A NASA az utóbbi években sok fejet fordított az új világok missziója - más néven - koncepciójának köszönhetően. Starshade. Ez egy hatalmas, virág alakú okkulcsból áll, és ezt a javasolt űrhajót egy űrteleszkóp mellett (valószínűleg a James Webb Űrtávcsővel) kell felszerelni. Ekkor blokkolja a távoli csillagok tükröződését, létrehozva egy mesterséges napfogyatkozást, hogy megkönnyítse a keringő bolygók észlelését és tanulmányozását.
Az egyetlen probléma az, hogy ez a koncepció várhatóan nagyon egy fillért fog fizetni - becslések szerint 750–3 milliárd dollár ezen a ponton! Ezért javasolja Simone D’Amico Stanford professzor (az exoplanet szakértő Bruce Macintosh segítségével) a koncepció kicsinyített változatát, hogy igazolja annak hatékonyságát. Az mDot néven ez az okkoló ugyanazt a munkát fogja elvégezni, de a költségek töredékénél.
Az okkulter mögött a cél egyszerű. Az exoplanetek vadászatánál a csillagászok elsősorban az irányított módszerekre kell támaszkodniuk - ezek közül a leggyakoribb a tranzit módszer. Ez magában foglalja a csillagok megvilágításának tompulását, amelyeket a köztük és a megfigyelőnél áthaladó bolygóknak tulajdonítanak. Az ilyen merülések sebességének és gyakoriságának mérésével a csillagászok meg tudják határozni az exoplanetek méretét és azok orbitális periódusait.
Ahogyan Simone D’Amico, akinek a laboratóriuma ezen az árnyékoló rendszeren dolgozik, egy Stanfordi Egyetem sajtóközleményében magyarázta:
„Közvetett mérésekkel felismerheti a csillag közelében lévő tárgyakat, és kitalálhatja a pálya periódusát és a csillagtól való távolságát. Ez mind fontos információ, de közvetlen megfigyeléssel jellemezheti a bolygó kémiai összetételét és megfigyelheti a biológiai aktivitás - az élet jeleit. ”
Ugyanakkor ez a módszer jelentős hamis pozitív tényezőktől is szenved, és általában megköveteli, hogy a bolygó pályája egy része keresztezzen egy látószöget a fogadó csillag és a Föld között. Maguk az exoplanetek tanulmányozása szintén meglehetősen nehéz, mivel a csillagból származó fény valószínűleg több milliárdszor erősebb lesz, mint a bolygón kívül visszatükröződő fény.
Különösen érdekes ez a visszavert fény tanulmányozásának képessége, mivel értékes információkat szolgáltatna az exoplanetek atmoszférájáról. Mint ilyen, számos kulcsfontosságú technológiát fejlesztenek ki a csillagok zavaró fényének kizárására. Az okkulterrel felszerelt űrhajó az egyik ilyen technológia. Az űrteleszkóppal párosítva ez az űrhajó mesterséges napfogyatkozást idéz elő a csillag előtt, így a környékén lévő tárgyak (azaz exoplanetek) jól láthatók.
De az épület kiépítésének jelentős költségein kívül a méret és a kiépítés kérdése is van. Egy ilyen küldetés végrehajtásához maga az okkulusznak körülbelül egy baseball-gyémánt méretűnek kell lennie - átmérője 27,5 méter. Azt is el kellene választani a távcsőtől a Föld több átmérőjével megegyező távolsággal, és a Föld körüli pályára kell helyezni. Mindez hozzájárul egy meglehetősen drága küldetéshez!
Mint ilyen, D'Amico - egy asszisztens és a Stanfordbeli Space Rendezvous Laboratórium (SRL) vezetője - és Bruce Macintosh (a Stanford-i fizikaprofesszor) összeálltak egy kisebb változat létrehozására, amelyet Miniaturized Distributed Occulter / Teleszkópnak hívnak. MDOT). Az mDOT elsődleges célja a technológia olcsó repülési demonstrációjának biztosítása a teljes körű misszióba vetett bizalom növekedésének reményében.
Ahogy Adam Koenig, a SRL végzős hallgatója elmagyarázta:
„Eddig nem történt olyan kifinomultságú küldetés, amelyre szükség lenne az ilyen exoplanet képalkotó obszervatóriumok egyikében. Ha néhány milliárd dollárt kér a központnak, hogy csináljon valami hasonlót, ideális lenne azt mondani, hogy ezt már repültük korábban. Ez csak nagyobb. ”
Két részből álló mDOT rendszer kihasználja a miniatürizálás és a kis műholdas (kicsi ülésű) technológia legújabb fejleményeit. Az első egy 100 kg-os mikroszatellit, amelyet egy 3 méteres átmérőjű csillag árnyalattal láttak el. A második egy 10 kg-os nanoszatellit, amely 10 cm átmérőjű teleszkópot hordoz. Mindkét komponenst a Föld magas pályáján kell elhelyezni, névleges távolságra kevesebb mint 1000 km (621 mérföld).
A SRL kollégáinak segítségével az mDOT csillag árnyalatát alakították át egy sokkal kisebb űrhajó korlátozásaihoz. Mint Koenig kifejtette, ez a lecsökkent és a speciálisan tervezett csillag árnyék ugyanúgy képes elvégezni a nagy méretű, virág alakú változatot - és költségvetéssel!
"Ennek a különleges geometriai alaknak köszönhetően a csillagszóró körül diffraktáló fény kiszivárghatja magát" - mondta. „Ezután nagyon-nagyon mély árnyékot kapsz a központban. Az árnyék elég mély, hogy a csillagból származó fény nem zavarja meg a közeli bolygó megfigyeléseit. ”
Mivel azonban az mDOT csillagárnya által létrehozott árnyék átmérője csak tíz centiméter, a nanosatellitnek óvatosan kell manővereznie, hogy rajta maradjon. Ebből a célból a D'Amico és a SRL egy autonóm rendszert terveztek a nanosatellit számára, amely lehetővé tenné a formázási manőverek végrehajtását a csillagszóróval, a formáció megszakítását, ha szükséges, és később újra találkozni vele.
A technológia sajnálatos korlátozása az a tény, hogy nem lesz képes megoldani a Föld-szerű bolygót. Különösen az M-típusú (vörös törpe) csillagok esetében ezek a bolygók valószínűleg túl közel állnak a szülői csillagokhoz, hogy egyértelműen megfigyelhetők legyenek. Ugyanakkor képes lesz megoldani a Jupiter méretű gáz óriásokat és segít a közeli csillagok körüli exozodiacális porkoncentráció jellemzésében - ezek mindegyike a NASA prioritása.
Időközben D'Amico és kollégái a Rendezvous és Optical Navigation Testbed (TRON) segítségével tesztelik mDOT-koncepciójukat. Ezt a létesítményt kifejezetten a D'Amico építette, hogy megismételje az összetett és egyedi megvilágítási körülmények típusait, amelyekkel az érzékelők a világűrben találkoznak. Az elkövetkező években ő és csapata azon munkálkodik, hogy a rendszer működjön, mielőtt létrehozná egy esetleges prototípust.
Amint D'Amico elmondta az SNL kollégáival végzett munkájáról:
„Nagyon lelkesek vagyok a Stanfordi kutatási programomat illetően, mert fontos kihívásokkal nézünk szembe. Segíteni akarok az alapvető kérdések megválaszolásában, és ha az űrtudomány és a kutatás minden jelenlegi irányába nézzünk - függetlenül attól, hogy megpróbálunk megfigyelni az exoplanetokat, megismerkedni az univerzum evolúciójával, összeállítani az űrben lévő struktúrákat vagy megérteni a bolygónkat - a műholdak kialakulását - a repülés a kulcsfontosságú tényező. ”
A D'Amico és az SNL által jelenleg folyó projektek között szerepel az apró űrhajók nagyobb formációinak fejlesztése (más néven „raj-műholdak”). A múltban a D'Amico együttműködött a NASA-val olyan projektekben, mint a GRACE - egy küldetés, amely a NASA Föld Rendszer Tudományos Útmutató (ESSP) programjának részeként térképezte fel a Föld gravitációs tereinek változásait - és a TanDEM-X, a SEA által szponzorált projekt. missziója, amely 3D-s földtérképeket eredményezett.
Ezek és más projektek, amelyek a miniatürizációt kívánják ösztönözni az űrkutatás érdekében, alacsonyabb költségek és nagyobb hozzáférhetőség új korszakát ígérik. Az olyan alkalmazásoktól kezdve, amelyek apró kutatási és kommunikációs műholdakat tartalmaznak, és egészen olyan nanokötőgépekig terjednek, amelyek képesek az Alpha Centauri felé vezető úton relativista sebességgel eljutni (Breakthrough Starshot), az űr jövője elég ígéretesnek tűnik!
Nézze meg ezt a videót a TRON létesítményről is, a Standford University jóvoltából:
