NASA se je v zadnjih letih veliko obrnila po zaslugi svojega koncepta misije New Worlds - aka. Zvezdna senca. Predlagano vesoljsko plovilo, ki je sestavljeno iz velikanskega okulterja v obliki rož, je nameščeno skupaj s vesoljskim teleskopom (najverjetneje vesoljski teleskop James Webb). Nato bo blokiral bleščanje daljnih zvezd in ustvaril umetni mrk, da bo lažje zaznati in preučevati planete, ki krožijo po njih.
Edina težava je, da naj bi ta koncept stal precej denarja - na tem mestu naj bi po ocenah znašal od 750 do 3 milijarde dolarjev! Zato profesor Stanforda Simone D'Amico (s pomočjo strokovnjaka za eksoplanete Brucea Macintosha) predlaga zmanjšano različico koncepta, da bi pokazal njegovo učinkovitost. Znan kot mDot, bo ta okulter opravljal isto delo, vendar le za del stroškov.
Namen za okulter je preprost. Pri lovu na eksoplanete so astronomi prisiljeni večinoma zanašati se na posredne metode - najpogostejša je metoda Tranzit. To vključuje spremljanje zvezd za potop svetlosti, ki jih pripisujemo planetom, ki prehajajo med njimi in opazovalcem. Z merjenjem hitrosti in pogostosti teh potopov lahko astronomi določijo velikost eksoplanetov in njihova orbitalna obdobja.
Kot je v izjavi za javnost univerze Stanford pojasnil Simone D'Amico, katere laboratorij deluje na tem sistemu pomračenja:
"S posrednimi meritvami lahko zaznate predmete v bližini zvezde in ugotovite njihovo obdobje orbite in oddaljenost od zvezde. To so vse pomembne informacije, toda z neposrednim opazovanjem bi lahko opredelili kemično sestavo planeta in potencialno opazili znake biološke aktivnosti - življenja. "
Vendar ta metoda trpi tudi zaradi velikega števila napačnih pozitivnih pozitivnih rezultatov in na splošno zahteva, da se del orbite planeta seka med pragovnim poljem med zvezdo gostitelja in Zemljo. Preučevanje samih eksoplanetov je prav tako precej težavno, saj je svetloba, ki prihaja od zvezde, verjetno nekaj milijard krat svetlejša od svetlobe, ki se odbija od planeta.
Sposobnost preučevanja te odsevne svetlobe je še posebej zanimiva, saj bi prinesla dragocene podatke o atmosferi zunanjih planetov. Kot tak je razvitih več ključnih tehnologij za preprečevanje moteče svetlobe zvezd. Vesoljsko plovilo, opremljeno z okulterjem, je ena takšnih tehnologij. To vesoljsko plovilo bi v paru s vesoljskim teleskopom ustvarilo umetni mrk pred zvezdo, tako da se jasno vidijo predmeti okoli nje (tj. Eksoplaneti).
Toda poleg pomembnih stroškov gradnje enega, obstaja tudi vprašanje velikosti in umestitve. Da bi takšna misija uspela, bi moral biti okulter velik približno kot baseball diamant - premera 27,5 metra (90 čevljev). Prav tako bi ga bilo treba ločiti od teleskopa z razdaljo, ki je enaka večim premerom Zemlje, in ga je treba namestiti zunaj Zemljine orbite. Vse to sestavlja precej drago misijo!
Tako sta se D'Amico - docent in vodja Laboratorija za vesoljsko srečanje (SRL) na Stanfordu - in Bruce Macintosh (profesor fizike na Stanfordu) združila in ustvarila manjšo različico, imenovano Miniaturizirani porazdeljeni okulter / teleskop ( mDOT). Primarni namen mDOT je zagotoviti nizkocenovno predstavitev tehnologije z letenjem v upanju, da se poveča zaupanje v celostno misijo.
Kot je pojasnil Adam Koenig, podiplomski študent pri SRL:
"Do zdaj še ni bilo nobene misije, ki bi bila prepletena s stopnjo prefinjenosti, ki bi bila potrebna za eno od teh opazovalnic za slikanje eksoplanetov. Ko od centrale zahtevate nekaj milijard dolarjev, da bi naredili kaj takega, bi bilo idealno, če bi lahko rekli, da smo vse to že preleteli. Ta je samo še večji. "
Sistem mDOT je sestavljen iz dveh delov in izkorišča nedavni razvoj miniaturnosti in majhne satelitske (smallsat) tehnologije. Prvi je 100-kilogramski mikrosatelit, ki je opremljen s 3-metrsko zvezdo premera. Drugi je 10-kilogramski nanosatelit, ki nosi teleskop s premerom 10 cm (3,937 inča). Obe komponenti bosta nameščeni v visoki zemeljski orbiti z nazivno razdaljo manj kot 1.000 kilometrov (621 milj).
S pomočjo kolegov iz SRL je bila oblika zvezde mDOT preoblikovana tako, da ustreza omejitvam veliko manjšega vesoljskega plovila. Kot je pojasnil Koenig, bo ta pomanjšana in posebej zasnovana zvezda lahko opravila enako delo kot obsežna različica v obliki cvetov - in to po proračunu!
"S to posebno geometrijsko obliko lahko dobite svetlobo, ki se širi okoli zvezdnega senca, da se odpove," je dejal. "Nato dobite zelo, zelo globoko senco desno v sredini. Senca je dovolj globoka, da svetloba zvezde ne bo motila opazovanja bližnjega planeta. "
Ker pa je senca, ki jo ustvari zvezdna senca mDOT-a, premer le deset centimetrov, bo nanosatelit skrbno manevriral, da bo ostal v njej. V ta namen sta D'Amico in SRL zasnovala tudi avtonomni sistem za nanos satelit, ki bi mu omogočal izvedbo manevrov formacije z zvezdnim senčnikom, prekinitev formacije, kadar je potrebno, in ponovno pozneje z njo.
Nesrečna omejitev tehnologije je dejstvo, da ne bo mogla razrešiti planetov, podobnih Zemlji. Zlasti kar zadeva zvezde tipa M (rdeče pritlikavke), ti planeti verjetno krožijo preblizu matičnih zvezd, da bi jih lahko opazili. Vendar pa bo lahko rešil plinske velikane velikosti Jupiter in pomagal opredeliti eksozodiakalne koncentracije prahu okoli bližnjih zvezd - obe sta prednostni nalogi za NASA.
D'Amico in njegovi sodelavci bodo medtem testirali svoj koncept mDOT z uporabo Testbed for Rendezvous in optične navigacije (TRON). Ta objekt je posebej izdelal D'Amico za podvajanje vrst zapletenih in edinstvenih osvetlitvenih pogojev, s katerimi se srečujejo senzorji v vesolju. V prihodnjih letih si bosta skupaj s svojo ekipo prizadevala zagotoviti delovanje sistema pred ustvarjanjem morebitnega prototipa.
Kot je D'Amico povedal o delu, ki ga opravljata skupaj s sodelavci v SNL:
"Navdušen sem nad svojim raziskovalnim programom na Stanfordu, ker se spopadamo s pomembnimi izzivi. Želim pomagati odgovoriti na temeljna vprašanja in če pogledate v vse trenutne smeri vesoljske znanosti in raziskovanja - ali poskušamo opazovati eksoplanete, se seznaniti z evolucijo vesolja, sestaviti strukture v vesolju ali razumeti naš planet - satelitsko tvorbo - letenje je ključni dejavnik. "
Drugi projekti, s katerimi se trenutno ukvarjajo D'Amico in SNL, vključujejo razvoj večjih formacij drobnih vesoljskih plovil (imenovanih tudi "roj sateliti"). V preteklosti je D'Amico sodeloval tudi z NASA pri projektih, kot je GRACE - misija, ki je preslikala razlike v zemeljskem gravitacijskem polju kot del programa NASA Earth System Pathfinder (ESSP) - in TanDEM-X, sponzoriran s strani SEA misija, ki je prinesla 3D zemljevide na Zemlji.
Ti in drugi projekti, ki si prizadevajo za miniaturnost zaradi raziskovanja vesolja, obetajo novo obdobje nižjih stroškov in večje dostopnosti. Z aplikacijami, ki segajo od rojev drobnih raziskovalnih in komunikacijskih satelitov do nanoplavcev, ki bi lahko potovali do Alpha Centauri z relativističnimi hitrostmi (Breakthrough Starshot), je prihodnost vesolja videti precej obetavna!
Bodite prepričani, da si oglejte tudi ta videoposnetek objekta TRON, z dovoljenjem Univerze Standford:
