Ariel è la missione di classe m4 che ESA ha selezionato per la caratterizzazione chimica di atmosfere di esopianeti. Ariel osserverà un campione variegato di 1000 esopianeti transitanti, raccogliendo misure in spettroscopia nel range di lunghezze d'onda tra 0.5 e 7.8 micron. Per garantire il successo della missione è fondamentale stimare le performance del payload durante lo sviluppo della strumentazione, caratterizzare le sorgenti di rumore e porre dei vincoli sul design. A questo scopo ho già un nuovo software in grado di simulare interamente il telescopio: ArielRad. Adesso è necessario superare i limiti di questo strumento e sviluppare un simulatore più realistico, in grado di riprodurre anche fenomeni dipendenti dal tempo e produrre l'immagine grezza del fenomeno osservato. Tali necessità nascono con l'ingresso di Ariel nella Fase B del suo sviluppo, in cui è necessario finalizzare il disegno degli strumenti e preparare le tecniche di analisi scientifica dei dati. Al momento esiste un solo codice capace di tutto questo: ExoSim. Tuttavia tale simulatore è stato sviluppato per rispondere a domande specifiche della Fase A e secondo strategie di programmazione superate, tanto da renderlo oggi difficile da adattare per rispondere alle necessità della nuova fase che sta attraversando la missione spaziale. ExoSim ha bisogno dunque di essere completamente riscritto secondo nuovi standard in modo da rispondere alle esigenze attuali e future della comunità scientifica che segue la missione: abbiamo bisogno di ExoSim 2. Sviluppando questa nuova versione mi prenderei carica del progetto per traghettarlo nella prossima fase dello sviluppo di Ariel.
Nessuna missione a questo stadio ha simulazioni tanto avanzate quanto Ariel. Grazie al continuo sviluppo e mantenimento di questi codici, posso fornire al Consorzio di Ariel informazioni sempre aggiornate sullo stato della missione e una valutazione del design. I risultati delle mie simulazioni dimostrano da soli l'importanza dell'introduzione di queste nuove tecnologie nel framework delle missioni scientifiche, definendo nuovi standard per il futuro.
ArielRad è stato il primo simulatore sviluppato specificatamente per questa missione ed ha rivestito un ruolo chiave nella scelta del design. Con ArielRad possiamo produrre una versione digitale del payload e valutare l'impatto di diversi parametri nella stima del rumore finale sulla misura. Ad ogni è stato usato per validare ogni componente del payload, per determinare le soglie di tolleranza e valutare le performance dell'intera missione.
Tuttavia, ArielRad può solo rappresentare fenomeni non dipendenti dal tempo e scorrelati tra loro. Giunti a questo stadio della missione, dobbiamo fare un passo avanti. ExoSim è un simulatore ad oggi unico nel suo genere, che permette di simulare un'intera osservazione, partendo dal fenomeno in cielo fino all'immagine che si forma sul rivelatore. Questo tipo di simulatore permette di studiare effetti temporalmente correlati, come il rumore dovute alle vibrazioni, ed è uno strumento chiave anche nello sviluppo della pipeline di analisi dati della missione. Questo è di grande rilevanza scientifica e visibilità nazionale. Infatti, le pipeline sono fornite dal consorzio da parte del science ground segment di Ariel, un work package il cui coordinamento ricade in Italia. Producendo dunque l'immagine come formata dal rivelatore, ExoSim fornisce gli strumenti per decorrelare il rumore e produrre l'analisi scientifica dei dati.
La versione attuale del simulatore però non è in grado di tenere il passo con le esigenze della missione spaziale, e la struttura del codice non permette una generalizzazione sufficiente a sopperire a questa mancanza. Si rende necessaria quindi una forma più moderna del codice. l nuovo software sarà scritto in un linguaggio modulare più versatile, performante e pluggabile, garantendo quindi una migliore manutenibilità, la possibilità di crescere nel tempo per seguire l'evoluzione delle nuove esigenze e una migliore accuratezza. Tutto ciò permetterà quindi di fare un passo avanti nello stato dell'arte dei codici sviluppati per la scienza. Questa nuova versione (ExoSim 2) includerà inoltre al suo interno anche una versione migliorata, secondo la stessa filosofia, di ArielRad, cioè un simulatore radiometrico scritto in modo modulare, più versatile e performante. Ho già sviluppato una versione ancora immatura di quest'ultimo codice (ExoRad) e presto la renderò pubblica.
In conclusione, l'obiettivo che ci poniamo è quello di costruire un framework unico per la missione spaziale, in cui studiare e finalizzare il design fino a livello di sottosistema, stimare le performance del telescopio e preparare la pipeline per l'analisi scientifica dei dati grezzi.