NASA har vendt mange hoder de siste årene takket være New Worlds Mission-konseptet - aka. Starshade. Dette foreslåtte romfartøyet består av et gigantisk blomsterformet okkulter, og er ment å bli utplassert ved siden av et romteleskop (mest sannsynlig James Webb romteleskop). Den vil da blokkere gjenskinn fra fjerne stjerner, og skape en kunstig formørkelse for å gjøre det lettere å oppdage og studere planeter som kretser rundt dem.
Det eneste problemet er at dette konseptet forventes å koste en pen krone - anslagsvis $ 750 til 3 milliarder dollar på dette tidspunktet! Derfor foreslår Stanford-professor Simone D’Amico (med hjelp av eksoplanettekspert Bruce Macintosh) en nedskalert versjon av konseptet for å demonstrere effektiviteten. Denne okkulteren, kjent som mDot, vil gjøre den samme jobben, men til en brøkdel av prisen.
Hensikten bak en okkulter er enkel. Når jeg jakter på exoplaneter, blir astronomer tvunget til å stole hovedsakelig på indirekte metoder - den vanligste er transittmetoden. Dette innebærer å overvåke stjerner for dypp i lysstyrke, som tilskrives planeter som passerer mellom dem og observatøren. Ved å måle frekvensen og frekvensen av disse dyppene, er astronomer i stand til å bestemme størrelsene på eksoplaneter og deres omløpsperioder.
Som Simone D’Amico, hvis laboratorium jobber med dette formørkelsessystemet, forklarte i en pressemelding fra Stanford University:
“Med indirekte målinger kan du oppdage objekter i nærheten av en stjerne og finne ut deres baneperiode og avstand fra stjernen. Dette er all viktig informasjon, men med direkte observasjon kan du karakterisere planets kjemiske sammensetning og potensielt observere tegn på biologisk aktivitet - liv. "
Imidlertid lider denne metoden også av en betydelig grad av falske positiver og krever generelt at en del av planetens bane skjærer en synslinje mellom vertsstjernen og jorden. Å studere eksoplanetene er også ganske vanskelig, siden lyset fra stjernen sannsynligvis vil være flere milliarder ganger lysere enn lyset som reflekteres fra planeten.
Evnen til å studere dette reflekterte lyset er av spesiell interesse, siden det vil gi verdifulle data om eksoplanetenes atmosfærer. Som sådan utvikles flere viktige teknologier for å blokkere stjerners forstyrrende lys. Et romskip utstyrt med en okkulter er en slik teknologi. Sammen med et romteleskop vil dette romskipet skape en kunstig formørkelse foran stjernen slik at gjenstander rundt det (dvs. eksoplaneter) kan sees tydelig.
Men i tillegg til de betydelige kostnadene for å bygge en, er det også spørsmålet om størrelse og distribusjon. For at et slikt oppdrag skal fungere, ville okkulteringen i seg selv være omtrent på størrelse med en baseballdiamant - 27,5 meter (90 fot) i diameter. Det må også skilles fra teleskopet med en avstand som tilsvarer flere jorddiametere og måtte distribueres utenfor jordens bane. Alt dette legger opp til et ganske kostbart oppdrag!
Som sådan var D'Amico - assistentprofessor og leder for Space Rendezvous Laboratory (SRL) ved Stanford - og og Bruce Macintosh (en Stanford-professor i fysikk) gikk sammen for å lage en mindre versjon kalt Miniaturized Distributt okkupant / teleskop ( mDOT). Det primære formålet med mDOT er å tilby en billig flydemonstrasjon av teknologien, i håp om å øke tilliten til et fullskala oppdrag.
Som Adam Koenig, en doktorgradsstudent med SRL, forklarte:
”Så langt har det ikke vært noe oppdrag fløyet med den grad av raffinement som ville være nødvendig for et av disse observasjonsorganene for exoplanet-avbildning. Når du ber hovedkvarter for noen milliarder dollar om å gjøre noe som dette, ville det være ideelt å kunne si at vi allerede har fløyet alt dette før. Denne er bare større. ”
Består av to deler, og mDOT-systemet drar nytte av den siste utviklingen innen miniaturisering og liten satellitt (smallsat) teknologi. Den første er en 100 kg mikrosatellitt som er utstyrt med en stjerneskjerm på 3 meter. Den andre er en 10 kg nanosatellitt som har et teleskop som måler 10 cm (3,937 in) i diameter. Begge komponentene vil bli distribuert i en høy jordbane med en nominell separasjon på mindre enn 1000 kilometer (621 mi).
Ved hjelp av kolleger fra SRL ble formen til stjerneskjermen til mDOT omformulert for å passe til begrensningene til et mye mindre romfartøy. Som Koenig forklarte, vil denne nedskalerte og spesialdesignede stjerneskjermen kunne gjøre den samme jobben som den store, blomsterformede versjonen - og på et budsjett!
"Med denne spesielle geometriske formen, kan du få lyset som avleder rundt stjerneskjermen til å avbryte seg selv," sa han. “Da får du en veldig, veldig dyp skygge midt i sentrum. Skyggen er dyp nok til at lyset fra stjernen ikke forstyrrer observasjoner av en nærliggende planet. "
Siden skyggen skapt av mDOTs stjerneskjerm bare er titalls centimeter i diameter, vil nanosatellitten imidlertid ha en forsiktig manøvrering for å holde seg innenfor den. For dette formålet har D’Amico og SRL også designet et autonomt system for nanosatellitten, som vil tillate den å utføre formasjonsmanøvrer med stjerneskyggen, bryte formasjonen når det er nødvendig og møte med den igjen senere.
En uheldig begrensning av teknologien er det faktum at den ikke vil være i stand til å løse jordlignende planeter. Spesielt når det gjelder stjerner av M-type (rød dverg), er det sannsynlig at disse planetene går i bane for nær foreldrene til at de kan observeres tydelig. Imidlertid vil den være i stand til å løse gassgiganter i Jupiter-størrelse og bidra til å karakterisere eksozodiacale støvkonsentrasjoner rundt stjerner i nærheten - som begge er prioriteringer for NASA.
I mellomtiden vil D’Amico og kollegene bruke Testbed for Rendezvous og Optical Navigation (TRON) for å teste mDOT-konseptet deres. Dette anlegget ble spesialbygd av D’Amico for å gjenskape de typene komplekse og unike lysforhold som sensorer i rommet møter. I de kommende årene vil han og teamet hans jobbe for å sikre at systemet fungerer før de oppretter en eventuell prototype.
Som D’Amico sa om arbeidet han og kollegene ved SNL utfører:
"Jeg er begeistret for forskningsopplegget mitt på Stanford fordi vi takler viktige utfordringer. Jeg vil hjelpe med å svare på grunnleggende spørsmål, og hvis du ser i all gjeldende retning av romvitenskap og utforskning - enten vi prøver å observere eksoplaneter, lære om universets utvikling, sette sammen strukturer i verdensrommet eller forstå planeten vår - satellittdannelse- flyging er nøkkelen som muliggjør. "
Andre prosjekter som D’Amico og SNL for tiden engasjerer seg i, inkluderer å utvikle større formasjoner av bittesmå romfartøyer (også kjent som “svermsatellitter”). I det siste har D'Amico også samarbeidet med NASA om prosjekter som GRACE - et oppdrag som kartla variasjoner i jordas tyngdekraftfelt som en del av NASA Earth System Science Pathfinder (ESSP) -programmet - og TanDEM-X, et SEA-sponset oppdrag som ga 3D-kart over jorden.
Disse og andre prosjekter som søker å utnytte miniatyrisering av hensyn til romutforskningen, lover en ny epoke med lavere kostnader og større tilgjengelighet. Med applikasjoner som spenner fra svermer av bittesmå forsknings- og kommunikasjonssatellitter til nanokraft som er i stand til å gjøre reisen til Alpha Centauri i relativistiske hastigheter (Breakthrough Starshot), ser romets fremtid ganske lovende ut!
Sørg for å sjekke ut denne videoen av TRON-anlegget også, takket være Standford University:
