В последние годы НАСА перевернулось с головой, благодаря своей концепции «Новая мировая миссия». Starshade. Этот предлагаемый космический корабль, состоящий из гигантского оккультера в форме цветка, предназначен для развертывания рядом с космическим телескопом (скорее всего, космическим телескопом Джеймса Уэбба). Затем он блокирует блики далеких звезд, создавая искусственное затмение, чтобы было легче обнаружить и изучить планеты, вращающиеся вокруг них.
Единственная проблема заключается в том, что эта концепция, как ожидается, будет стоить довольно копейки - на данный момент от 750 до 3 миллиардов долларов! Поэтому Стэнфордский профессор Симона Д'Амико (с помощью эксперта по экзопланетам Брюса Макинтоша) предлагает уменьшенную версию концепции, чтобы продемонстрировать ее эффективность. Этот оккультер, известный как mDot, будет выполнять ту же работу, но за небольшую плату.
Цель за оккультистом проста. При поиске экзопланет астрономы вынуждены полагаться преимущественно на косвенные методы, наиболее распространенным из которых является метод транзита. Это включает в себя мониторинг звезд на предмет падения яркости, которые приписываются планетам, проходящим между ними и наблюдателем. Измеряя скорость и частоту этих провалов, астрономы могут определить размеры экзопланет и их периоды обращения.
Как объяснила Симоне Д'Амико, чья лаборатория работает над этой затменной системой, в заявлении для прессы Стэнфордского университета:
«С помощью косвенных измерений вы можете обнаружить объекты около звезды и определить их период обращения и расстояние до звезды.. Это все важная информация, но при непосредственном наблюдении вы можете охарактеризовать химический состав планеты и потенциально наблюдать признаки биологической активности - жизни ».
Однако этот метод также страдает от значительного числа ложных срабатываний и, как правило, требует, чтобы часть орбиты планеты пересекала линию прямой видимости между главной звездой и Землей. Изучение самих экзопланет также довольно сложно, поскольку свет, исходящий от звезды, вероятно, будет в несколько миллиардов раз ярче света, отражаемого от планеты.
Возможность изучения этого отраженного света представляет особый интерес, поскольку он даст ценные данные об атмосферах экзопланет. Также, несколько ключевых технологий разрабатываются, чтобы заблокировать мешающий свет звезд. Космический корабль, оснащенный оккультером, является одной из таких технологий. В сочетании с космическим телескопом этот космический корабль может создать искусственное затмение перед звездой, чтобы можно было четко видеть объекты вокруг нее (то есть экзопланеты).
Но помимо значительных затрат на его создание, существует также проблема размера и развертывания. Чтобы такая миссия работала, сам оккультер должен был быть размером с бейсбольный бриллиант - 27,5 метра (90 футов) в диаметре. Он также должен быть отделен от телескопа расстоянием, равным нескольким диаметрам Земли, и должен быть развернут за пределами орбиты Земли. Все это составляет довольно дорогую миссию!
Таким образом, Д'Амико - доцент и руководитель Лаборатории космического сближения (SRL) в Стэнфорде - и Брюс Макинтош (профессор физики в Стэнфорде) объединились, чтобы создать уменьшенную версию под названием «Миниатюрный распределенный оккультер / телескоп». Mdot). Основной целью mDOT является обеспечение недорогой демонстрации технологии в полете в надежде на повышение уверенности в полномасштабной миссии.
Как Адам Кениг, аспирант из SRL, объяснил:
«До сих пор не было выполнено ни одной миссии со степенью сложности, которая требовалась бы для одной из этих обсерваторий по визуализации экзопланет. Когда вы просите штаб-квартиру выделить несколько миллиардов долларов на что-то подобное, было бы идеально, если бы вы могли сказать, что мы уже все это уже выполняли. Этот просто больше.
Система mDOT, состоящая из двух частей, использует последние разработки в области миниатюризации и технологии малых спутников (smallsat). Первый - это 100-килограммовый микроспутник, оборудованный звездным щитом диаметром 3 метра. Второй - это 10-килограммовый наноспутник с телескопом диаметром 10 см (3,937 дюйма). Оба компонента будут развернуты на высокой околоземной орбите с номинальным разносом менее 1000 километров (621 миль).
С помощью коллег из SRL форма звездолета mDOT была изменена, чтобы соответствовать ограничениям гораздо меньшего космического корабля. Как объяснил Кениг, эта уменьшенная и специально разработанная звездная крыша сможет выполнять ту же работу, что и крупномасштабная версия в форме цветка - и с ограниченным бюджетом!
«С помощью этой особой геометрической формы вы можете заставить свет рассеиваться вокруг звездной тени, чтобы погасить сам себя», - сказал он. «Тогда вы получите очень, очень глубокую тень прямо в центре. Тень достаточно глубока, чтобы свет звезды не мешал наблюдениям за соседней планетой ».
Однако, поскольку тень, создаваемая звездной тенью mDOT, составляет всего лишь десятки сантиметров в диаметре, наноспутнику придется делать некоторые осторожные маневры, чтобы оставаться в нем. Для этой цели D’Amico и SRL также разработали автономную систему для наноспутника, которая позволила бы ему проводить маневры пласта со звездным щитом, разбивать пласт, когда это необходимо, и сближаться с ним позже.
Печальным ограничением технологии является тот факт, что она не сможет разрешать планеты, подобные Земле. Особенно когда речь идет о звездах M-типа (красный карлик), эти планеты, вероятно, будут вращаться слишком близко к своим родительским звездам, чтобы их можно было четко наблюдать. Тем не менее, он сможет разрешить газовые гиганты размером с Юпитер и помочь охарактеризовать концентрацию экзозодиакальной пыли вокруг близлежащих звезд - обе эти задачи являются приоритетными для НАСА.
Тем временем, D’Amico и его коллеги будут использовать испытательный стенд для рандеву и оптической навигации (TRON), чтобы проверить свою концепцию mDOT. Это средство было специально построено D’Amico для воспроизведения типов сложных и уникальных условий освещения, с которыми сталкиваются датчики в космосе. В ближайшие годы он и его команда будут работать над тем, чтобы система работала до создания возможного прототипа.
Как сказал Д’Амико о работе, которую он и его коллеги в SNL выполняют:
«Я в восторге от своей исследовательской программы в Стэнфорде, потому что мы решаем важные задачи. Я хочу помочь ответить на фундаментальные вопросы, и если вы посмотрите на все современные направления космической науки и исследований - пытаемся ли мы наблюдать экзопланеты, узнавать об эволюции Вселенной, собирать структуры в космосе или понимать нашу планету - формирование спутников - полет - это ключевой фактор ».
Другие проекты, в которых D’Amico и SNL в настоящее время участвуют, включают разработку более крупных формирований крошечных космических кораблей (так называемых «спутников роя»). В прошлом D'Amico также сотрудничал с НАСА в таких проектах, как GRACE - миссия, которая картировала изменения в гравитационном поле Земли в рамках программы НАСА Earth Path Science Point (ESSP), - и TanDEM-X, спонсируемая SEA. миссия, которая дала 3D карты Земли.
Эти и другие проекты, направленные на миниатюризацию ради освоения космоса, обещают новую эру более низких затрат и большей доступности. С приложениями, начиная от множества крошечных исследовательских и коммуникационных спутников и заканчивая нанокрапами, способными совершить путешествие к Альфа Центавре на релятивистских скоростях (прорыв Старшот), будущее космоса выглядит довольно многообещающим!
Обязательно посмотрите это видео о заведении TRON, любезно предоставленное Стэндфордским университетом:
