For å hjelpe til med fremtidig innsats for å lokalisere og studere eksoplaneter, jobber ingeniører med NASAs Jet Propulsion Laboratory - sammen med Exoplanet Exploration Program (ExEP) - for å lage Starshade. Når det revolusjonerende romfartøyet er distribuert, vil det hjelpe neste generasjons teleskoper ved å blokkere det skjule lyset som kommer fra fjerne stjerner, slik at exoplaneter kan avbildes direkte.
Selv om dette kan høres ganske greit ut, vil Starshade også trenge å delta i en alvorlig formasjonsflyging for å gjøre jobben sin effektivt. Det var konklusjonen fra Starshade Technology Development-teamet (aka. S5) Milestone 4-rapporten nådd - som er tilgjengelig via ExEP-nettstedet. Som rapporten uttalte, vil Starshade måtte tilpasses perfekt med romteleskoper, selv på ekstreme avstander.
Mens over fire tusen eksoplaneter hittil har blitt oppdaget uten hjelp av en Starshade, ble de aller fleste av dem oppdaget ved hjelp av indirekte midler. De mest effektive virkningene har vært å observere fjerne stjerner for periodiske fall i lysstyrke som indikerer passering av planeter (transittmetoden) og måling av en stjerners bevegelser frem og tilbake for å bestemme tilstedeværelsen av et planetarisk system (Radial Velocity Method).
Selv om de er effektive til å oppdage eksoplaneter og oppnå nøyaktige estimater av størrelse, masse og omløpstid, er disse metodene ikke veldig effektive når det gjelder å bestemme hvordan forholdene er på overflatene. For å gjøre dette, må forskere kunne skaffe spektrografisk informasjon om disse planetene atmosfærer, som er nøkkelen til å avgjøre om de faktisk kan være beboelige.
Den eneste pålitelige måten å gjøre dette på med mindre, steinete planeter (også kjent som "jordlignende") er gjennom direkte avbildning. Men siden stjerner kan være milliarder ganger lysere enn lys reflektert fra en planetens atmosfære, er dette en utrolig vanskelig prosess å gjennomføre. Gå inn i Starshade, som vil blokkere det sterke lyset fra stjerner ved å bruke en skygge som ville vikle ut av romskipet som kronbladene til en blomst.
Dette vil dramatisk forbedre oddsen for at romteleskoper oppdager planeter som går i bane rundt en stjerne. For at denne metoden skal fungere, må de to romskipene imidlertid holde seg på linje med en meter, til tross for at de flyr opp til 40 000 km fra hverandre. Hvis de er
Som JPL-ingeniør Michael Bottom forklarte i en fersk pressemelding fra NASA:
”Avstandene vi snakker om for stjerneskjermteknologien er litt vanskelig å forestille seg. Hvis stjerneskyggen ble nedskalert til størrelsen på en drikkebane, ville teleskopet være på størrelse med et blyantgummi, og de ville bli separert med omtrent 100 kilometer. Tenk deg at de to objektene er fritt flytende i rommet. De opplever begge disse små slepebåtene fra tyngdekraften og andre krefter, og over den avstanden prøver vi å holde dem begge nøyaktig innrettet mot omtrent 2 millimeter. "
S5 Milestone 4-rapporten så først og fremst på et separasjonsområde fra 20.000 til 40.000 km (12.500 til 25.000 mi) og en skygge som målte 26 meter (85 fot) i diameter. Innenfor disse parametrene vil et Starshade-romfartøy være i stand til å jobbe med et oppdrag som NASAs Wide Field Infrared Survey Telescope (WFIRST), et teleskop med et primært speil som måler 2,4 m (~ 16,5 ft) i diameter som er satt til å bli lansert av midten -2020s.
Etter å ha bestemt den nødvendige justeringen mellom de to romfartøyene, utviklet Bottom og teamet hans også en nyskapende måte for teleskoper som WFIRST å bestemme om Starshade skulle drive ut av justeringen. Dette besto av å bygge et dataprogram som kunne gjenkjenne når lys-og-mørke mønstre ble sentrert på teleskopet og når de hadde drevet utenfor midten.
Bunn fant at teknikken var veldig effektiv til å avkjenne de minste endringene i posisjonen til en Starshade, selv på ekstreme avstander. For å sikre at det holder seg på linje, utviklet kollegen JPL-ingeniøren Thibault Flinois og hans kolleger et sett med algoritmer som er avhengige av informasjon levert av Botens program for å bestemme når Starshades thrustere skal skyte for å holde den på linje.
Kombinert med Botens arbeid, viste denne rapporten at det er mulig å holde de to romfartøyene på linje med automatiserte sensorer og thrusterkontroller - selv om en større stjerneskjerm og teleskop ble brukt og plassert med 74 000 km fra hverandre. Selv om det er revolusjonerende hva autonome systemer angår, bygger dette forslaget på en lang tradisjon for forskere fra NASA.
Som Phil Willems, leder av NASAs Starshade Technology Development-aktivitet, forklarte:
“Dette for meg er et fint eksempel på hvordan romteknologi blir stadig mer ekstraordinær ved å bygge videre på tidligere suksesser. Vi bruker formasjoner som flyr i verdensrommet hver gang en kapsel legger til ved den internasjonale romstasjonen. Men Michael og Thibault har gått langt utover det, og vist en måte å opprettholde dannelse over skalaer større enn jorden selv. "
Ved å bekrefte at NASA kan oppfylle disse strenge kravene til "formasjonsfølelse og kontroll", har Bottom og stipendiat JPL-ingeniør Thibault Flinois tatt opp et av tre teknologihull som står overfor Starshade-oppdraget - spesifikt hvordan de eksakte avstandene er relatert til størrelsen på skyggen seg selv og teleskopets primære speil.
Som et av NASAs neste generasjon romteleskoper som skal opp i løpet av de kommende årene, vil WFIRST være det første oppdraget å bruke en annen form for lysblokkerende teknologi. Dette instrumentet er kjent som en stjerneord, og vil bli integrert i teleskopet og la det ta bilder av Neptun til eksoplaneter i størrelse Jupiter.
Mens et Starshade-prosjekt ennå ikke er godkjent for flyging, kan man potensielt bli sendt opp for å jobbe med WFIRST på slutten av 2020-tallet. Å oppfylle kravet om formasjonsflyging er bare et skritt mot å demonstrere at prosjektet er gjennomførbart. Husk å sjekke ut denne kule videoen som forklarer hvordan et Starshade-oppdrag ville fungere, med tillatelse fra NASA JPL:
