NASA on kääntänyt paljon päätä viime vuosina New Worlds Mission -konseptinsa, aka. Starshade. Tämä ehdotettu avaruusalus koostuu jättiläisestä kukanmuotoisesta okkulistista, ja se on tarkoitettu käytettäväksi avaruusteleskoopin (todennäköisesti James Webbin avaruusteleskooppi) rinnalla. Se estää sitten kaukaisten tähtien häikäisyn ja luo keinotekoisen pimennyksen, joka helpottaa niiden kiertävien planeettojen havaitsemista ja tutkimista.
Ainoa ongelma on, että tämän konseptin odotetaan maksavan melko penniäkään - arviolta 750 - 3 miljardia dollaria tässä vaiheessa! Siksi Stanfordin professori Simone D’Amico (eksoplaneetta-asiantuntijan Bruce Macintoshin avulla) ehdottaa konseptin supistettua versiota osoittamaan sen tehokkuutta. Tunnetaan nimellä mDot, tämä salaisin tekee saman työn, mutta vain murto-osalla kustannuksista.
Okkulterin tarkoitus on yksinkertainen. Eksoplaneettoja metsästettäessä tähtitieteilijät pakotetaan luottamaan pääasiassa suuntausmenetelmiin - yleisin on kauttakulkumenetelmä. Tähän sisältyy tähtiä tarkkailtaessa vaaleuden kasteja, jotka johtuvat planeetoista, jotka kulkevat niiden ja tarkkailijan välillä. Mittaamalla näiden laskujen nopeus ja taajuus, tähtitieteilijät kykenevät määrittämään eksoplaneettojen koon ja niiden kiertoratojen jaksot.
Kuten Simone D’Amico, jonka laboratorio työskentelee tämän pimennysjärjestelmän parissa, selitti Stanfordin yliopiston lehdistötiedotteessa:
”Epäsuoramittauksilla voit tunnistaa tähden lähellä olevat esineet ja selvittää niiden kiertorata-ajan ja etäisyyden tähdestä. Tämä on kaikki tärkeää tietoa, mutta suoralla havainnolla voisit luonnehtia planeetan kemiallista koostumusta ja mahdollisesti havaita biologisen aktiivisuuden - elämän - merkkejä. ”
Kuitenkin tämä menetelmä kärsii myös huomattavasta määrästä vääriä positiivisia ja vaatii yleensä, että osa planeetan kiertoradasta leikkaa näkökentän isäntätähden ja maan välillä. Itse eksoplaneettojen opiskelu on myös melko vaikeaa, koska tähtistä tuleva valo on todennäköisesti useita miljardia kertaa kirkkaampi kuin planeetan ulkopuolelta heijastuva valo.
Kyky tutkia tätä heijastunutta valoa on erityisen kiinnostava, koska se antaisi arvokasta tietoa eksoplaneettojen ilmakehästä. Sellaisenaan useita keskeisiä tekniikoita on kehitteillä estääkseen tähtiä häiritsevän valon. Yksi tällainen tekniikka on pilarilla varustettu avaruusalus. Avaruusteleskoopin kanssa pariksi muodostettu avaruusalusta aiheuttaisi keinotekoisen pimennyksen tähden eteen, joten esineet sen ympärillä (ts. Eksoplaneetit) ovat selvästi nähtävissä.
Yhden rakentamisen huomattavien kustannusten lisäksi aiheena on myös koko ja käyttöönotto. Jotta tällainen tehtävä toimisi, okkulttorin itsensä tulisi olla baseball-timantin kokoinen - halkaisijaltaan 27,5 metriä (90 jalkaa). Se olisi myös erotettava kaukoputkesta etäisyydellä, joka on yhtä suuri kuin maapallon halkaisija, ja se olisi sijoitettava maan kiertoradan ulkopuolelle. Kaikki tämä lisää melko kallista tehtävää!
Sellaisenaan D'Amico - apulaisprofessori ja Space Rendezvous Laboratoryn (SRL) johtaja Stanfordissa - ja Bruce Macintosh (Stanfordin fysiikan professori) ryhmittyivät yhdessä luomaan pienemmän version nimeltä Miniaturized Distributed Occulter / Telescope ( mDOT). MDOT: n ensisijainen tarkoitus on tarjota teknologian edullinen lentoesitys, jotta voidaan lisätä luottamusta täysimittaiseen tehtävään.
Kuten SRL: n jatko-opiskelija Adam Koenig selitti:
”Toistaiseksi ei ole suoritettu yhtä hienostuneesti sitä tehtävää, jota vaadittaisiin yhdelle näistä eksoplaneetan kuvantamisen observatorioista. Kun pyydät pääkonttoria muutama miljardi dollaria tekemään jotain tällaista, olisi ihanteellista sanoa, että olemme jo lentaneet kaiken tämän aikaisemmin. Tämä on vain isompi. ”
MDOT-järjestelmä, joka koostuu kahdesta osasta, hyödyntää miniatyrisoinnin ja pienten satelliittitekniikoiden (smallsat) viimeaikaista kehitystä. Ensimmäinen on 100 kg: n mikrosatelliitti, joka on varustettu halkaisijaltaan 3-metrisella tähtivarjolla. Toinen on 10 kg: n nanosatelliitti, joka sisältää teleskoopin, jonka halkaisija on 10 cm (3,937 tuumaa). Molemmat komponentit sijoitetaan maapallon korkealle kiertoradalle nimellisetäisyydellä alle 1 000 km (621 mi).
Kollegat SRL: n avulla mDOT: n tähdenmuoto muotoiltiin uudelleen sopimaan paljon pienemmän avaruusaluksen rajoituksiin. Kuten Koenig selitti, tämä pienennetty ja erikoissuunniteltu tähtivarjostin pystyy tekemään saman työn kuin suuri, kukkamainen versio - ja budjetilla!
"Tämän erityisen geometrisen muodon avulla voit saada valon, joka hajoaa tähtivarjostimen ympärille, jotta se eliminoituu", hän sanoi. ”Sitten saat hyvin, hyvin syvän varjon suoraan keskelle. Varjo on riittävän syvä, ettei tähtiä saava valo häiritse lähellä olevan planeetan havaintoja. "
Koska mDOT: n tähtivarjostimen luoma varjo on kuitenkin vain kymmeniä senttimetriä halkaisijaltaan, nanosatelliitti joutuu huolehtimaan siitä pysyäkseen siinä. Tätä tarkoitusta varten D’Amico ja SRL suunnittelivat myös itsenäisen järjestelmän nanosatelliitille, joka mahdollistaisi sen suorittaa muodostustoimenpiteitä tähtivarjostimen kanssa, hajottaa muodostumisen tarvittaessa ja tapaamisen sen kanssa myöhemmin uudelleen.
Valitettava rajoitus tekniikalle on se, että se ei pysty ratkaisemaan maan kaltaisia planeettoja. Varsinkin kun kyse on M-tyypin (punainen kääpiö) tähtiistä, nämä planeetat kiertävät todennäköisesti liian lähellä vanhempaa tähtiä voidakseen havaita selvästi. Se kykenee kuitenkin ratkaisemaan Jupiterin kokoiset kaasujättiläiset ja auttamaan karakterisoimaan eksozodiaalisen pölyn pitoisuuksia lähellä olevien tähtijen ympärillä - molemmat ovat NASA: n prioriteetteja.
Sillä välin D’Amico ja hänen kollegansa käyttävät Testbed for Rendezvous and Optical Navigation (TRON) -testiä testatakseen mDOT-konseptiaan. Tämän rakennuksen on D'Amico nimenomaan rakentanut monistamaan monimutkaisia ja ainutlaatuisia valaistusolosuhteita, joita avaruusanturit kohtaavat. Lähivuosina hän ja hänen tiiminsä pyrkivät varmistamaan, että järjestelmä toimii ennen mahdollisen prototyypin luomista.
Kuten D'Amico kertoi työstään, jonka hän ja hänen kollegansa SNL: ssä suorittavat:
”Olen innostunut Stanfordin tutkimusohjelmasta, koska olemme vastaamassa tärkeisiin haasteisiin. Haluan auttaa vastaamaan peruskysymyksiin ja jos tarkastelemme kaikkia nykyisiä avaruustieteiden ja tutkimusmatkailun suuntauksia - yrittäisimmekö seurata eksoplaneetteja, oppia maailmankaikkeuden kehitystä, koota rakenteita avaruudessa vai ymmärtää planeettamme - satelliittien muodostumista - lentäminen on avaintekijä. ”
Muihin D'Amicon ja SNL: n parhaillaan toteuttamiin hankkeisiin kuuluu pienten avaruusalusten suurempien kokoonpanojen kehittäminen (alias. "Parvi-satelliitit"). Aikaisemmin D'Amico on myös tehnyt yhteistyötä NASA: n kanssa esimerkiksi GRACE-hankkeessa, joka kartoittaa maan painovoimakentän muutoksia osana NASA: n Earth System Science Pathfinder (ESSP) -ohjelmaa, ja TanDEM-X, SEA: n tukema. tehtävä, joka tuotti 3D-karttoja maapallosta.
Nämä ja muut projektit, joilla pyritään hyödyntämään pienentämistä avaruustutkimuksen vuoksi, lupaavat uuden aikakauden, jossa kustannukset ovat alhaisemmat ja saavutettavuus paranee. Sovelluksissa pienistä tutkimus- ja viestintäsatelliittien parista nanokäsittelyyn, jotka kykenevät matkalle Alpha Centauriin relativistisilla nopeuksilla (Breakthrough Starshot), avaruuden tulevaisuus näyttää aika lupaavalta!
Katso myös tämä video TRON-laitoksesta, Standford University:
