NASA za posledné roky zmenila veľa hláv vďaka svojej koncepcii misie New Worlds Mission - aka. Starshade. Táto navrhnutá kozmická loď, pozostávajúca z obrovského kvetinového okulára, má byť umiestnená vedľa vesmírneho teleskopu (pravdepodobne vesmírny teleskop James Webb). Potom zablokuje oslnenie vzdialených hviezd a vytvorí umelé zatmenie, aby sa ľahšie detegovalo a študovalo planéty obiehajúce okolo nich.
Jediným problémom je, že sa predpokladá, že táto koncepcia bude stáť dosť centov - odhaduje sa, že v tomto bode je 750 miliónov až 3 miliardy dolárov! Preto Stanford profesorka Simone D’Amico (s pomocou experta z exoplanety Bruce Macintosh) navrhuje zmenšenú verziu koncepcie, aby preukázala svoju účinnosť. Známy ako mDot, tento oculter urobí rovnakú prácu, ale za zlomok ceny.
Účel okulára je jednoduchý. Pri hľadaní exoplanet sú astronómovia nútení spoliehať sa hlavne na nepriame metódy - najbežnejšou metódou je Tranzitná metóda. To zahŕňa monitorovanie hviezd na poklesy svietivosti, ktoré sa pripisujú planétam prechádzajúcim medzi nimi a pozorovateľom. Meraním rýchlosti a frekvencie týchto poklesov sú astronómovia schopní určiť veľkosť exoplanet a ich orbitálne periódy.
Ako uviedla Simone D’Amico, ktorej laboratórium pracuje na tomto zatmievacom systéme, v tlačovom vyhlásení Stanfordskej univerzity:
„Pri nepriamych meraniach môžete zistiť objekty v blízkosti hviezdy a zistiť ich periódu obehu a vzdialenosť od hviezdy. To sú všetky dôležité informácie, ale pri priamom pozorovaní by ste mohli charakterizovať chemické zloženie planéty a potenciálne pozorovať príznaky biologickej aktivity - život. “
Táto metóda však tiež trpí značným počtom falošných pozitív a vo všeobecnosti vyžaduje, aby časť obežnej dráhy planéty pretínala priamku videnia medzi hostiteľskou hviezdou a Zemou. Štúdium samotných exoplanet je tiež dosť ťažké, pretože svetlo prichádzajúce z hviezdy bude pravdepodobne niekoľko miliárd krát jasnejšie ako svetlo odrážané z planéty.
Schopnosť študovať toto odrazené svetlo je obzvlášť zaujímavá, pretože by poskytla cenné údaje o atmosfére exoplanet. Preto sa vyvíja niekoľko kľúčových technológií na blokovanie rušivého svetla hviezd. Kozmická loď vybavená okuliarmi je jednou z takýchto technológií. Táto vesmírna loď, spárovaná s vesmírnym teleskopom, by vytvorila umelé zatmenie pred hviezdou, aby bolo možné jasne vidieť predmety v okolí (tj exoplanety).
Ale okrem značných nákladov na výstavbu je tu aj otázka veľkosti a nasadenia. Aby takáto misia fungovala, musel by byť samotný okulár približne o veľkosti baseballového diamantu s priemerom 27,5 metra (90 stôp). Bolo by tiež potrebné oddeliť ho od ďalekohľadu vzdialenosťou rovnajúcou sa viacerým priemerom Zeme a muselo by byť nasadené mimo zemskú obežnú dráhu. To všetko prispieva k pomerne drahej misii!
D'Amico - odborný asistent a vedúci laboratória Space Rendezvous Laboratory (SRL) v Stanforde - a Bruce Macintosh (profesor fyziky Stanford) sa spojili, aby vytvorili menšiu verziu nazvanú Miniaturizovaný distribuovaný okuliar / ďalekohľad ( Mdot). Primárnym účelom mDOT je poskytnúť nízkonákladovú demonštráciu technológie v nádeji, že sa zvýši dôvera v plnohodnotnú misiu.
Ako Adam Koenig, postgraduálny študent SRL, vysvetlil:
„Doteraz nedošlo k žiadnej misii so stupňom sofistikovanosti, ktorý by sa vyžadoval pri jednom z týchto pozorovacích stredísk pre zobrazovanie exoplanet. Keď žiadate ústredie o pár miliárd dolárov, aby urobili niečo také, bolo by ideálne povedať, že to všetko sme už predtým preleteli. Tento je ešte väčší. “
Systém mDOT pozostáva z dvoch častí a využíva najnovší vývoj v oblasti miniaturizácie a technológie malých satelitov (smallsat). Prvým z nich je mikrosatelit o hmotnosti 100 kg, ktorý je vybavený hviezdicovým tieňom s priemerom 3 metrov. Druhým je nanosatelit s hmotnosťou 10 kg, ktorý nesie ďalekohľad s priemerom 10 cm (3,937 palca). Oba komponenty budú nasadené na vysokej obežnej dráhe Zeme s nominálnym odstupom menším ako 1 000 kilometrov (621 míľ).
S pomocou kolegov z SRL sa tvar hviezdneho tieňa mDOT preformuloval tak, aby vyhovoval obmedzeniam oveľa menšej kozmickej lode. Ako Koenig vysvetlil, tento zmenšený a špeciálne navrhnutý hviezdny tieň bude schopný robiť rovnakú prácu ako veľkorozmerná verzia v tvare kvetu - a to za nízku cenu!
"S týmto špeciálnym geometrickým tvarom môžete nechať svetlo rozptyľujúce okolo hviezdneho tieňa, aby sa zrušilo," uviedol. „Potom sa v strede nachádza veľmi hlboký tieň. Tieň je dostatočne hlboký, aby svetlo z hviezdy nezasahovalo do pozorovania blízkej planéty. “
Keďže však tieň, ktorý vytvára hviezdny tieň mDOT, má priemer iba desiatky centimetrov, nanosatelit bude musieť starostlivo manévrovať, aby v ňom zostal. Na tento účel navrhli spoločnosti D´Amico a SRL autonómny systém pre nanosatelity, ktorý by jej umožnil vykonávať formovacie manévre s tienidlom, v prípade potreby prerušiť formovanie a neskôr s ním stretnúť.
Nešťastným obmedzením tejto technológie je skutočnosť, že nedokáže vyriešiť planéty podobné Zemi. Najmä pokiaľ ide o hviezdy typu M (červené trpaslíky), je pravdepodobné, že tieto planéty obiehajú príliš blízko k ich materským hviezdam, aby sa dali jasne pozorovať. Bude však schopný vyriešiť plynové giganty veľkosti Jupiter a pomôcť charakterizovať koncentrácie exozodiackého prachu okolo blízkych hviezd - ktoré sú pre NASA prioritami.
Medzitým D´Amico a jeho kolegovia použijú testovacie zariadenie pre rendezvóznu a optickú navigáciu (TRON), aby otestovali svoju koncepciu mDOT. Toto zariadenie bolo špeciálne vyrobené spoločnosťou D´Amico na replikáciu typov zložitých a jedinečných svetelných podmienok, s ktorými sa stretávajú snímače vo vesmíre. V nasledujúcich rokoch sa spolu so svojím tímom budú snažiť zabezpečiť fungovanie systému pred vytvorením prípadného prototypu.
Ako povedal D’Amico o práci, on a jeho kolegovia v SNL vystupujú:
„Som nadšený z môjho výskumného programu v Stanforde, pretože riešime dôležité výzvy. Chcem vám pomôcť odpovedať na základné otázky a ak sa pozriete na všetky súčasné smery vesmírnej vedy a prieskumu - či sa pokúšame pozorovať exoplanety, učiť sa o vývoji vesmíru, zostavovať štruktúry vo vesmíre alebo porozumieť našej planéte - tvorba satelitov - lietanie je kľúčovým aktivátorom. “
Medzi ďalšie projekty, na ktorých sa D'Amico a SNL v súčasnosti podieľajú, patrí vývoj väčších formácií malých kozmických lodí (tzv. „Rojové satelity“). V minulosti D'Amico spolupracovalo aj s NASA na takých projektoch, ako je GRACE - misia, ktorá mapovala variácie gravitačného poľa Zeme v rámci programu NASSP Earth System Science Pathfinder (ESSP) - a TanDEM-X, sponzorovaný spoločnosťou SEA. misia, ktorá poskytla 3D mapy Zeme.
Tieto a ďalšie projekty, ktorých cieľom je využiť miniaturizáciu v záujme prieskumu vesmíru, sľubujú novú éru nižších nákladov a väčšej dostupnosti. Vďaka aplikáciám od rojov malých výskumných a komunikačných satelitov až po nanokrafy, ktoré dokážu urobiť cestu do Alpha Centauri relativistickou rýchlosťou (prielom Starshot), vyzerá budúcnosť vesmíru veľmi sľubne!
Nezabudnite si tiež pozrieť toto video zariadenia TRON, so súhlasom Standfordskej univerzity:
