НАСА завъртя много глави през последните години благодарение на концепцията си за мисията New Worlds - ака. Starshade. Съставен от огромен окултер с форма на цветя, този предложен космически апарат е предназначен да бъде разположен заедно с космически телескоп (най-вероятно космическият телескоп на Джеймс Уеб). След това той ще блокира отблясъците на далечни звезди, създавайки изкуствено затъмнение, за да улесни откриването и изучаването на планетите около тях.
Единственият проблем е, че се очаква тази концепция да струва доста стотинки - приблизително 750 милиона до 3 милиарда долара в този момент! Ето защо професорът от Станфорд Симоне Д'Амико (с помощта на експерта по екзопланети Брус Макинтош) предлага намалена версия на концепцията, за да демонстрира нейната ефективност. Известен като mDot, този окултер ще свърши същата работа, но с малка част от цената.
Целта зад окултера е проста. При лов на екзопланети астрономите са принудени да разчитат предимно на косвени методи - най-често срещаният метод е Транзит. Това включва наблюдение на звезди за потапяне в светенето, които се приписват на планетите, минаващи между тях и наблюдателя. Чрез измерване на скоростта и честотата на тези спадове астрономите са в състояние да определят размерите на екзопланетите и техните орбитални периоди.
Както обяснява Симоне Д'Амико, чиято лаборатория работи по тази затъмняваща система, в изявление за пресата на университета в Станфорд:
„С непреки измервания можете да откриете обекти в близост до звезда и да установите периода им на орбита и разстоянието от звездата. Това е цялата важна информация, но с пряко наблюдение бихте могли да характеризирате химичния състав на планетата и потенциално да наблюдавате признаци на биологична активност - живот. “
Този метод обаче също страда от значителен брой лъжливи положителни резултати и обикновено изисква част от орбитата на планетата да се пресича по права линия между звездата-домакин и Земята. Изучаването на самите екзопланети също е доста трудно, тъй като светлината, идваща от звездата, вероятно ще бъде няколко милиарда пъти по-ярка, отколкото светлината да се отразява извън планетата.
Способността за изучаване на тази отразена светлина е от особен интерес, тъй като би предоставила ценни данни за атмосферата на екзопланетите. Като такива се разработват няколко ключови технологии, които да блокират смущаващата светлина на звездите. Космически кораб, оборудван с оклутер, е една такава технология. Сдвоени с космически телескоп, този космически кораб би създал изкуствено затъмнение пред звездата, така че предмети около нея (т.е. екзопланети) да се виждат ясно.
Но освен значителните разходи за изграждането на такъв, има и въпросът за размера и разполагането. За да може такава мисия да работи, самият окултер трябва да е с диаметър на бейзболен диамант - 27,5 метра (90 фута) в диаметър. Той също така трябва да бъде отделен от телескопа на разстояние, равно на множество диаметри на Земята, и ще трябва да бъде разположен извън земната орбита. Всичко това допълва доста скъпа мисия!
Като такъв, D'Amico - асистент и ръководител на лабораторията за космически срещи (SRL) в Станфорд - и Брус Макинтош (професор по физика в Станфорд) се обединиха, за да създадат по-малка версия, наречена Miniaturized Distributed Occulter / Telescope ( mDOT). Основната цел на mDOT е да осигури нискотарифна демонстрация на полет на технологията, с надеждата за повишаване на доверието в пълноценна мисия.
Както обясни Адам Кьониг, аспирант в SRL:
„Досега не е имало мисия със степента на усъвършенстване, която би била необходима за една от тези обсерватории за изобразяване на екзопланети. Когато питате централата за няколко милиарда долара да направи нещо подобно, би било идеално да можем да кажем, че вече сме летели всичко това. Този е просто по-голям. "
Състои се от две части, mDOT системата се възползва от последните разработки в миниатюризацията и малките сателитни (smallsat) технологии. Първият е 100-килограмов микросателит, който е оборудван с 3-метров звезден сенник. Вторият е 10-килограмов наносателит, който носи телескоп с диаметър 10 см (3,937 инча). И двата компонента ще бъдат разположени във висока орбита на Земята с номинално разстояние по-малко от 1000 километра (621 мили).
С помощта на колегите от SRL формата на звездното тяло на mDOT беше преформулирана така, че да отговаря на ограниченията на много по-малък космически кораб. Както обясни Koenig, този мащабиран и специално проектиран звезден сенник ще може да свърши същата работа като мащабната версия с формата на цветя - и с бюджет!
"С тази специална геометрична форма можете да накарате светлината да се разсейва около звездното стъкло, за да се отмени", каза той. - Тогава получавате много, много дълбока сянка точно в центъра. Сянката е достатъчно дълбока, че светлината от звездата няма да пречи на наблюденията на близка планета. "
Въпреки това, тъй като сянката, създадена от звездата на mDOT, е с диаметър само десетки сантиметри, наносателитът ще направи внимателно маневриране, за да остане в него. За тази цел D'Amico и SRL също проектираха автономна система за наносателита, която ще му позволи да извършва маневри на формирането със звездното стъкло, да счупи формацията, когато е необходимо, и да се срещне отново с нея по-късно.
Жалко ограничение на технологията е фактът, че тя няма да може да разреши планети, подобни на Земята. Особено, когато става въпрос за звезди от тип М (червено джудже), тези планети вероятно орбитат твърде близо до родителските си звезди, за да бъдат наблюдавани ясно. Въпреки това, той ще бъде в състояние да разреши газови гиганти с размер на Юпитер и да помогне да се характеризират екзозодиакалните концентрации на прах около близките звезди - и двете са приоритети за НАСА.
Междувременно D'Amico и неговите колеги ще използват Testbed за рандеву и оптична навигация (TRON), за да тестват своята концепция mDOT. Това съоръжение е специално построено от D'Amico, за да възпроизведе видовете сложни и уникални условия на осветяване, които срещат сензорите в космоса. В следващите години той и неговият екип ще работят, за да гарантират, че системата работи, преди да създаде евентуален прототип.
Както D'Amico каза за работата, която той и неговите колеги в SNL изпълняват:
„Ентусиазиран съм от моята изследователска програма в Станфорд, защото се справяме с важни предизвикателства. Искам да помогна да отговоря на основните въпроси и ако погледнете във всички съвременни направления на космическата наука и изследване - независимо дали се опитваме да наблюдаваме екзопланети, да научим за еволюцията на Вселената, да сглобим структури в космоса или да разберем нашата планета - спътникова формация - полетът е ключовият фактор. "
Други проекти, в които D'Amico и SNL в момента участват, включват разработване на по-големи форми на малки космически кораби (известни още като „роякови спътници“). В миналото D'Amico също си сътрудничи с НАСА по проекти като GRACE - мисия, която картографира вариациите в земното гравитационно поле като част от програмата на НАСА Earth System Pathfinder (ESSP) - и TanDEM-X, спонсориран от SEA мисия, която даде 3D карти на Земята.
Тези и други проекти, които се стремят да използват миниатюризацията с цел изследване на космоса, обещават нова ера от по-ниски разходи и по-голяма достъпност. С приложения, вариращи от рояци от миниатюрни спътници за научни изследвания и комуникации до нанопластика, способни да направят пътуването до Алфа Кентавър с релативистични скорости (Breakthrough Starshot), бъдещето на космоса изглежда доста обещаващо!
Не забравяйте да разгледате и това видео на TRON съоръжението, с любезното съдействие на университета Standford:
