La NASA ha girato molte teste negli ultimi anni grazie al suo concetto New Worlds Mission - aka. Starshade. Composto da un gigantesco occulto a forma di fiore, questo veicolo spaziale proposto è destinato a essere schierato accanto a un telescopio spaziale (molto probabilmente il James Webb Space Telescope). Quindi bloccherà l'abbagliamento di stelle lontane, creando un'eclissi artificiale per facilitare il rilevamento e lo studio dei pianeti in orbita attorno a loro.
L'unico problema è che questo concetto dovrebbe costare un bel centesimo - circa $ 750 milioni a $ 3 miliardi a questo punto! Per questo motivo il professor Simone D’Amico di Stanford (con l'aiuto dell'esperto di esopianeti Bruce Macintosh) propone una versione ridotta del concetto per dimostrarne l'efficacia. Conosciuto come mDot, questo occulter farà lo stesso lavoro, ma a una frazione del costo.
Lo scopo dietro un occulto è semplice. Durante la caccia agli esopianeti, gli astronomi sono costretti a fare affidamento prevalentemente su metodi indiretti, il più comune dei quali è il metodo di transito. Ciò comporta il monitoraggio delle stelle per cali di luminosità, che sono attribuiti ai pianeti che passano tra loro e l'osservatore. Misurando la frequenza e la frequenza di queste immersioni, gli astronomi sono in grado di determinare le dimensioni degli esopianeti e i loro periodi orbitali.
Come ha spiegato Simone D’Amico, il cui laboratorio sta lavorando su questo sistema di eclissi, in una nota della Stanford University:
“Con le misurazioni indirette, puoi rilevare oggetti vicino a una stella e capire il loro periodo di orbita e la distanza dalla stella. Queste sono tutte informazioni importanti, ma con l'osservazione diretta potresti caratterizzare la composizione chimica del pianeta e potenzialmente osservare segni di attività biologica - la vita ".
Tuttavia, questo metodo soffre anche di un tasso sostanziale di falsi positivi e generalmente richiede che una parte dell'orbita del pianeta intersechi una linea di vista tra la stella ospite e la Terra. Anche studiare gli esopianeti stessi è abbastanza difficile, poiché la luce proveniente dalla stella è probabilmente più miliardi di volte più luminosa della luce riflessa dal pianeta.
La capacità di studiare questa luce riflessa è di particolare interesse, dal momento che produrrebbe dati preziosi sulle atmosfere degli esopianeti. Pertanto, sono in fase di sviluppo diverse tecnologie chiave per bloccare la luce interferente delle stelle. Una navicella spaziale dotata di un occulter è una di queste tecnologie. Associato a un telescopio spaziale, questo veicolo spaziale creerebbe un'eclissi artificiale di fronte alla stella in modo che gli oggetti intorno ad esso (cioè i pianeti extrasolari) possano essere chiaramente visti.
Ma oltre al costo significativo della costruzione di uno, c'è anche il problema delle dimensioni e della distribuzione. Affinché una tale missione funzioni, l'occulto stesso dovrebbe avere le dimensioni di un diamante da baseball - 27,5 metri (90 piedi) di diametro. Dovrebbe anche essere separato dal telescopio da una distanza pari a più diametri della Terra e dovrebbe essere schierato oltre l'orbita terrestre. Tutto ciò si aggiunge a una missione piuttosto costosa!
Come tale, D'Amico - un assistente professore e il capo dello Space Rendezvous Laboratory (SRL) a Stanford - e Bruce Macintosh (un professore di fisica di Stanford) si sono uniti per creare una versione più piccola chiamata Miniaturized Distributed Occulter / Telescope ( mDOT). Lo scopo principale di mDOT è fornire una dimostrazione di volo a basso costo della tecnologia, nella speranza di aumentare la fiducia in una missione su vasta scala.
Come ha spiegato Adam Koenig, uno studente laureato presso la SRL:
“Finora, non è stata volata alcuna missione con il grado di sofisticazione che sarebbe richiesto per uno di questi osservatori di immagini di pianeti extrasolari. Quando stai chiedendo alla sede centrale qualche miliardo di dollari per fare qualcosa del genere, sarebbe l'ideale poter dire che abbiamo già fatto volare tutto questo prima. Questo è solo più grande. "
Composto da due parti, il sistema mDOT sfrutta i recenti sviluppi della miniaturizzazione e della tecnologia dei piccoli satelliti (smallsat). Il primo è un microsatellite da 100 kg dotato di un paralume di 3 metri di diametro. Il secondo è un nanosatellite da 10 kg che trasporta un telescopio di 10 cm di diametro. Entrambi i componenti saranno dispiegati in un'orbita terrestre elevata con una separazione nominale inferiore a 1.000 chilometri (621 mi).
Con l'aiuto di colleghi della SRL, la forma della paralume di mDOT è stata riformulata per adattarsi ai vincoli di un veicolo spaziale molto più piccolo. Come ha spiegato Koenig, questo paralume ridimensionato e appositamente progettato sarà in grado di fare lo stesso lavoro della versione su larga scala a forma di fiore - e con un budget limitato!
"Con questa speciale forma geometrica, puoi far sì che la luce che diffonde attorno alla calotta stellare si annulli da sola", ha detto. “Quindi, ottieni un'ombra molto, molto profonda al centro. L'ombra è abbastanza profonda che la luce della stella non interferirà con le osservazioni di un pianeta vicino. "
Tuttavia, poiché l'ombra creata dalla paralume di mDOT ha solo un diametro di decine di centimetri, la nanosatellite dovrà fare alcune manovre per rimanere al suo interno. A questo scopo, D’Amico e la SRL hanno anche progettato un sistema autonomo per la nanosatellite, che gli consentirebbe di condurre manovre di formazione con la stella stellare, interrompere la formazione quando necessario e incontrarsi nuovamente con esso in seguito.
Una sfortunata limitazione alla tecnologia è il fatto che non sarà in grado di risolvere pianeti simili alla Terra. Soprattutto per quanto riguarda le stelle di tipo M (nana rossa), è probabile che questi pianeti orbitino troppo vicino alle loro stelle madri per essere osservati chiaramente. Tuttavia, sarà in grado di risolvere giganti gassosi di dimensioni di Giove e aiutare a caratterizzare le concentrazioni di polvere esozodiacale attorno alle stelle vicine, entrambe priorità per la NASA.
Nel frattempo, D’Amico e i suoi colleghi useranno il Testbed per Rendezvous e la navigazione ottica (TRON) per testare il loro concetto mDOT. Questa struttura è stata appositamente costruita da D’Amico per replicare i tipi di condizioni di illuminazione complesse e uniche che si incontrano con i sensori nello spazio. Nei prossimi anni, lui e il suo team lavoreranno per garantire che il sistema funzioni prima di creare un eventuale prototipo.
Come ha detto D’Amico del lavoro che lui e i suoi colleghi della SNL svolgono:
"Sono entusiasta del mio programma di ricerca a Stanford perché stiamo affrontando sfide importanti. Voglio aiutare a rispondere alle domande fondamentali e se guardi in tutte le direzioni attuali della scienza spaziale e dell'esplorazione - sia che stiamo cercando di osservare gli esopianeti, conoscere l'evoluzione dell'Universo, assemblare strutture nello spazio o comprendere il nostro pianeta - formazione satellitare- volare è il fattore chiave che abilita. "
Altri progetti in cui D’Amico e la SNL sono attualmente impegnati includono lo sviluppo di formazioni più grandi di piccoli veicoli spaziali (alias “satelliti di sciame”). In passato, D'Amico ha anche collaborato con la NASA a progetti come GRACE - una missione che ha mappato le variazioni nel campo di gravità terrestre nell'ambito del programma NASA Earth System Science Pathfinder (ESSP) - e TanDEM-X, sponsorizzato dalla SEA missione che ha prodotto mappe 3D della Terra.
Questi e altri progetti che mirano a sfruttare la miniaturizzazione per motivi di esplorazione dello spazio promettono una nuova era di costi inferiori e maggiore accessibilità. Con applicazioni che vanno da sciami di piccoli satelliti per la ricerca e la comunicazione a nanocraft in grado di compiere il viaggio verso Alpha Centauri a velocità relativistiche (Breakthrough Starshot), il futuro dello spazio sembra piuttosto promettente!
Assicurati di guardare anche questo video della struttura TRON, per gentile concessione della Standford University:
