Για να βοηθήσουν μελλοντικές προσπάθειες εντοπισμού και μελέτης εξωπλανητών, μηχανικοί με το Jet Propulsion Laboratory της NASA - σε συνδυασμό με το πρόγραμμα εξερεύνησης Exoplanet (ExEP) - εργάζονται για τη δημιουργία του Starshade. Μόλις αναπτυχθεί, αυτό το επαναστατικό διαστημικό σκάφος θα βοηθήσει τα τηλεσκόπια επόμενης γενιάς, αποκλείοντας το σκοτεινό φως που προέρχεται από μακρινά αστέρια, ώστε οι εξωπλανήτες να μπορούν να απεικονιστούν άμεσα.
Αν και αυτό μπορεί να ακούγεται αρκετά απλό, το Starshade θα πρέπει επίσης να συμμετάσχει σε κάποιο σοβαρό σχηματισμό για να κάνει τη δουλειά του αποτελεσματικά. Αυτό ήταν το συμπέρασμα της έκθεσης Starshade Technology Development (γνωστός και ως S5) Έκθεση Milestone 4 - η οποία είναι διαθέσιμη μέσω του ιστότοπου ExEP. Όπως ανέφερε η έκθεση, το Starshade θα πρέπει να είναι απόλυτα ευθυγραμμισμένο με τα διαστημικά τηλεσκόπια, ακόμη και σε ακραίες αποστάσεις.
Ενώ πάνω από τέσσερις χιλιάδες εξωπλανήτες έχουν ανακαλυφθεί μέχρι σήμερα χωρίς τη βοήθεια ενός Starshade, η συντριπτική πλειοψηφία τους ανακαλύφθηκε χρησιμοποιώντας έμμεσα μέσα. Τα πιο αποτελεσματικά μέσα περιελάμβαναν την παρακολούθηση μακρινών αστεριών για περιοδικές πτώσεις στη φωτεινότητα που υποδηλώνουν τη διέλευση των πλανητών (τη Μέθοδο Διαμετακόμισης) και τη μέτρηση των κινήσεων ενός αστεριού μπρος-πίσω για να προσδιοριστεί η παρουσία ενός πλανητικού συστήματος (η Μέθοδος Ακτινικής ταχύτητας).
Αν και είναι αποτελεσματικές στην ανίχνευση εξωπλανητών και στη λήψη ακριβών εκτιμήσεων για το μέγεθος, τη μάζα και την τροχιακή τους περίοδο, αυτές οι μέθοδοι δεν είναι πολύ αποτελεσματικές όταν πρόκειται να προσδιοριστούν οι συνθήκες στις επιφάνειές τους. Για να γίνει αυτό, οι επιστήμονες πρέπει να είναι σε θέση να αποκτήσουν φασματογραφικές πληροφορίες σε αυτούς τους πλανήτες ατμόσφαιρες, κάτι που είναι καθοριστικό για να καθοριστεί εάν θα μπορούσαν πραγματικά να κατοικήσουν.
Ο μόνος αξιόπιστος τρόπος για να το κάνετε αυτό με μικρότερους, βραχώδεις πλανήτες (γνωστός και ως «γήινος») είναι μέσω άμεσης απεικόνισης. Αλλά επειδή τα αστέρια μπορεί να είναι δισεκατομμύρια φορές πιο φωτεινά από το φως που αντανακλάται από την ατμόσφαιρα ενός πλανήτη, αυτή είναι μια εξαιρετικά δύσκολη διαδικασία. Μπείτε στο Starshade, το οποίο θα αποκλείσει το έντονο φως των αστεριών χρησιμοποιώντας μια σκιά που θα ξεδιπλώνεται από το διαστημικό σκάφος όπως τα πέταλα ενός λουλουδιού.
Αυτό θα βελτιώσει δραματικά τις πιθανότητες των διαστημικών τηλεσκοπίων να εντοπίζουν τυχόν πλανήτες που περιστρέφονται γύρω από ένα αστέρι. Ωστόσο, για να λειτουργήσει αυτή η μέθοδος, τα δύο διαστημόπλοια θα πρέπει να παραμείνουν ευθυγραμμισμένα σε απόσταση 1 μέτρου (3 πόδια), παρά το γεγονός ότι θα πετάξουν έως και 40.000 χλμ. (24.850 mi). Αν είναι
Όπως εξήγησε ο μηχανικός της JPL Michael Bottom σε πρόσφατο δελτίο τύπου της NASA:
«Οι αποστάσεις για τις οποίες μιλάμε για την τεχνολογία αστεριών είναι δύσκολο να φανταστούμε. Εάν το αστέρι είχε μειωθεί στο μέγεθος ενός ρόστερ ποτού, το τηλεσκόπιο θα ήταν το μέγεθος μιας γόμας μολυβιού και θα χωριζόταν περίπου 60 μίλια [100 χιλιόμετρα]. Τώρα φανταστείτε αυτά τα δύο αντικείμενα να αιωρούνται ελεύθερα στο διάστημα. Και οι δύο βιώνουν αυτά τα μικρά ρυμουλκά και απόκρυψη από τη βαρύτητα και άλλες δυνάμεις, και σε αυτήν την απόσταση προσπαθούμε να τα κρατήσουμε και τα δύο με ακρίβεια ευθυγραμμισμένα σε περίπου 2 χιλιοστά. "
Η έκθεση S5 Milestone 4 εξέτασε κυρίως ένα εύρος διαχωρισμού 20.000 έως 40.000 km (12.500 έως 25.000 mi) και μια σκιά που είχε διάμετρο 26 μέτρα (85 πόδια). Μέσα σε αυτές τις παραμέτρους, ένα διαστημικό σκάφος Starshade θα μπορούσε να συνεργαστεί με μια αποστολή όπως το τηλεσκόπιο υπέρυθρης έρευνας υπέρυθρων πεδίων της NASA (WFIRST), ένα τηλεσκόπιο με πρωτεύοντα καθρέφτη διαμέτρου 2,4 μ. -2020.
Μετά τον προσδιορισμό της απαραίτητης ευθυγράμμισης μεταξύ των δύο διαστημικών σκαφών, ο Bottom και η ομάδα του ανέπτυξαν επίσης έναν καινοτόμο τρόπο για τηλεσκόπια, όπως το WFIRST, για να προσδιορίσουν εάν το Starshade δεν θα ευθυγραμμίστηκε. Αυτό συνίστατο στην οικοδόμηση ενός προγράμματος υπολογιστή που θα μπορούσε να αναγνωρίσει πότε τα φωτεινά και σκοτεινά μοτίβα επικεντρώνονταν στο τηλεσκόπιο και όταν είχαν μετακινηθεί εκτός κέντρου.
Ο Bottom διαπίστωσε ότι η τεχνική ήταν πολύ αποτελεσματική στην ανίχνευση των παραμικρών αλλαγών στη θέση ενός Starshade, ακόμη και στις ακραίες αποστάσεις. Για να διασφαλίσει ότι διατηρείται ευθυγραμμισμένη, ο συνάδελφος μηχανικός JPL Thibault Flinois και οι συνεργάτες του ανέπτυξαν ένα σύνολο αλγορίθμων που βασίζονται σε πληροφορίες που παρέχονται από το πρόγραμμα Bottom για να καθορίσουν πότε πρέπει να ενεργοποιηθούν οι προωθητές του Starshade για να το διατηρήσει σε ευθυγράμμιση.
Σε συνδυασμό με την εργασία του Bottom, αυτή η έκθεση έδειξε ότι η διατήρηση των δύο διαστημικών σκαφών ευθυγραμμισμένη είναι εφικτή χρησιμοποιώντας αυτοματοποιημένους αισθητήρες και χειριστήρια ώθησης - ακόμη και αν χρησιμοποιήθηκε ένα μεγαλύτερο αστέρι και ένα τηλεσκόπιο και τοποθετήθηκαν σε απόσταση 74.000 km (46.000 mi). Αν και επαναστατική όσον αφορά τα αυτόνομα συστήματα, αυτή η πρόταση βασίζεται σε μια μακρά παράδοση για τους επιστήμονες της NASA.
Όπως εξήγησε ο Phil Willems, διευθυντής της δραστηριότητας Starshade Technology Development της NASA:
«Αυτό για μένα είναι ένα καλό παράδειγμα για το πώς η διαστημική τεχνολογία γίνεται ολοένα και πιο εξαιρετική με βάση τις προηγούμενες επιτυχίες της. Χρησιμοποιούμε σχηματισμό που πετά στο διάστημα κάθε φορά που μια κάψουλα αγκυροβολείται στον Διεθνή Διαστημικό Σταθμό. Αλλά ο Michael και ο Thibault έχουν προχωρήσει πολύ πέρα από αυτό και έδειξαν έναν τρόπο να διατηρήσουν το σχηματισμό σε κλίμακες μεγαλύτερες από την ίδια τη Γη. "
Επιβεβαιώνοντας ότι η NASA μπορεί να ανταποκριθεί σε αυτές τις αυστηρές απαιτήσεις «ανίχνευσης και ελέγχου σχηματισμού», ο Bottom και ο συνάδελφός του μηχανικός JPL Thibault Flinois αντιμετώπισαν ένα από τα τρία κενά τεχνολογίας που αντιμετωπίζει η αποστολή Starshade - συγκεκριμένα, πώς οι ακριβείς αποστάσεις που σχετίζονται σχετίζονται με το μέγεθος της σκιάς ο ίδιος και ο κύριος καθρέφτης του τηλεσκοπίου.
Ως ένα από τα διαστημικά τηλεσκόπια επόμενης γενιάς της NASA που θα ανεβαίνουν τα επόμενα χρόνια, το WFIRST θα είναι η πρώτη αποστολή που θα χρησιμοποιήσει μια άλλη μορφή τεχνολογίας αποκλεισμού φωτός. Γνωστό ως αστρικό στέμμα, αυτό το όργανο θα ενσωματωθεί στο τηλεσκόπιο και θα του επιτρέψει να τραβήξει απευθείας εικόνες από τον Ποσειδώνα σε εξωπλανήτες μεγέθους Δία.
Ενώ ένα έργο Starshade δεν έχει εγκριθεί ακόμη για πτήση, θα μπορούσε ενδεχομένως να σταλεί να συνεργαστεί με το WFIRST μέχρι τα τέλη της δεκαετίας του 2020. Η ικανοποίηση της απαίτησης σχηματισμού πετάγματος είναι ένα μόνο βήμα προς την απόδειξη ότι το έργο είναι εφικτό. Φροντίστε να δείτε αυτό το υπέροχο βίντεο που εξηγεί πώς θα λειτουργούσε μια αποστολή Starshade, ευγενική προσφορά της NASA JPL:
