For at hjælpe med den fremtidige indsats for at lokalisere og studere eksoplaneter, arbejder ingeniører med NASAs Jet Propulsion Laboratory - sammen med Exoplanet Exploration Program (ExEP) - for at skabe Starshade. Når det revolutionære rumfartøj er installeret, vil det hjælpe næste generations teleskoper ved at blokere det skjule lys, der kommer fra fjerne stjerner, så exoplaneter kan afbildes direkte.
Selvom dette muligvis lyder ret ligetil, er Starshade også nødt til at deltage i en seriøs formationsflyvning for at gøre sit arbejde effektivt. Det var konklusionen fra Starshade Technology Development-teamet (alias S5) Milestone 4-rapport - som er tilgængelig via ExEP-webstedet. Som det fremgår af rapporten, skal Starshade tilpasses perfekt til rumteleskoper, selv i ekstreme afstande.
Mens mere end fire tusinde eksoplaneter er blevet opdaget til dato uden hjælp fra en Starshade, blev langt de fleste af dem opdaget ved hjælp af indirekte midler. De mest effektive midler har været involveret iagttagelse af fjerne stjerner for periodiske dips i lysstyrke, der angiver passagen af planeter (transitmetoden) og måling af en stjerners bevægelser frem og tilbage for at bestemme tilstedeværelsen af et planetarisk system (Radial Velocity Method).
Selv om de er effektive til at detektere eksoplaneter og opnå nøjagtige skøn over deres størrelse, masse og orbitalperiode, er disse metoder ikke særlig effektive, når det gælder om at bestemme, hvordan forholdene er på deres overflader. For at gøre dette skal forskere være i stand til at få spektrografisk information om disse planets atmosfærer, som er nøglen til at afgøre, om de faktisk kunne være beboelige.
Den eneste pålidelige måde at gøre dette på med mindre, stenede planeter (også kaldet ”jordlignende”) er gennem direkte billeddannelse. Men da stjerner kan være milliarder af gange lysere end lys reflekteret fra en planetens atmosfære, er dette en utrolig vanskelig proces at gennemføre. Gå ind i Starshade, som vil blokere for det stærke lys fra stjerner ved hjælp af en skygge, der vil springe ud fra rumfartøjet som kronblade af en blomst.
Dette vil dramatisk forbedre oddsen for, at rumteleskoper finder nogen planeter, der kredser om en stjerne. For at denne metode skal fungere, bliver de to rumfartøjer imidlertid nødt til at holde sig på linje inden for 1 meter (3 fod), på trods af at de flyver op til 40.000 km (24.850 mi) fra hinanden. Hvis de er det
Som JPL-ingeniør Michael Bottom forklarede i en nylig pressemeddelelse fra NASA:
”De afstande, vi taler om til stjerneskærmteknologien, er lidt vanskelige at forestille sig. Hvis stjerneskærmen blev nedskaleret til størrelsen af en drinkbane, ville teleskopet være på størrelse med et blyantgummi, og de ville blive adskilt med ca. 100 km. Forestil dig nu, at de to objekter er fritflydende i rummet. De oplever begge disse små slæbebåde fra tyngdekraften og andre kræfter, og over den afstand prøver vi at holde dem begge nøjagtigt tilpasset inden for ca. 2 mm. ”
S5 Milestone 4-rapporten så primært på et adskillelsesområde fra 20.000 til 40.000 km (12.500 til 25.000 mi) og en skygge, der målte 26 meter (85 fod) i diameter. Inden for disse parametre ville et Starshade-rumfartøj være i stand til at arbejde med en mission som NASAs Wide Field Infrared Survey Telescope (WFIRST), et teleskop med et primært spejl, der måler 2,4 m (~ 16,5 ft) i diameter, der er indstillet til at blive lanceret i midten -2020s.
Efter at have fastlagt den nødvendige tilpasning mellem de to rumfartøjer, udviklede Bottom og hans team også en innovativ måde for teleskoper som WFIRST at bestemme, om Starshade skulle drive ud af justeringen. Dette bestod af at opbygge et computerprogram, der kunne genkende, når lys-og-mørke mønstre blev centreret på teleskopet, og når de var drevet væk fra midten.
Bund fandt, at teknikken var meget effektiv til at registrere de mindste ændringer i en Starshades position, selv på de ekstreme afstande, der var involveret. For at sikre, at det holder sig på linje, udviklede kollega JPL-ingeniør Thibault Flinois og hans kolleger et sæt algoritmer, der er afhængige af oplysninger fra bundens program for at bestemme, hvornår Starshade's thrustere skulle skyde for at holde det på linje.
Kombineret med bundens arbejde viste denne rapport, at det er muligt at holde de to rumfartøjer på linje ved hjælp af automatiserede sensorer og thrusterkontroller - selv hvis en større stjerneskygge og teleskop blev brugt og placeret med 74.000 km (46.000 mi) fra hinanden. Selvom det er revolutionerende hvad angår autonome systemer, bygger dette forslag på en lang tradition for NASA-forskere.
Som Phil Willems, manager for NASAs Starshade Technology Development-aktivitet, forklarede:
”Dette er for mig et godt eksempel på, hvordan rumteknologi bliver stadig mere ekstraordinær ved at bygge videre på dens tidligere succeser. Vi bruger formation, der flyver i rummet, hver gang en kapsel lægger til ved den Internationale rumstation. Men Michael og Thibault er gået langt ud over det og vist en måde at opretholde dannelse over skalaer større end Jorden selv. ”
Ved at bekræfte, at NASA kan imødekomme disse strenge krav til "formationssensering og kontrol", har bund- og kolleger JPL-ingeniør Thibault Flinois adresseret et af tre teknologiske huller, der står overfor Starshade-missionen - specifikt, hvordan de nøjagtige afstande involveret er relateret til størrelsen på skyggen sig selv og teleskopets primære spejl.
Som en af NASAs næste generations rumteleskoper, der vil komme op i de kommende år, vil WFIRST være den første mission, der bruger en anden form for lysblokeringsteknologi. Dette instrument, der er kendt som et stjernestykke, integreres i teleskopet og giver det mulighed for at fange billeder af Neptun til eksoplaneter i størrelse Jupiter.
Mens et Starshade-projekt endnu ikke er godkendt til flyvning, kunne man potentielt blive sendt op til arbejde med WFIRST i slutningen af 2020'erne. At imødekomme kravet om dannelsesflyvning er kun et skridt mod at demonstrere, at projektet er gennemførligt. Sørg for at tjekke denne seje video, der forklarer, hvordan en Starshade-mission ville fungere, takket være NASA JPL:
