Aby pomóc w przyszłych staraniach o zlokalizowanie i badanie egzoplanet, inżynierowie z NASA Jet Propulsion Laboratory - w połączeniu z Exoplanet Exploration Program (ExEP) - pracują nad stworzeniem Starshade. Po wdrożeniu ten rewolucyjny statek kosmiczny pomoże teleskopom nowej generacji, blokując zaciemniające światło pochodzące z odległych gwiazd, dzięki czemu egzoplanety mogą być bezpośrednio obrazowane.
Choć może się to wydawać dość proste, Gwiezdny Cień będzie musiał również zaangażować się w poważne loty formacyjne, aby skutecznie wykonywać swoją pracę. Taki był wniosek osiągnięty przez zespół Starshade Technology Development (alias. S5) raport Milestone 4 - dostępny na stronie ExEP. Jak stwierdzono w raporcie, Starshade będzie musiał być idealnie dopasowany do teleskopów kosmicznych, nawet na ekstremalnych odległościach.
Podczas gdy do tej pory odkryto ponad cztery tysiące egzoplanet bez pomocy Gwiezdnego Cienia, zdecydowana większość z nich została odkryta przy użyciu środków pośrednich. Najskuteczniejsze środki polegały na obserwowaniu odległych gwiazd pod kątem okresowych spadków jasności, które wskazują na przejście planet (Metoda Tranzytu) i mierzeniu ruchów gwiazdy tam i z powrotem w celu ustalenia obecności układu planetarnego (Metoda Prędkości Promieniowej).
Choć metody te są skuteczne w wykrywaniu egzoplanet i uzyskiwaniu dokładnych szacunków dotyczących ich wielkości, masy i okresu orbity, metody te nie są bardzo skuteczne, jeśli chodzi o określenie warunków panujących na ich powierzchni. Aby to zrobić, naukowcy muszą być w stanie uzyskać informacje spektrograficzne na temat atmosfery tych planet, co ma kluczowe znaczenie dla ustalenia, czy rzeczywiście nadają się do zamieszkania.
Jedynym niezawodnym sposobem na zrobienie tego z mniejszymi, skalistymi planetami (zwanymi także „ziemskimi”) jest bezpośrednie obrazowanie. Ale ponieważ gwiazdy mogą być miliardy razy jaśniejsze niż światło odbite od atmosfery planety, jest to niezwykle trudny proces. Wejdź do Cienia Gwiazd, który zasłoniłby jasne światło gwiazd za pomocą cienia, który rozwinąłby się ze statku kosmicznego jak płatki kwiatu.
To znacznie poprawi szanse teleskopów kosmicznych wykrywających dowolne planety krążące wokół gwiazdy. Jednak, aby ta metoda zadziałała, dwa statki kosmiczne będą musiały pozostać w linii z odległości do 1 metra (3 stóp), pomimo tego, że będą lecieć w odległości do 40 000 km (24 850 mil) od siebie. Jeśli są
Jak wyjaśnił inżynier JPL Michael Bottom w niedawnej informacji prasowej NASA:
„Trudno sobie wyobrazić odległości, o których mówimy w przypadku technologii gwiezdnej gwiazdy. Gdyby gwiezdny cień został zmniejszony do rozmiarów podstawki pod napoje, teleskop miałby rozmiar gumki do ołówka i dzieliłby ich około 100 kilometrów. Teraz wyobraź sobie, że te dwa obiekty swobodnie unoszą się w przestrzeni. Obaj doświadczają tych małych holowników i szturchnięć grawitacji i innych sił, a na tej odległości staramy się, aby oba były dokładnie ustawione w odległości około 2 milimetrów ”.
Raport S5 Milestone 4 dotyczył przede wszystkim zasięgu separacji od 20 000 do 40 000 km (12 500 do 25 000 mil) i cienia o średnicy 26 metrów (85 stóp). W ramach tych parametrów statek kosmiczny Gwiezdny Cień byłby w stanie współpracować z misją, taką jak Szerokopasmowy Teleskop Podczerwieni NASA (WFIRST), teleskop z pierwotnym lustrem o średnicy 2,4 m (~ 16,5 stopy), który ma wystrzelić do połowy -2020s.
Po określeniu niezbędnego wyrównania między dwoma statkami kosmicznymi, Bottom i jego zespół opracowali także innowacyjny sposób dla teleskopów takich jak WFIRST w celu ustalenia, czy Cień Gwiazdy miał dryfować z wyrównania. Polegało to na zbudowaniu programu komputerowego, który mógłby rozpoznać, kiedy jasne i ciemne wzory były wyśrodkowane na teleskopie i kiedy dryfowały poza środkiem.
Bottom stwierdził, że technika ta była bardzo skuteczna w wykrywaniu nawet najmniejszych zmian pozycji Cienia Gwiazd, nawet na ekstremalnie dużych odległościach. Aby upewnić się, że utrzymuje się w jednej linii, inny inżynier JPL, Thibault Flinois i jego koledzy opracowali zestaw algorytmów, które opierają się na informacjach dostarczonych przez program Bottom, aby określić, kiedy pędniki Cienia Gwiazdy powinny wystrzelić, aby utrzymać je w linii.
W połączeniu z pracą Bottom ten raport wykazał, że utrzymywanie wyrównania dwóch statków kosmicznych jest wykonalne za pomocą zautomatyzowanych czujników i elementów sterujących pędnikiem - nawet jeśli zastosowano większy cień gwiazdy i teleskop i umieszczono je w odległości 74 000 km (46 000 mil) od siebie. Choć rewolucyjny, jeśli chodzi o systemy autonomiczne, ta propozycja opiera się na długiej tradycji naukowców z NASA.
Jak wyjaśnił Phil Willems, kierownik działu rozwoju technologii Starshade w NASA:
„To dla mnie doskonały przykład tego, jak technologia kosmiczna staje się jeszcze bardziej niezwykła, bazując na wcześniejszych sukcesach. Używamy formacji latającej w kosmosie za każdym razem, gdy kapsuła dokuje na Międzynarodowej Stacji Kosmicznej. Ale Michael i Thibault wykroczyli daleko poza to i pokazali sposób na utrzymanie formacji na skalach większych niż sama Ziemia. ”
Potwierdzając, że NASA może spełnić te rygorystyczne wymagania dotyczące „wykrywania formacji i kontroli”, dolny i inny inżynier JPL Thibault Flinois zajął się jedną z trzech luk technologicznych stojących przed misją Starshade - w szczególności, w jaki sposób dokładne odległości są powiązane z rozmiarem cienia i lustro główne teleskopu.
Jako jeden z teleskopów kosmicznych nowej generacji NASA, który będzie się rozwijał w nadchodzących latach, WFIRST będzie pierwszą misją wykorzystującą inną formę technologii blokowania światła. Instrument ten, znany jako koronar gwiezdny, zostanie zintegrowany z teleskopem i umożliwi mu bezpośrednie przechwytywanie obrazów Neptuna na egzoplanetach wielkości Jowisza.
Chociaż projekt Starshade nie został jeszcze zatwierdzony do lotu, pod koniec lat 2020 można potencjalnie zostać wysłany do pracy z WFIRST. Spełnienie wymagań latania formacyjnego to tylko jeden krok w kierunku wykazania, że projekt jest wykonalny. Koniecznie sprawdź to fajne wideo, które wyjaśnia, jak mogłaby działać misja Starshade, dzięki uprzejmości NASA JPL:
