Om te helpen bij toekomstige inspanningen om exoplaneten te lokaliseren en te bestuderen, werken ingenieurs van NASA's Jet Propulsion Laboratory - in samenwerking met het Exoplanet Exploration Program (ExEP) - aan het creëren van Starshade. Eenmaal ingezet, zal dit revolutionaire ruimtevaartuig telescopen van de volgende generatie helpen door het verduisterende licht dat van verre sterren komt te blokkeren, zodat exoplaneten direct kunnen worden afgebeeld.
Hoewel dit vrij eenvoudig klinkt, zal de Starshade ook een aantal serieuze formatievluchten moeten uitvoeren om zijn werk effectief te kunnen doen. Dat was de conclusie van het Milestone 4-rapport van het Starshade Technology Development-team (ook bekend als S5) - dat beschikbaar is via de ExEP-website. Zoals het rapport al zei, moet Starshade perfect worden uitgelijnd met ruimtetelescopen, zelfs op extreme afstanden.
Terwijl tot nu toe meer dan vierduizend exoplaneten zijn ontdekt zonder de hulp van een Starshade, werd de overgrote meerderheid met indirecte middelen ontdekt. De meest effectieve middelen waren het waarnemen van verre sterren voor periodieke helderheidsdalingen die de doorgang van planeten aangeven (de Transit-methode) en het meten van de bewegingen van een ster heen en weer om de aanwezigheid van een planetair systeem te bepalen (de Radial Velocity Method).
Hoewel ze effectief zijn in het detecteren van exoplaneten en het verkrijgen van nauwkeurige schattingen van hun grootte, massa en omlooptijd, zijn deze methoden niet erg effectief als het gaat om het bepalen van de omstandigheden op hun oppervlak. Om dit te doen, moeten wetenschappers spectrografische informatie kunnen verkrijgen over de atmosfeer van deze planeten, wat de sleutel is om te bepalen of ze daadwerkelijk bewoonbaar zouden kunnen zijn.
De enige betrouwbare manier om dit te doen met kleinere, rotsachtige planeten (ook bekend als "Aarde-achtig") is door middel van directe beeldvorming. Maar aangezien sterren miljarden keren helderder kunnen zijn dan licht dat wordt gereflecteerd door de atmosfeer van een planeet, is dit een ongelooflijk moeilijk proces om uit te voeren. Betreed de Starshade, die het felle licht van sterren zou blokkeren met behulp van een schaduw die zich als een bloemblad van het ruimtevaartuig zou ontvouwen.
Dit zal de kans dat ruimtetelescopen planeten die een ster omcirkelen, dramatisch verbeteren. Om deze methode te laten werken, moeten de twee ruimtevaartuigen echter binnen één meter (3 voet) uitgelijnd blijven, ondanks het feit dat ze tot 40.000 km (24.850 mijl) uit elkaar vliegen. Als zij zijn
Zoals JPL-ingenieur Michael Bottom uitlegde in een recent NASA-persbericht:
"De afstanden waar we het over hebben voor de starshade-technologie zijn moeilijk voor te stellen. Als de starshade zou worden verkleind tot het formaat van een onderzetter, zou de telescoop zo groot zijn als een potloodwisser en zouden ze ongeveer 100 kilometer van elkaar verwijderd zijn. Stel je nu voor dat die twee objecten vrij in de ruimte zweven. Ze ervaren allebei deze kleine rukjes en duwtjes van de zwaartekracht en andere krachten, en over die afstand proberen we ze allebei precies uit te lijnen tot op ongeveer 2 millimeter. "
Het S5 Milestone 4-rapport keek voornamelijk naar een scheidingsbereik van 20.000 tot 40.000 km (12.500 tot 25.000 mijl) en een schaduw met een diameter van 26 meter (85 voet). Binnen deze parameters zou een Starshade-ruimtevaartuig kunnen werken met een missie als NASA's Wide Field Infrared Survey Telescope (WFIRST), een telescoop met een primaire spiegel van 2,4 m (~ 16,5 ft) in diameter die halverwege wordt gelanceerd -2020s.
Na het bepalen van de noodzakelijke uitlijning tussen de twee ruimtevaartuigen, ontwikkelden Bottom en zijn team ook een innovatieve manier voor telescopen zoals WFIRST om te bepalen of de Starshade uit de uitlijning zou afdrijven. Dit bestond uit het bouwen van een computerprogramma dat kon herkennen wanneer licht-en-donkerpatronen op de telescoop waren gecentreerd en wanneer ze uit het midden waren afgedreven.
Bottom ontdekte dat de techniek zeer effectief was in het waarnemen van de kleinste veranderingen in de positie van een Starshade, zelfs op de extreme afstanden. Om ervoor te zorgen dat het zichzelf op één lijn houdt, ontwikkelden collega-JPL-ingenieur Thibault Flinois en zijn collega's een reeks algoritmen die afhankelijk zijn van informatie van het programma van Bottom om te bepalen wanneer de stuwraketten van Starshade moeten vuren om het in lijn te houden.
In combinatie met het werk van Bottom toonde dit rapport aan dat het mogelijk is om de twee ruimtevaartuigen op één lijn te houden met behulp van geautomatiseerde sensoren en boegschroefbesturingen - zelfs als een grotere sterrenkap en telescoop werden gebruikt en op 74.000 km (46.000 mijl) van elkaar werden geplaatst. Hoewel revolutionair wat betreft autonome systemen, bouwt dit voorstel voort op een lange traditie voor NASA-wetenschappers.
Zoals Phil Willems, manager van NASA's Starshade Technology Development-activiteit, uitlegde:
“Dit is voor mij een mooi voorbeeld van hoe ruimtetechnologie steeds opmerkelijker wordt door voort te bouwen op eerdere successen. We gebruiken formatie die in de ruimte vliegt elke keer dat een capsule in het internationale ruimtestation komt. Maar Michael en Thibault zijn veel verder gegaan en hebben een manier getoond om de formatie op grotere schaal dan de aarde zelf te behouden. '
Door te bevestigen dat NASA kan voldoen aan deze strenge eisen voor "formatiedetectie en -controle", hebben Bottom en collega-JPL-ingenieur Thibault Flinois een van de drie hiaten in de technologie aangepakt waarmee de Starshade-missie werd geconfronteerd, met name hoe de exacte afstanden in relatie tot de grootte van de schaduw zichzelf en de primaire spiegel van de telescoop.
Als een van de ruimtetelescopen van de volgende generatie van NASA die de komende jaren zal stijgen, zal de WFIRST de eerste missie zijn die een andere vorm van lichtblokkerende technologie gebruikt. Bekend als een stellaire coronagraaf, zal dit instrument in de telescoop worden geïntegreerd en het mogelijk maken om beelden van Neptunus rechtstreeks op exoplaneten ter grootte van Jupiter te vangen.
Hoewel een Starshade-project nog niet is goedgekeurd voor vlucht, kan er mogelijk tegen het einde van de jaren 2020 naar de WFIRST worden gestuurd. Voldoen aan de formatievliegvereiste is slechts één stap om aan te tonen dat het project haalbaar is. Bekijk zeker deze coole video waarin wordt uitgelegd hoe een Starshade-missie zou werken, met dank aan NASA JPL:
