Az exoplanetek felkutatására és tanulmányozására irányuló jövőbeni erőfeszítések elősegítése érdekében a NASA Jet Propulsion Laboratóriumának mérnökei - az Exoplanet Exploration Programmal (ExEP) együttműködve - a Starshade létrehozásán dolgoznak. Az üzembe helyezés után ez a forradalmian új űrhajó segíteni fog a következő generációs távcsövekben azáltal, hogy blokkolja a távoli csillagokból származó homályos fényt, így az exoplanetek közvetlenül képeket képezhetnek.
Noha ez elég egyértelműnek tűnhet, a Starshade-nak súlyos repülési formációkat kell folytatnia, hogy hatékonyan végezze munkáját. Ez a következtetés volt a Starshade Technology Development team (más néven S5) Milestone 4 jelentés elért eredményeiről - amely elérhető az ExEP weboldalán. A jelentés szerint a Starshade-t tökéletesen össze kell hangolni az űrteleszkópokkal, még szélsőséges távolságra is.
Míg a mai napig több mint négy ezer exoplanettát fedeztek fel egy Starshade segítség nélkül, ezek nagy részét közvetett eszközökkel fedezték fel. A leghatékonyabb eszköz a távoli csillagok megfigyelése a periodikus fényerősség csökkenésekor, amelyek jelzik a bolygók áthaladását (a tranzit módszer), és a csillag mozgásának előre-hátra mérése a bolygórendszer jelenlétének meghatározására (radiális sebesség módszer).
Noha ezek a módszerek hatékonyan detektálják az exoplanetumokat, és pontos becslést kapnak méretükről, tömegükről és orbitális periódusukról, ezek a módszerek nem nagyon hatékonyak annak meghatározásakor, hogy milyen feltételek vannak a felületükön. Ehhez a tudósoknak képesnek kell lennie arra, hogy spektrográfiai információkat szerezzenek ezen bolygók légköréről, ami kulcsfontosságú annak meghatározásához, hogy azok valóban lakhatóak-e.
Az egyetlen megbízható módszer erre a kisebb, sziklás bolygókra (más néven „Föld-szerű”) a közvetlen képalkotás révén. Mivel azonban a csillagok milliárdszor fényesebbek lehetnek, mint a bolygó légköréből visszatükröződő fény, ezt hihetetlenül nehéz folyamat végrehajtani. Lépjen be a Csillag árnyékába, amely blokkolja a csillagok erős fényét olyan árnyalattal, amely kinyílik az űrhajóból, mint egy virágszirom.
Ez drasztikusan javítja a csillag körüli bolygók észlelését lehetővé tevő űrteleszkópok esélyeit. Ahhoz azonban, hogy ez a módszer működjön, a két űrjárműnek 1 méter (3 láb) távolságon belül állnia kell, annak ellenére, hogy 40 000 km távolságra repülnek egymástól. Ha ők
Ahogy a JPL mérnöke, Michael Bottom a NASA nemrégiben kiadott sajtóközleményében kifejtette:
„A távolságokat, amikről a csillagok árnyékolástechnikájáról beszélünk, nagyon nehéz elképzelni. Ha a csillagárnyékot egy italvasaló méretére csökkentenék, akkor a távcső egy ceruzaradír méretű lenne, és körülbelül 60 mérföld [100 kilométer] távolságra legyenek egymástól. Képzelje el, hogy ez a két tárgy szabadon lebeg az űrben. Mindketten megtapasztalják ezeket a kis vontatókat és dugattyúkat a gravitációtól és más erőktől, és ezen a távolságon belül megpróbáljuk mindkettőjük pontosan egymáshoz igazodva tartani, körülbelül 2 mm-re. "
Az S5 Milestone 4 jelentés elsősorban a 20 000–40 000 km (12 500–25 000 mérföld) elválasztási távolságot és egy 26 méter (85 láb) átmérőjű árnyékot vizsgálta. Ezen paramétereken belül egy Starshade űrhajó képes lenne egy olyan küldetéssel működni, mint a NASA széles látószögű infravörös felmérő teleszkópja (WFIRST), egy olyan teleszkóp, amelynek elsődleges tükörje átmérője 2,4 m (~ 16,5 láb), és amelyet közepére indítanak. -2020s.
A két űrhajó közötti szükséges igazítás meghatározása után Bottom és csapata innovatív módszert fejlesztett ki a távcsövekhez, mint például a WFIRST, annak meghatározására, hogy a Starshade elmozdul-e az illesztésből. Ennek során egy számítógépes programot kellett felépíteni, amely felismerte, mikor a sötét és sötét minták a távcső közepére helyezkedtek el, és amikor a központtól elmozdultak.
Bottom úgy találta, hogy a technika nagyon hatékony volt a Starshade helyzetének legkisebb változásainak érzékelésében, még a szélsőséges távolságoktól is. Annak biztosítása érdekében, hogy maga tartsa magát, a JPL mérnök, Thibault Flinois és kollégái egy sor algoritmust fejlesztettek ki, amelyek a Bottom programja által biztosított információkra támaszkodnak annak meghatározására, hogy mikor kell a Starshade tolóerőinek tűzbe lépnie, hogy az igazodjon.
A Bottom munkájával kombinálva ez a jelentés kimutatta, hogy a két űrhajó egymáshoz igazítása automatizált érzékelőkkel és lökhárító vezérlőkkel megvalósítható - még akkor is, ha nagyobb csillagszórót és távcsövet használnának, és egymástól 74 000 km-re helyezkednének el. Bár az autonóm rendszerek szempontjából forradalmi szempontból ez a javaslat a NASA tudósai hosszú hagyományain épül.
Ahogy Phil Willems, a NASA Starshade technológiai fejlesztési tevékenységének menedzsere elmagyarázta:
„Számomra ez egy jó példa arra, hogy az űrtechnológia egyre rendkívülibbé válik, ha korábbi sikereire épít. Az űrben repülõ formációkat használunk minden alkalommal, amikor egy kapszula dokkol a Nemzetközi Űrállomáson. De Michael és Thibault messze túlmutattak, és megmutatták a módját annak, hogy fenntartsák a formációt magasabb Földnél nagyobb skálák felett. ”
Annak megerősítésével, hogy a NASA képes megfelelni ezeknek a szigorú „formáció érzékelési és ellenőrzési” követelményeknek, Bottom és a JPL mérnöke, Thibault Flinois a Starshade küldetés előtt álló három technológiai hiányosság egyikét orvosolta - nevezetesen azt, hogy a pontos távolságok hogyan függnek össze az árnyék méretével. magát és a távcső elsődleges tükörét.
A NASA következő generációs űrteleszkópjai közül az egyik, amely az elkövetkező években felmegy, a WFIRST lesz az első küldetés, amely a fényt blokkoló technológia egy másik formáját használja. Csillagkoronagráf néven ismert, ezt a műszert beillesztik a távcsőbe, és lehetővé teszik Neptunusz képeinek közvetlen rögzítését a Jupiter méretű exoplanetatokra.
Míg a Starshade projektet még nem hagyták jóvá repülésre, potenciálisan el lehet küldeni a WFIRST-vel való együttműködésre a 2020-as évek végére. A kialakulási repülési követelmény teljesítése csak egy lépés annak bizonyítása felé, hogy a projekt megvalósítható. Nézze meg ezt a hűvös videót, amely elmagyarázza a Starshade misszió működését, a NASA JPL jóvoltából:
