10 mag 200 ppm při 1-hodinové expozici Rozlišení 217px Objevených planet 268, 5931 kandidátů (listopad 2022) Celkový počet objektů 200000 2min, 1 min, 109 30min, 3-15 mag TESS - Strategie ECIIPTIC POLE 24° 96° ecliptic pole ecliptic latitude 6° 27 days 54 day Ks 108 days 189 days 351 days JWST continuous viewing zone Where is TESS right now? 26 sektorů, každý 2x13.7 dne. Momentálně sektor 58 (69 celkem+?) / \ i 1630 1640 1650 1660 1670 1680 1690 1700 Time (days) 10.11.2022 roky 1-4 TESS - strateaie 400x větší plocha než Kepler TESS THERMAL BLANKETS REACTION WHEELS SOLAR ^ ARRAYS i SUN SHADE STAR TRACKEF —r 1 a j 0 _ L is " 8 LENS HOOD LENSES DETECTORS IICS MASTER " COMPUTER PROPULSION TANK ...... ~. THRUSTERS ANTENNA STRUCTURE 2x192 GBSSD Prenos 100 Mbit/s Pracovní výkon 290 W (415 W solárni panely) Pracovní teplota ~-75°C parametry Parameter Value FOV 24° x 24° FL, f/# 146 mm, f/1.4 EPD 105 mm Wavelengths 600-1000 nm CCD 2x2 detector arrays 4k x 4k pixels Detector arrays 2048 x 2048 15 micron pixels Transmittance 86.5% (with filter) Mass 9.3 kg Dimensions 17.0 cm diameter 21.1 cm long TESS - parametry Aluminum lens bezels at all (7) locations Aluminum lens barrel (splits at lens 4/5 location) Camera 1 (Average temperatures are shown) TESS - parametry 0 8 > c ■g 0.6 fc E | 0.4 llllllllll ......■■*■•■■■■'"<< ''/ ■•»■ -25 C -50C -70C '•V. v.\ 600 700 800 900 Wavelength (nm) 1000 1100 400 500 600 700 800 900 1000 1100 Wavelength (nm) 500 600 700 800 900 1000 1100 Wavelength (nm) TESS - oběžná dráha 0 1 2 3 4 5 6 7 8 _Year —AOP—Inclination -Perigee -GEO Belt (Degrees (Degrees) (Units of Re) (Units of Re) 9 10 11 12 13 14 P=~13.7 d (2:1 rezonance s oběžnou dobou Měsíce) /=37° >U Stabilní po desetiletí bez nutnosti úpravy dráhy Nad Van Allenovými pásy - málo zásahů nabitými částicemi Argument perigea Sectorl TESS - data 8 10 TessMag 105- £ 103 a a 0 —— Star Noise — — - Sky Noise — Read Noise ....... Sys. Noise — Total 10 12 14 Apparent Magnitude (/c) 18 200 ppm pro 1=10 mag 10 000 ppm 1=16 mag Rozptýlené světlo Trendy v datech Příliš jasný objekt v blízkosti Íl Im pakty mikrometeoritů Trendy v datech - variace pozadí TESS: The Movie Sector 1 09 Aug 2018 19:44 C*cn 1 CCO 3 CCO 2 E C L I P T č Cm2 CCO 3 Cam 1 CCD 4 Cam 1 CCO 1 Com2 CCO 4 Cm2 CCO 2 Cm3 CCO 1 i3 CCO 4 Cm 4 CCO 1 Céoi 4 CCO 4 Cam2 CCO 1 C«nl CCO 2 C-wn 3 CCO 3 Cwn 4 CCO 2 Ctm 4 CCO 3 S o u T H P O L E 8y Ethan Kruta •alha* kru— 100 1000 Calibrated Flux TESS - Zpracování dat Continuous stream of 2-second full-frame integrations 2 min Postage Stamps 10x10 px Images are summed in groups of 60 into 120-second stacks Postage Stamps are extracted near target stars 10,000 Postage Stamps around 15,000 stars per orbit 30 min Full-Frame Images (FFIs) Images are summed in groups of 900 into 30-minute FFIs One orbit produces >600 30-minute FFIs from each camera Stahování dat vždy v perigeu dráhy - díra v datech 4-16 hodin, od 2021 kadence 1 minuta a deset min ut 09 Datové produkty SAP - simple aperture photometry PDCSAP - Pre-conditioned SAP - bez trendu TPF - target pixel file High Level Science Products (HLSPs) -EVEREST, K2SC, K2SFF (Kepler+K2) QLP, SPOC, TASC (TESS) "ŕ + (U n o •é <* + r- + 00 + CD O ^J' fTTTTT I M'l I rTTTT~T~T| I I ľ 17 Target ID: 6922244, Cadence: 11914 —I-1-1— 14000 12000 10000' 8000 6000 4000 2000 680 681 682 683 684 Pixel Column Number 176.0000 192.0000 208.0000 224.0000 Time (BJD-24S4833) 240.0000 256.0' -15 Ol to -10 E E cu "D 3 Q E < Ol ig E E cu TD => Q. E < -5 0 5 -40 -20 0 20 TIC 441725813 • • ♦ 5POC 2 minutes SPOC 30 minutes QLP 30 minutes ' • • • • •« • # • •t" * V- 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 40. A • ♦ • * A * * /-\ / ' ' \ / TIC 237097549 , A r /N V 10 15 20 25 30 BJD-2458875 35 40 EPIC 205071984 n m ( i)PP: 338.1 ppm Crowding: 1/5 Saturation: 0/5 6-hrCDPP: 28.8 ppm 2070 2080 EPIC 201363707. Kp=11.7 2090 2100 2110 2120 2130 Time (BJD - 2454833) Datové produkty https://docs.liahtkurve.org/index.html Lightkurve A friendly Python package for making discoveries with Kepler & TESS. Lightkurve offers a user-friendly way to analyze time series data on the brightness of planets, stars, and galaxies. The package is focused on supporting science with NASA's Kepler and TESS space telescopes, but can equally be used to analyze light curves obtained by your backyard telescope. Lightkurve aims to lower barriers, promote best practices, reduce costs, and improve scientific fidelity by providing accessible open source Python tools and tutorials for time domain astronomy. [4]: import lightkurve as Ik pixelfile = Ik.search_targetpixelfile("Trappist-l")[1].download! pixelfile.animate!) [4]! 1000 800 eoo 988 990 992 994 996 Pixel Column Number h ttps ://a rch i ve. stsci. ed u/ Barbara A. I mikulski archive! IF space telescopes Maximizing the scientific accessibility & productivity of astronomical data. The Mikulski Archive for Space Telescopes is an astronomical data archive focused on the optical, ultraviolet, and near-infrared. MAST hosts data from over a dozen missions like Webb, Hubble, TESS, Kepler, and in the future Roman. TESS viewing tool https://heasarc.asfc.nasa.gov/cai-bin/tess/webtess/wtvpv - Stáhnout dostupná data z TESS s různou kadencí (rutiny SPOC, TESS-SPOC, QLP, 1800, 120, 600 s expozice), sešít, normalizovat, převést na magnitudy, vykreslit celkový pohled a detailní pohled na kousek křivky ukazující základní charakteristiku změn (tranzit, pulzační cyklus apod.). V grafech ideálně porovnat křivky s různou kadencí a z různých rutin - Diskutovat, jestli se jedná o blend, povaha proměnnosti Buranský, Samuel TIC 164173105 (TOI-1417) Ďuríšková, Michaela TIC 164173105 Gazdoš, Jakub Honsová, Eliška TIC 335483600 (TOI-1480) TIC 335483600 Kapusta, Vlastimil Pekárek, Tomáš TIC 468997317 (TOI-1986) TIC 468997317 Pocar, Lukáš Rievajová, Tatiana TIC 458856474 (TOI-1978) TIC 458856474 Soukup, Tomáš Šipková, Ema Vanžurová, Alena TIC 97700520 (TOI-1013) TIC 97700520 TIC 97700520