Auttaakseen tulevaisuuden pyrkimyksiä etsiä ja tutkia eksoplaneettoja, NASA: n Jet-propulsiolaboratorion insinöörit - yhdessä Exoplanet Exploration Program (ExEP) kanssa - pyrkivät luomaan Starshade. Käyttöönoton jälkeen tämä vallankumouksellinen avaruusalusta auttaa seuraavan sukupolven teleskooppeja estämällä kaukaisten tähtien tulevan hämärtävän valon, jotta eksoplaneetit voidaan kuvata suoraan.
Vaikka tämä saattaa kuulostaa melko suoraviivaiselta, Starshaden on myös osallistuttava vakavaan muodostumiseen lentämiseen voidakseen tehdä työnsä tehokkaasti. Tällainen oli johtopäätös Starshade Technology Development -tiimin (aka S5) Milestone 4 -raporttiin - joka on saatavana ExEP-verkkosivustolta. Kuten raportissa todettiin, Starshade on kohdistettava täydellisesti avaruusteleskooppien kanssa jopa äärimmäisillä etäisyyksillä.
Vaikka tähän mennessä on löydetty yli neljä tuhatta eksoplaneettaa ilman Starshade-apua, suurin osa niistä löydettiin epäsuorilla keinoilla. Tehokkaimpiin keinoihin ovat kuuluneet etäisten tähtijen havaitseminen jaksottaisesti vaaleudessa, jotka osoittavat planeettojen läpikulkua (kauttakulkumenetelmä), ja tähtien liikkeiden mittaus edestakaisin planeettajärjestelmän läsnäolon määrittämiseksi (radiaalinopeuden menetelmä).
Vaikka nämä menetelmät ovat tehokkaita eksoplaneettojen havainnoinnissa ja tarkkojen arvioiden saamisessa niiden koosta, massasta ja kiertoradalta, nämä menetelmät eivät ole kovin tehokkaita määritettäessä, mitkä olosuhteet ovat niiden pinnalla. Tätä varten tutkijoiden on kyettävä saamaan spektrografinen informaatio näiden planeettojen ilmakehistä, mikä on avainasemassa määritettäessä, voivatko ne todella asua.
Ainoa luotettava tapa tehdä tämä pienemmillä, kallioisilla planeetoilla (alias "Maan kaltaiset") on suora kuvantaminen. Mutta koska tähdet voivat olla miljardeja kertoja kirkkaampia kuin planeetan ilmakehästä heijastuva valo, tämä on uskomattoman vaikea suorittaa. Siirry Tähtien varjostimeen, joka estäisi tähtiä kirkkaasta valosta käyttämällä sävyä, joka aukeaa avaruusaluksesta kuten kukan terälehdet.
Tämä parantaa dramaattisesti avaruusteleskooppien todennäköisyyttä, jotka tarkkailevat tähtiä kiertäviä planeettoja. Jotta tämä menetelmä toimisi, kahden avaruusaluksen on kuitenkin pysyttävä linjassa yhden metrin (3 jalan) sisällä, huolimatta siitä, että ne lentävät 40 000 km: n etäisyydelle toisistaan. Jos he ovat
Kuten JPL-insinööri Michael Bottom selitti äskettäisessä NASA: n lehdistötiedotteessa:
”Etäisyyksiä, joista puhumme tähdenvarjoteknologiasta, on sellainen vaikea kuvitella. Jos tähtivalaisin pienennetään juomalasin kokoiseksi, kaukoputki olisi lyijykynäpyyhkimen kokoinen, ja ne olisivat erotettu toisistaan noin 60 mailia [100 kilometriä]. Kuvittele nyt, että nämä kaksi esinettä ovat kelluvat vapaasti avaruudessa. He molemmat kokevat nämä pienet hinaajat ja nyrkkeilyt painovoimasta ja muista voimista, ja yli etäisyyden yritämme pitää ne molemmat tarkasti kohdissa noin 2 millimetrin tarkkuudella. "
S5 Milestone 4 -raportissa tarkasteltiin pääasiassa etäisyyttä 20 000 - 40 000 km (12 500 - 25 000 mi) ja varjostinta, jonka halkaisija oli 26 metriä (85 jalkaa). Näiden parametrien sisällä Starshade-avaruusalus pystyisi työskentelemään sellaisessa tehtävässä kuin NASA: n laajakenttäinen infrapunamittaus teleskooppi (WFIRST), kaukoputki, jonka ensiöpeili on halkaisijaltaan 2,4 m (~ 16,5 jalkaa) ja jonka on tarkoitus laukaisua puoliväliin mennessä. -2020s.
Saatuaan selville tarvittavan suuntauksen kahden avaruusaluksen välillä, Bottom ja hänen tiiminsä kehittivät myös innovatiivisen tavan teleskoopeille, kuten WFIRST, sen selvittämiseksi, aikoiko Starshade ajautua pois linjasta. Tämä koostui tietokoneohjelman rakentamisesta, joka pystyi tunnistamaan, kun vaaleat ja tummat kuviot olivat keskittyneet kaukoputkeen ja milloin ne olivat ajautuneet pois keskustasta.
Pohja havaitsi, että tekniikka oli erittäin tehokas havaitsemaan pienimmätkin muutokset Starshade-asemassa, jopa äärimmäisillä etäisyyksillä. JPL: n insinööri Thibault Flinois ja hänen kollegansa kehittivät pitämään itsensä linjassa, ja kehittivät joukon algoritmeja, jotka luottavat Pohjan ohjelman tarjoamiin tietoihin sen määrittämiseksi, milloin Starshaden työntövoiman tulee potkaista pitämään sitä linjassa.
Yhdessä Bottomin työn kanssa tämä raportti osoitti, että kahden avaruusaluksen pitäminen linjassa on mahdollista automatisoitujen anturien ja potkurin ohjaimien avulla - vaikka käytettäisiin isompaa tähtivarjostinta ja kaukoputkea, ja ne sijoitettaisiin 74 000 km: n etäisyydelle toisistaan. Vaikka itsenäisten järjestelmien suhteen vallankumouksellinen, tämä ehdotus perustuu NASA-tutkijoiden pitkään perinteeseen.
Kuten NASA: n Starshade Technology Development -toiminnan johtaja Phil Willems selitti:
”Tämä on mielestäni hieno esimerkki siitä, kuinka avaruusteknologiasta tulee entistä poikkeuksellisempaa rakentamalla sen aikaisempia menestyksiä. Käytämme avaruudessa lentäviä muodostelmia joka kerta, kun kapseli telakoidaan kansainvälisessä avaruusasemassa. Mutta Michael ja Thibault ovat menneet huomattavasti pidemmälle ja näyttäneet tavan ylläpitää muodostumista asteikkoilla, jotka ovat suurempia kuin Maa itse. "
Vahvistamalla, että NASA pystyy täyttämään nämä tiukat "muodostumisen havaitsemisen ja hallinnan" vaatimukset, Pohja ja toinen JPL-insinööri Thibault Flinois ovat ratkaisseet yhden kolmesta Starshade-tehtävän edessä olevasta tekniikan aukosta - erityisesti kuinka tarkat etäisyydet ovat suhteessa varjon kokoon itse ja kaukoputken pääpeili.
Yhtenä NASA: n seuraavan sukupolven avaruusteleskoopeista, jotka nousevat lähivuosina, WFIRST on ensimmäinen tehtävä, joka käyttää toista valoa estävää tekniikkaa. Tähtikoronagrafina tunnettu instrumentti integroidaan kaukoputkeen ja antaa sen kaapata kuvia Neptunusta suoraan Jupiterin kokoisiin eksoplaneetoihin.
Vaikka Starshade-hanketta ei ole vielä hyväksytty lentoon, se voidaan mahdollisesti lähettää työskentelemään WFIRSTin kanssa 2020-luvun lopulla. Muodostumisen lentämistä koskevan vaatimuksen täyttäminen on vain yksi askel kohti projektin toteutettavuuden osoittamista. Katso tätä hienoa videota, joka selittää, miten Starshade-operaatio toimisi, NASA JPL: n suosituksella:
