Τα τελευταία χρόνια η NASA έχει κάνει πολλά κεφάλια χάρη στην ιδέα της New Worlds Mission - γνωστός και ως. Starshade. Αυτό το προτεινόμενο διαστημικό σκάφος αποτελείται από ένα γιγαντιαίο απόκρυφο σε σχήμα λουλουδιού, προορίζεται να αναπτυχθεί παράλληλα με ένα διαστημικό τηλεσκόπιο (πιθανότατα το Διαστημικό Τηλεσκόπιο James Webb). Στη συνέχεια, θα μπλοκάρει το έντονο φως των μακρινών αστεριών, δημιουργώντας μια τεχνητή έκλειψη που θα διευκολύνει την ανίχνευση και τη μελέτη πλανητών σε τροχιά.
Το μόνο πρόβλημα είναι ότι αυτή η ιδέα αναμένεται να κοστίσει μια πένα - περίπου 750 εκατομμύρια έως 3 δισεκατομμύρια δολάρια σε αυτό το σημείο! Για το λόγο αυτό, ο καθηγητής του Στάνφορντ Σιμόνε Ντ 'Αμίκο (με τη βοήθεια του εμπειρογνώμονα του εξωπλανήτη Bruce Macintosh) προτείνει μια μειωμένη έκδοση της έννοιας για να δείξει την αποτελεσματικότητά της. Γνωστό ως mDot, αυτός ο αποκρυφιστής θα κάνει την ίδια δουλειά, αλλά σε ένα μικρό μέρος του κόστους.
Ο σκοπός πίσω από έναν απόκρυφο είναι απλός. Όταν κυνηγούν εξωπλανήτες, οι αστρονόμοι αναγκάζονται να βασίζονται κυρίως σε έμμεσες μεθόδους - η πιο κοινή είναι η Μέθοδος Διαμετακόμισης. Αυτό περιλαμβάνει την παρακολούθηση των αστεριών για πτώσεις στη φωτεινότητα, που αποδίδονται σε πλανήτες που περνούν μεταξύ τους και του παρατηρητή. Μετρώντας το ρυθμό και τη συχνότητα αυτών των πτώσεων, οι αστρονόμοι είναι σε θέση να προσδιορίσουν τα μεγέθη των εξωπλανητών και των περιόδων τροχιάς τους.
Όπως εξήγησε ο Simone D'Amico, του οποίου το εργαστήριο εργάζεται σε αυτό το σύστημα έκλειψης, σε μια δήλωση τύπου του Πανεπιστημίου του Στάνφορντ:
«Με έμμεσες μετρήσεις, μπορείτε να εντοπίσετε αντικείμενα κοντά σε ένα αστέρι και να υπολογίσετε την περίοδο τροχιάς και την απόσταση από το αστέρι. Αυτές είναι όλες σημαντικές πληροφορίες, αλλά με άμεση παρατήρηση θα μπορούσατε να χαρακτηρίσετε τη χημική σύνθεση του πλανήτη και ενδεχομένως να παρατηρήσετε σημάδια βιολογικής δραστηριότητας - τη ζωή. "
Ωστόσο, αυτή η μέθοδος πάσχει επίσης από ένα σημαντικό ποσοστό ψευδών θετικών και γενικά απαιτεί ότι ένα μέρος της τροχιάς του πλανήτη τέμνει μια οπτική γωνία μεταξύ του άστρου του ξενιστή και της Γης. Η μελέτη των ίδιων των εξωπλανητών είναι επίσης πολύ δύσκολη, καθώς το φως που προέρχεται από το αστέρι είναι πιθανό να είναι αρκετά δισεκατομμύρια φορές πιο φωτεινό από το φως που ανακλάται από τον πλανήτη.
Ιδιαίτερο ενδιαφέρον παρουσιάζει η ικανότητα μελέτης αυτού του ανακλώμενου φωτός, καθώς θα απέφερε πολύτιμα δεδομένα για την ατμόσφαιρα των εξωπλανητών. Ως εκ τούτου, πολλές βασικές τεχνολογίες αναπτύσσονται για να αποκλείσουν το παρεμποδιστικό φως των αστεριών. Ένα διαστημικό σκάφος εξοπλισμένο με ένα απόκρυφο είναι μια τέτοια τεχνολογία. Σε συνδυασμό με ένα διαστημικό τηλεσκόπιο, αυτό το διαστημικό σκάφος θα δημιουργούσε μια τεχνητή έκλειψη μπροστά από το αστέρι, ώστε αντικείμενα γύρω από αυτό (δηλαδή εξωπλανήτες) να φαίνονται καθαρά.
Εκτός από το σημαντικό κόστος κατασκευής, υπάρχει επίσης το ζήτημα του μεγέθους και της ανάπτυξης. Για να λειτουργήσει μια τέτοια αποστολή, ο ίδιος ο αποκρυφιστής θα πρέπει να έχει περίπου το μέγεθος ενός διαμαντιού μπέιζμπολ - διαμέτρου 27,5 μέτρων (90 πόδια). Θα πρέπει επίσης να διαχωριστεί από το τηλεσκόπιο σε απόσταση ίση με πολλές διαμέτρους της Γης και θα πρέπει να αναπτυχθεί πέρα από την τροχιά της Γης. Όλα αυτά προσθέτουν μια μάλλον ακριβή αποστολή!
Ως εκ τούτου, ο D'Amico - επίκουρος καθηγητής και επικεφαλής του Space Rendezvous Laboratory (SRL) στο Stanford - και ο Bruce Macintosh (καθηγητής φυσικής του Στάνφορντ) συνεργάστηκαν για να δημιουργήσουν μια μικρότερη έκδοση που ονομάζεται Miniaturized Distributed Occulter / Telescope ( mDOT). Ο πρωταρχικός σκοπός του mDOT είναι να παρέχει μια χαμηλού κόστους επίδειξη πτήσης της τεχνολογίας, με την ελπίδα να αυξηθεί η εμπιστοσύνη σε μια αποστολή πλήρους κλίμακας.
Όπως εξήγησε ο Adam Koenig, μεταπτυχιακός φοιτητής στο SRL:
«Μέχρι στιγμής, δεν υπήρχε καμία αποστολή με το βαθμό της πολυπλοκότητας που θα απαιτούσε ένα από αυτά τα παρατηρητήρια απεικόνισης εξωπλανήτη. Όταν ζητάτε από τα κεντρικά γραφεία μερικά δισεκατομμύρια δολάρια για να κάνετε κάτι τέτοιο, θα ήταν ιδανικό να πούμε ότι έχουμε ήδη πετάξει όλα αυτά πριν. Αυτό είναι απλώς μεγαλύτερο. "
Αποτελούμενο από δύο μέρη, το σύστημα mDOT εκμεταλλεύεται τις πρόσφατες εξελίξεις στη μικρογραφία και την τεχνολογία μικρών δορυφόρων (smallsat). Ο πρώτος είναι ένας μικρο δορυφόρος 100 κιλών που είναι εξοπλισμένος με αστέρι διαμέτρου 3 μέτρων. Ο δεύτερος είναι ένας νανο δορυφόρος 10 κιλών που έχει ένα τηλεσκόπιο διαμέτρου 10 cm (3,937 in). Και τα δύο συστατικά θα αναπτυχθούν σε τροχιά υψηλής Γης με ονομαστικό διαχωρισμό μικρότερο από 1.000 χιλιόμετρα (621 mi).
Με τη βοήθεια συναδέλφων από το SRL, το σχήμα του αστέρι mDOT αναδιαμορφώθηκε ώστε να ταιριάζει στους περιορισμούς ενός πολύ μικρότερου διαστημικού σκάφους. Όπως εξήγησε ο Koenig, αυτό το κλιμακωτό και ειδικά σχεδιασμένο αστέρι θα είναι σε θέση να κάνει την ίδια δουλειά με την έκδοση μεγάλης κλίμακας, σε σχήμα λουλουδιού - και με προϋπολογισμό!
«Με αυτό το ιδιαίτερο γεωμετρικό σχήμα, μπορείτε να κάνετε το φως να διαχέεται γύρω από το αστέρι για να ακυρωθεί», είπε. «Τότε, έχετε μια πολύ, πολύ βαθιά σκιά ακριβώς στο κέντρο. Η σκιά είναι αρκετά βαθιά ώστε το φως από το αστέρι να μην παρεμβαίνει στις παρατηρήσεις ενός κοντινού πλανήτη. "
Ωστόσο, δεδομένου ότι η σκιά που δημιουργήθηκε από το starhade του mDOT έχει διάμετρο μόνο δεκάδων εκατοστών, ο νανο δορυφόρος θα πρέπει να κάνει κάποιους προσεκτικούς ελιγμούς για να παραμείνει μέσα του. Για το σκοπό αυτό, η D'Amico και η SRL σχεδίασαν επίσης ένα αυτόνομο σύστημα για τον νανο δορυφόρο, το οποίο θα του επέτρεπε να διεξάγει ελιγμούς σχηματισμού με το αστέρι, να σχηματίσει διάλειμμα όταν χρειάζεται και να συναντήσει ξανά αργότερα.
Ένας ατυχής περιορισμός στην τεχνολογία είναι το γεγονός ότι δεν θα μπορεί να επιλύσει πλανήτες σαν τη Γη. Ειδικά όσον αφορά τα αστέρια τύπου Μ (κόκκινος νάνος), αυτοί οι πλανήτες είναι πιθανό να βρίσκονται σε τροχιά πολύ κοντά στα γονικά τους αστέρια για να παρατηρηθούν καθαρά. Ωστόσο, θα είναι σε θέση να επιλύσει τους γίγαντες φυσικού αερίου μεγέθους του Δία και να βοηθήσει στον χαρακτηρισμό των συγκεντρώσεων εξωζωδιακής σκόνης γύρω από τα κοντινά αστέρια - και τα δύο είναι προτεραιότητες για τη NASA.
Εν τω μεταξύ, ο D'Amico και οι συνάδελφοί του θα χρησιμοποιήσουν το Testbed for Rendezvous και Optical Navigation (TRON) για να δοκιμάσουν την ιδέα του mDOT. Αυτή η εγκατάσταση δημιουργήθηκε ειδικά από την D'Amico για να αναπαράγει τους τύπους σύνθετων και μοναδικών συνθηκών φωτισμού που αντιμετωπίζουν οι αισθητήρες στο διάστημα. Τα επόμενα χρόνια, αυτός και η ομάδα του θα εργαστούν για να διασφαλίσουν ότι το σύστημα λειτουργεί πριν από τη δημιουργία ενός τελικού πρωτοτύπου.
Όπως είπε ο D'Amico για τη δουλειά που έκανε και οι συνεργάτες του στο SNL:
«Είμαι ενθουσιασμένος για το ερευνητικό μου πρόγραμμα στο Στάνφορντ επειδή αντιμετωπίζουμε σημαντικές προκλήσεις. Θέλω να βοηθήσω να απαντήσω σε θεμελιώδεις ερωτήσεις και αν κοιτάξετε προς όλες τις τρέχουσες κατευθύνσεις της διαστημικής επιστήμης και της εξερεύνησης - εάν προσπαθούμε να παρατηρήσουμε εξωπλανήτες, να μάθουμε για την εξέλιξη του σύμπαντος, να συναρμολογήσουμε δομές στο διάστημα ή να κατανοήσουμε τον πλανήτη μας - σχηματισμός δορυφόρων- η πτήση είναι ο βασικός παράγοντας. "
Άλλα έργα στα οποία συμμετέχουν η D'Amico και η SNL περιλαμβάνουν την ανάπτυξη μεγαλύτερων σχηματισμών μικροσκοπικών διαστημικών σκαφών (γνωστός και ως "σμήνος δορυφόρων"). Στο παρελθόν, η D'Amico έχει επίσης συνεργαστεί με τη NASA σε έργα όπως το GRACE - μια αποστολή που χαρτογράφησε παραλλαγές στο πεδίο της βαρύτητας της Γης ως μέρος του προγράμματος Earth Path Science Science Pathfinder (ESSP) - και του TanDEM-X, που χρηματοδοτείται από τη SEA αποστολή που απέδωσε 3D χάρτες της Γης.
Αυτά και άλλα έργα που επιδιώκουν να αξιοποιήσουν τη μικρογραφία για χάρη της εξερεύνησης του διαστήματος υπόσχονται μια νέα εποχή χαμηλότερου κόστους και μεγαλύτερης προσβασιμότητας. Με εφαρμογές που κυμαίνονται από σμήνη μικροσκοπικών δορυφόρων έρευνας και επικοινωνιών έως νανοκράματα ικανά να κάνουν το ταξίδι στο Alpha Centauri σε σχετικιστικές ταχύτητες (Breakthrough Starshot), το μέλλον του διαστήματος φαίνεται αρκετά ελπιδοφόρο!
Φροντίστε επίσης να δείτε αυτό το βίντεο της εγκατάστασης TRON, ευγενική προσφορά του Standford University:
