Per aiutare i futuri sforzi per localizzare e studiare i pianeti extrasolari, gli ingegneri del Jet Propulsion Laboratory della NASA - in collaborazione con il Programma di esplorazione degli esopianeti (ExEP) - stanno lavorando per creare Starshade. Una volta schierato, questo veicolo spaziale rivoluzionario aiuterà i telescopi di prossima generazione bloccando la luce oscura proveniente da stelle distanti in modo da poter visualizzare direttamente gli esopianeti.
Anche se questo può sembrare piuttosto semplice, Starshade dovrà anche impegnarsi in qualche volo di formazione seria per fare il suo lavoro in modo efficace. Questa è stata la conclusione del rapporto Milestone 4 del team di sviluppo tecnologico Starshade (aka S5), disponibile sul sito Web di ExEP. Come affermato dal rapporto, Starshade dovrà essere perfettamente allineato con i telescopi spaziali, anche a distanze estreme.
Mentre finora sono stati scoperti oltre quattromila esopianeti senza l'aiuto di una Starshade, la stragrande maggioranza di essi è stata scoperta usando mezzi indiretti. I mezzi più efficaci hanno comportato l'osservazione di stelle distanti per cali periodici di luminosità che indicano il passaggio dei pianeti (il metodo di transito) e la misurazione dei movimenti di una stella avanti e indietro per determinare la presenza di un sistema planetario (il metodo della velocità radiale).
Sebbene efficaci nel rilevare esopianeti e ottenere stime accurate delle loro dimensioni, massa e periodo orbitale, questi metodi non sono molto efficaci quando si tratta di determinare quali sono le condizioni sulla loro superficie. Per fare questo, gli scienziati devono essere in grado di ottenere informazioni spettrografiche sulle atmosfere di questi pianeti, che è la chiave per determinare se potrebbero effettivamente essere abitabili.
L'unico modo affidabile per farlo con pianeti rocciosi più piccoli (alias "Earth-like") è attraverso l'imaging diretto. Ma poiché le stelle possono essere miliardi di volte più luminose della luce riflessa dall'atmosfera di un pianeta, questo è un processo incredibilmente difficile da eseguire. Entra nella Starshade, che bloccherebbe la luce brillante delle stelle usando un'ombra che si dispiegherebbe sull'astronave come i petali di un fiore.
Ciò migliorerà drasticamente le probabilità dei telescopi spaziali di individuare eventuali pianeti che orbitano attorno a una stella. Tuttavia, affinché questo metodo funzioni, i due veicoli spaziali dovranno rimanere allineati entro 1 metro (3 piedi), nonostante voleranno a una distanza di 40.000 km (24.850 miglia). Se sono
Come ha spiegato l'ingegnere JPL Michael Bottom in un recente comunicato stampa della NASA:
"Le distanze di cui stiamo parlando per la tecnologia delle stelle sono difficili da immaginare. Se la paralume fosse ridotta alla dimensione di un sottobicchiere, il telescopio avrebbe le dimensioni di una gomma per matita e sarebbero separati da circa 100 chilometri. Ora immagina che quei due oggetti siano fluttuanti nello spazio. Stanno entrambi sperimentando questi piccoli rimorchiatori e protuberanze dalla gravità e da altre forze, e su quella distanza stiamo cercando di mantenerli entrambi allineati con precisione entro circa 2 millimetri. "
Il rapporto S5 Milestone 4 esaminava principalmente un intervallo di separazione da 20.000 a 40.000 km (da 12.500 a 25.000 mi) e una tonalità che misurava 26 metri (85 piedi) di diametro. All'interno di questi parametri, un veicolo spaziale Starshade sarebbe in grado di lavorare con una missione come il Wide Field Infrared Survey Telescope (WFIRST) della NASA, un telescopio con uno specchio primario che misura 2,4 m (~ 16,5 piedi) di diametro che dovrebbe lanciarsi a metà -2020s.
Dopo aver determinato il necessario allineamento tra i due veicoli spaziali, Bottom e il suo team hanno anche sviluppato un modo innovativo per telescopi come WFIRST per determinare se lo Starshade dovesse spostarsi fuori allineamento. Ciò consisteva nella costruzione di un programma per computer in grado di riconoscere quando gli schemi di luce e oscurità erano centrati sul telescopio e quando si erano spostati decentrati.
In basso è emerso che la tecnica era molto efficace nel rilevare i minimi cambiamenti nella posizione di una Starshade, anche alle distanze estreme coinvolte. Per assicurarsi che rimanga allineato, il collega ingegnere JPL Thibault Flinois e i suoi colleghi hanno sviluppato una serie di algoritmi che si basano sulle informazioni fornite dal programma di Bottom per determinare quando i propulsori di Starshade dovrebbero sparare per mantenerli allineati.
Combinato con il lavoro di Bottom, questo rapporto ha mostrato che è possibile mantenere allineati i due veicoli spaziali usando sensori automatici e controlli del propulsore, anche se un paralume e un telescopio più grandi sono stati usati e posizionati a 74.000 km (46.000 mi) di distanza. Mentre rivoluzionaria per quanto riguarda i sistemi autonomi, questa proposta si basa su una lunga tradizione per gli scienziati della NASA.
Come ha spiegato Phil Willems, responsabile dell'attività di sviluppo tecnologico Starshade della NASA:
“Questo per me è un ottimo esempio di come la tecnologia spaziale diventa sempre più straordinaria basandosi sui suoi precedenti successi. Usiamo la formazione che vola nello spazio ogni volta che una capsula attracca alla Stazione Spaziale Internazionale. Ma Michael e Thibault sono andati ben oltre e hanno mostrato un modo per mantenere la formazione su scale più grandi della Terra stessa. "
Confermando che la NASA è in grado di soddisfare questi rigorosi requisiti di "rilevamento e controllo della formazione", il Bottom e il collega ingegnere JPL Thibault Flinois hanno affrontato una delle tre lacune tecnologiche che affliggono la missione Starshade - in particolare, come le esatte distanze coinvolte sono correlate alla dimensione dell'ombra stesso e lo specchio principale del telescopio.
Come uno dei telescopi spaziali di prossima generazione della NASA che salirà nei prossimi anni, il WFIRST sarà la prima missione a utilizzare un'altra forma di tecnologia di blocco della luce. Conosciuto come un coronagraph stellare, questo strumento sarà integrato nel telescopio e gli permetterà di catturare direttamente immagini di Nettuno su pianeti extrasolari di dimensioni di Giove.
Mentre un progetto Starshade non è stato ancora approvato per il volo, uno potrebbe potenzialmente essere inviato a lavorare con il WFIRST entro la fine del 2020. Soddisfare i requisiti di volo di formazione è solo un passo verso la dimostrazione della fattibilità del progetto. Assicurati di dare un'occhiata a questo fantastico video che spiega come funzionerebbe una missione Starshade, per gentile concessione della NASA JPL:
