TESS

#31
Moin Bernd!

> Nachdem ich mit dem Orbit Diagramm nicht dahintergekommen
> bin auf welcher Bahn TESS tatsächlich um die Erde kreist

Dieses Diagramm finde ich ist sehr übersichtlich. Wichtig: Die große Umlenkung durch den Mondflyby. Wieviel deltav man dafür wohl hätte verbrennen müssen? :gutefrage:


Schematic of maneuvers and encounters leading to the final TESS orbit (light blue). The observatory orbits with a period of 13.7 days in a 2:1 resonance with the Moon. PLEA and PLEP are the post-lunar-encounter-apogee and -perigee, respectively. Image Credit: Ricker et al. 2015

Siehe auch diesen Artikel:

https://heasarc.gsfc.nasa.gov/docs/tess/operations.html

zu den technischen Aspekten während des wiss. Betriebs.

Thomas
 
#32
Zitat von Bernd_E_Hoffmann:
Verstehe ich das richtig, dass das Ziel ist für jeden Stern in solchen Bildern Lichtkurven zu erstellen, um Exoplaneten zu finden?
Nein, man befasst sich nur mit einer kleinen Teilmenge (Candidate Target List = CTL) von ca. 200.000 Kandidaten, welche aus einem sehr viel umfangreicheren TESS Input Catalog (TIC) von insgesamt 470 Millionen Punktlichtquellen ausgewählt wurden:

The TESS Input Catalog and Candidate Target List

Die ausgewählten Kandidaten sind überwiegend Zwergsterne der Spektralklassen K und M mit einer scheinbaren Magnitude im Bereich von 4 bis 15 zwischen 600 und 1000 nm. Anhand der nun verfügbare Parallaxen aus dem Gaia-DR2 Katalog wird man die Kandidatenliste nochmal überarbeiten.

TESS Observatory Guide

Im Unterschied zu Kepler wird TESS von vornherein kältere und kleinere Sterne in der näheren Umgebung untersuchen, weil dafür die Erfolgsaussichten zur Detektion von kurzperiodischen Transits wesentlich größer sind.
 
#33
Die lange Zeit des Transferorbits ist vorbei:

.@NASA_TESS Mission Update: The Period Adjust Maneuver (PAM) was completed successfully on May 30th. The burn was confirmed as nominal. No trajectory adjustment maneuver will be required. Success! #TESS is in its final lunar resonant orbit!

:super: Das heißt dann wohl, dass jetzt der Wissenschaftsbetrieb aufgenommen werden kann? :gutefrage: Laut "Fahrplan":



wäre jetzt nämlich nach dem Manöver PAM noch ein 14tägiger Orbit mit abschließender Kurskorrektur nötig und erst danach würde der Wissenschaftsbetrieb beginnen. Ich interpretiere die Meldung also so, dass man ab sofort mit der Arbeit beginnen kann, d.h. wir sind jetzt im Science Orbit 1!

Thomas
 
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#34
Jetzt wo die wissenschaftliche Datenerfassung bald beginnt, ist es vielleicht von Interesse, sich mal die Konstruktion der Kameras etwas näher anzuschauen. Im Unterschied zur Kepler-Mission handelt es sich bei TESS nicht um eine riesige Schmidt-Optik, sondern um vier wesentlich kleinere und eher konventionell aussehende Kameras mit Weitwinkellinsen. Die Objektive stammen aber nicht von Canon oder Nikon, auch wenn sie vielleicht so aussehen, sondern sie wurden am MIT Lincoln Labor speziell für TESS entwickelt.

Characteristics of the TESS space telescope

TESS hat vier identische Kameras mit einer Öffnung von 105 mm und einer Brennweite von 146 mm, also einem schnellen Öffnungsverhältnis von f/1.4. Der Sensor besteht aus vier CCDs mit jeweils 2048 x 2048 Pixeln zu 15 μm, also 4k x 4k Pixel auf einer Bildfläche von 61 mm x 61 mm (Hasselblad oder Rollei Mittelformat). Damit erfasst jede Kamera ein Feld von 24° x 24°. Insgesamt decken vier Kameras ein Feld von 24° x 96° am Himmel ab.

Das optische Design des Linsensystems wurde aus einem Petzval-System weiterentwickelt. Es besteht aus sieben Einzellinsen mit teilweise asphärischer Form:

Optical Design of the Camera for Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS)

Code:
TESS Camera Specs

Single Camera Field-of-View     24° x 24°

Combined Field-of-View          24° x 96°

Entrance Pupil Diameter         105 mm

Focal Length                    146 mm

Focal Ratio                     1.4

Wavelength Range                600 - 1000 nm

CCD-Sensor (per camera)         4096 x 4096 pixel (15 micrometer)
                                (61 mm x 61 mm) 

Ensquared Energy                50% (single pixel)
                                90% (2x2 pixel)
Image Credit: MIT
 

Anhänge

#35
Das ist eine echte Mittelformatkamera (also 6x6cm: die digitalen "Mittel"formate sind kleiner) mit einer schnellen "Portraitlinse". Ich seh' da schon den Studio-Modefotografen von früher (tm) vor mir stehen. ;)

Faszinierend finde ich die großen Pixel. 15mu ist mehr als doppelt bis dreimal so groß im Durchmesser wie in heutigen Fullframe- bzw. Mittelformatsensoren - die sich aber auch ihres riesigen Dynamikumfangs rühmen. Bsp.: Phase One XF mit 100MP gibt z.b. 15 Blendenstufen, d.h. einen Faktor 1:32768 an. Dafür haben die modernen Highend-Kameras heute bis zu 100 Megapixel. Aber auf diese hohe Auflösung kommt es bei TESS wahrscheinlich nicht an.

Trotzdem würde mich mal interessieren, wie TESS mit den kurzen Belichtungszeiten (2 Sekunden?) so viel Licht sammeln kann, dass sie diese feinen Lichtschwankungen detektieren kann. :gutefrage:

Thomas
 
#36
Hallo Thomas,

das fängt mit der Sensortechnologie an, der tiefen Temperatur, die das Rauschen stark reduziert, und back iluminated bringt auch noch eine Menge.

Da keine pretty pictures benötigt werden reicht für die Messung der linerare Bereich des Sensors, sobald er aus dem Rauschen kommt, ich kann mir das schon gut vorstellen.

CS
Jörg
 
#37
Zitat von ThN:
Trotzdem würde mich mal interessieren, wie TESS mit den kurzen Belichtungszeiten (2 Sekunden?) so viel Licht sammeln kann, dass sie diese feinen Lichtschwankungen detektieren kann. :gutefrage:
Das reicht bei einem mag 13 Stern für einen statistischen Messfehler von 1%, für schwächere Sterne braucht man entsprechend längere Messzeiten, wobei die vierfache Messzeit den statistischen Fehler aber nur halbiert. Die Planung strebt wohl eine Erfassung von kalten Sternen der Spektralklassen K und M bis zu einer Grenzgröße von etwa mag 16 an:

TESS Obbservatory Guide

4.2 Photometric Performance - TESS is anticipated to achieve ~200 ppm (0.02%) photometric sensitivity for an IC = 10 star and ~10,000 ppm (1%) sensitivity for an IC = 16 star.

Hier mal eine "back-of-the-envelope" Abschätzung der Photonstatistik für einen mag 15 Stern:

(1) Solarkonstante: 1,36 kW/m² (mag -27)

(2) mag 15 Stern:

Δm = 42 -> Flussfaktor ~ 1,58 x 10^-17

Energiefluss ~ (1,58 x 10^-17) x 1,36 kW/m² ~ 2,16 x 10^-14 W/m²

1 W = 1 J/s = 6,25 x 10^18 eV/s

Energiefluss ~ (135 000 eV/s)/m²

(3) Photonen

Photon-Energie E = hν = hc/λ ~ 1,24 eV μm / λ

E ~ 1,55 eV (für λ = 0,8 μm)

Photonenfluss ~ (135 000 eV/s)/m² / 1,55 eV ~ (87 100 Photonen/s)/m²

(4) TESS-Optik

D = 0,105 m -> Lichtsammelfläche A ~ 0,0087 m²

Photonenintensität ~ (87 100 Photonen/s)/m² x 0,0087 m² ~ 754 Photonen/s

(5) Photonstatistik, Messgenauigkeit und Integrationszeit

ΔN_γ = Wurzel (N_γ)

N_γ = (754/s) t

Bei einer Messzeit von einer Sekunde beträgt der statistische Fehler dann Wurzel (754) ~ 27, entsprechend einem relativen Messfehler von 27/754 ~ 0,036 oder 3,6%. Für einen relativen Messfehler von 0,01 oder 1% muss man also (0,036/0,01)² ~ 13 Sekunden messen. Das gilt für einen mag 15 Stern. Für einen mag 14 Stern würde man einen statistischen Messfehler von 1% in ~ 5 Sekunden erreichen, für einen mag 13 Stern in 2 Sekunden, usw.

Alles unter der Annahme von 100% Quantenausbeute. Zum statistischen Fehler kommen natürlich noch andere Fehler dazu ...





















 
#38
Ich konnte deiner Rechnung sogar bis einschließlich (4) folgen und werde sie mir merken. Mit dem statistischen Fehler muss ich noch mal nachlesen. Danke erstmal soweit!

In dem von dir verlinkten Observatory Guide, Kapitel 4 gehen sie auch sehr ausführlich auf die Empfindlichkeit der Optik / des Sensors ein. Und im Abschnitt 2.2 Datahandling beschreiben sie noch wie sie den kontinuierlichen Strom von 2s langen Belichtungen verarbeiten, stacken.

Also genügend Lesestoff, wenn man es ganz genau wissen will.

Thomas
 
#39
Zum statistischen Fehler: Poisson-Verteilung für ganzzahlige k = 0, 1, 2, 3, ...

P(k) = (μ^k/k!) · exp (-μ)

Erwartungswert = μ

Varianz = μ

Standardabweichung = σ = Wurzel (μ)







 
#40
Hier mal ein paar Beispiele:


Code:
   mu         2,5         5,0          7,5 

sigma       1,581       2,236        2,739

   k     --------------- P(k) ------------

   0     0,082085    0,006738     0,000553  
   1     0,205212    0,033690     0,004148
   2     0,256516    0,084224     0,015555
   3     0,213763    0,140374     0,038889
   4     0,133602    0,175467     0,072916
   5     0,066801    0,175467     0,109375
   6     0,027834    0,146223     0,136718
   7     0,009941    0,104445     0,146484
   8     0,003106    0,065278     0,137329
   9     0,000863    0,036266     0,114440
  10     0,000216    0,018133     0,085830
  11                 0,008242     0,058521
  12                 0,003434     0,036575
  13                 0,001321     0,021101
  14                 0,000472     0,011304
  15                 0,000157     0,005652
  16                              0,002649
  17                              0,001169
  18                              0,000487
  19                              0,000192
Mit größer werdendem Erwartungswert μ nähert sich die Poisson-Verteilung immer mehr einer Gauss-Verteilung mit kontinuierlichem k = x

P(x) = [1/Wurzel (2πσ²)] exp -[(x-μ)²/(2σ²)]

wobei dann wie bei der Poisson-Verteilung σ = Wurzel (μ) gilt.

 
#41
Von TESS hat man in den letzten Wochen nicht viel gehört, obwohl es sich seit dem 1. Juni 30. Mai im endgültigen, 14tägigen Orbit befindet. Aber anscheinend wird noch viel getestet. Ich poste mal die letzten beiden relevanten Tweets:

4.Juni:

.@NASA_TESS Mission Update: The #TESS team are now assessing the final orbit to understand long term eclipse predictions and other parameters that can be used in planning the two year survey for #exoplanets.

21.Juni:

.@NASA_TESS Mission Update: #TESS continues to operate in its science orbit that was reached in May. In one of the last passes, TESS performed a "break dance:" rotating around to evaluate any stray light sources to characterize camera performance for the duration of the mission.

In 1 Woche ein paar Tagen etwa ist der 2. wissensch. Orbit beendet - Mal sehen wann die ersten Daten heruntergefunkt werden. :gutefrage:

Thomas
 
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#42
Mal wieder etwas Neues von TESS. Sie haben uns interessierte Außenstehende nicht vergessen:

NASA's newest planet hunter, @NASA_TESS, the Transiting Exoplanet Survey Satellite, is currently undergoing a series of commissioning tests before it begins searching for planets.
Quelle: @NASA_TESS

Artikel: NASA’s TESS Spacecraft Continues Testing Prior to First Observations

Es wird also noch getestet, kalibriert und optimiert. Gegen Ende Juli sollen dann die wissenschaftlichen Beobachtungen beginnen.

Thomas

P.S. Wenn ich richtig gerechnet habe, dann hat TESS gerade seinen dritten 2:1-resonanten Orbit abgeschlossen.
 
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#45
Inzwischen wurden auch die ersten "echten Messdaten" heruntergeladen:

(Tweet vom 8. August)
TESS Mission Update: Successfully downlinked through @NASASCaN #DSN the first 2 weeks of @NASA_TESS science data! Downlink of a full orbit took ~1.25 hours to dump ~53GB of data.
@NASA_TESS

Thomas

P.S. Parker Solar Probe heute allem Anschein nach erfolgreich gestartet!
 
#46
TESS findet den ersten Planet

Das ging schnell! Gefunden wurde eine "Supererde" welche den Stern Pi Mensae in 6,27 Tagen umrundet:

Artikel auf arxiv.org

Ein heller Stern 6. Größe im südlichen Sternbild Tafelberg.

Thomas

P.S. Bei den ausgewerteten Daten handelt es sich noch nicht um offizielle Daten (die sollen 2019 veröffentlicht werden) sondern um vorläufige Daten aus "TESS Alert", welches noch im Beta-Stadium ist (Info laut Phil Plait, @BadAstronomer). Also: Da waren wieder mal welche super-super eilig!
 
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#47
Re: TESS findet den ersten Planet

Diese Alerts dienen wohl dazu die TESS-Daten von Sternen, die jetzt am Nachthimmel stehen, einem eingeschränkten Personenkreis bekannt zu machen. Zum Zeitpunkt der offiziellen Veröffentlichung stünden die Sterne am Taghimmel und könnten erst viel später wieder beobachtet werden.

OK - das macht also schon Sinn.

Thomas
 

Neustes Astronomie Foto

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