NASA se v posledních letech díky konceptu New Worlds Mission - aka. Hvězdný stín. Tato navrhovaná kosmická loď, která se skládá z obřího květnatého okuláru, má být rozmístěna vedle kosmického dalekohledu (pravděpodobně kosmického dalekohledu James Webb). Poté zablokuje odlesky vzdálených hvězd a vytvoří umělé zatmění, aby bylo snazší detekovat a studovat planety obíhající kolem nich.
Jediným problémem je, že se očekává, že tento koncept bude stát docela penny - v tomto okamžiku se odhaduje 750 až 3 miliardy dolarů! Proto Stanford Professor Simone D’Amico (s pomocí exoplanetového odborníka Bruce Macintosh) navrhuje zmenšenou verzi konceptu, aby prokázala jeho účinnost. Známý jako mDot, tento oculter bude dělat stejnou práci, ale za zlomek nákladů.
Účel za oculter je jednoduchý. Při lovu exoplanet jsou astronomové nuceni spoléhat se převážně na nepřímé metody - nejčastější je Tranzitní metoda. To zahrnuje sledování hvězd na poklesy svítivosti, které jsou připisovány planetám procházejícím mezi nimi a pozorovatelem. Měřením rychlosti a frekvence těchto poklesů jsou astronomové schopni určit velikost exoplanet a jejich orbitální periody.
Jak Simone D’Amico, jehož laboratoř pracuje na tomto zatemňovacím systému, vysvětlila v tiskovém prohlášení Stanfordské univerzity:
"S nepřímými měřeními můžete detekovat objekty poblíž hvězdy a zjistit jejich oběžnou periodu a vzdálenost od hvězdy.". To jsou všechny důležité informace, ale při přímém pozorování byste mohli charakterizovat chemické složení planety a potenciálně pozorovat známky biologické aktivity - život. “
Tato metoda však také trpí značnou mírou falešných pozitiv a obecně vyžaduje, aby část oběžné dráhy planety protínala přímou viditelnost mezi hostitelskou hvězdou a Zemí. Studium samotných exoplanet je také docela obtížné, protože světlo přicházející z hvězdy bude pravděpodobně několik miliardkrát jasnější než světlo odrazené od planety.
Schopnost studovat toto odražené světlo je zvláště zajímavá, protože by poskytla cenné údaje o atmosféře exoplanet. Proto se vyvíjí několik klíčových technologií, které blokují rušivé světlo hvězd. Kosmická loď vybavená oculterem je jednou z takových technologií. Ve spojení s kosmickým dalekohledem by tato kosmická loď vytvořila umělé zatmění před hvězdou, takže objekty kolem ní (tj. Exoplanety) budou jasně vidět.
Ale kromě značných nákladů na výstavbu je zde také otázka velikosti a rozmístění. Aby taková mise fungovala, musel by samotný oculter být o velikosti baseballového diamantu o průměru 27,5 metru (90 stop). Rovněž by muselo být odděleno od dalekohledu o vzdálenost rovnající se více průměrům Země a muselo by být nasazeno za zemskou orbitu. To vše přispívá k poměrně drahé misi!
Jako takový, D'Amico - docent a vedoucí Space Rendezvous Laboratory (SRL) ve Stanfordu - a Bruce Macintosh (Stanford profesor fyziky) se spojili, aby vytvořili menší verzi nazvanou Miniaturizovaný Distribuovaný Occulter / Telescope ( mDOT). Primárním účelem mDOT je poskytnout nízkonákladovou leteckou demonstraci této technologie v naději, že vzroste důvěra v plnohodnotnou misi.
Jak Adam Koenig, postgraduální student SRL, vysvětlil:
"Doposud neproběhla žádná mise se stupněm sofistikovanosti, který by byl vyžadován pro jedno z těchto pozorovacích observatoří exoplanet." Když žádáte centrálu o pár miliard dolarů, aby udělaly něco takového, bylo by ideální říci, že jsme to všechno už přeletěli. Tenhle je prostě větší. “
Systém mDOT se skládá ze dvou částí a využívá nedávný vývoj v miniaturizaci a technologii malých satelitů (smallsat). Prvním z nich je mikrosatelit o hmotnosti 100 kg, který je vybaven stínidlem o průměru 3 metry. Druhým je nanosatelit o hmotnosti 10 kg, který nese dalekohled o průměru 10 cm (3,937 palce). Obě složky budou rozmístěny na vysoké oběžné dráze Země s nominálním odstupem menším než 1 000 kilometrů (621 mil).
S pomocí kolegů z SRL byl tvar hvězdného stínu mDOT přeformulován tak, aby vyhovoval omezením mnohem menší kosmické lodi. Jak vysvětlil Koenig, tento zmenšený a speciálně navržený hvězdný stín bude schopen dělat stejnou práci jako verze ve velkém měřítku, ve tvaru květu - a to za rozpočet!
"S tímto speciálním geometrickým tvarem můžete nechat světlo rozptylující kolem hvězdného stínu, aby se zrušilo," řekl. "Pak dostanete velmi, velmi hluboký stín přímo ve středu." Stín je dost hluboký, aby světlo hvězdy nezasahovalo do pozorování blízké planety. “
Protože však stín vytvořený hvězdným stínem mDOT má průměr jen několik desítek centimetrů, bude nanosatelit muset pečlivě manévrovat, aby v něm zůstal. Za tímto účelem D'Amico a SRL také navrhly autonomní systém pro nanosatelit, který by mu umožnil provádět formovací manévry s hvězdicovým stínítkem, v případě potřeby přerušit formování a později se s ním setkat.
Nešťastným omezením této technologie je skutečnost, že nedokáže vyřešit planety podobné Zemi. Zejména pokud jde o hvězdy typu M (červené trpasličí), je pravděpodobné, že tyto planety obíhají příliš blízko svých mateřských hvězd, aby byly jasně pozorovány. Bude však schopen vyřešit plynové obry velikosti Jupiteru a pomoci charakterizovat exozodiacké prachové koncentrace kolem blízkých hvězd - což jsou priority NASA.
Mezitím budou D'Amico a jeho kolegové používat testovací loži pro optickou a optickou navigaci (TRON), aby otestovali svůj koncept mDOT. Toto zařízení bylo speciálně vytvořeno společností D´Amico pro replikaci typů složitých a jedinečných světelných podmínek, s nimiž se ve vesmíru setkávají senzory. V následujících letech se spolu se svým týmem budou snažit zajistit, aby systém fungoval před vytvořením případného prototypu.
Jak řekl D’Amico o práci, on a jeho kolegové v SNL vystupují:
"Jsem nadšený svým výzkumným programem ve Stanfordu, protože řešíme důležité výzvy." Chci vám pomoci odpovědět na základní otázky a pokud se podíváte všemi současnými směry kosmické vědy a průzkumu - ať už se snažíme pozorovat exoplanety, učit se o vývoji vesmíru, sestavovat struktury ve vesmíru nebo porozumět naší planetě - satelitní formace- létání je klíčovým aktivátorem. “
Mezi další projekty, na nichž se D'Amico a SNL v současné době podílejí, patří vývoj větších formací malých kosmických lodí (tzv. „Rojové satelity“). D'Amico v minulosti také spolupracovalo s NASA na takových projektech, jako je GRACE - mise, která mapovala variace v gravitačním poli Země v rámci programu NASA Earth System Science Pathfinder (ESSP) - a TanDEM-X, sponzorovaný společností SEA. mise, která poskytla 3D mapy Země.
Tyto a další projekty, které usilují o využití miniaturizace kvůli průzkumu vesmíru, slibují novou éru nižších nákladů a větší dostupnosti. S aplikacemi sahajícími od rojů malých výzkumných a komunikačních satelitů po nanocraft, které dokážou cestu do Alpha Centauri uskutečnit relativistickou rychlostí (Průlom Starshot), vypadá budoucnost vesmíru velmi slibně!
Nezapomeňte si také prohlédnout toto video zařízení TRON, se svolením Standford University:
