Чтобы помочь в будущих усилиях по поиску и изучению экзопланет, инженеры Лаборатории реактивного движения НАСА совместно с Программой исследования экзопланет (ExEP) работают над созданием Звездной Тени. После развертывания этот революционный космический корабль будет помогать телескопам следующего поколения, блокируя затененный свет, исходящий от далеких звезд, чтобы можно было напрямую получать изображения экзопланет.
Хотя это может показаться довольно простым, Звездной Тени также нужно будет принять участие в некоторых серьезных формированиях, чтобы эффективно выполнять свою работу. К такому выводу пришел отчет Milestone 4, разработанный командой разработчиков технологии Starshade (он же S5), который можно найти на веб-сайте ExEP. Как отмечается в сообщении, Starshade необходимо будет идеально выровнять с космическими телескопами даже на очень больших расстояниях.
В то время как более четырех тысяч экзопланет были обнаружены на сегодняшний день без помощи Звездной Тени, подавляющее большинство из них были обнаружены с помощью косвенных средств. Наиболее эффективные средства включают наблюдение за отдаленными звездами на предмет периодических провалов в яркости, которые указывают на прохождение планет (метод транзита), и измерение движений звезды назад и вперед для определения присутствия планетной системы (метод радиальной скорости).
Хотя эти методы эффективны при обнаружении экзопланет и получении точных оценок их размера, массы и периода обращения, они не очень эффективны, когда речь идет об определении условий на их поверхностях. Для этого ученым необходимо иметь возможность получать спектрографическую информацию об атмосферах этих планет, что является ключом к определению, могут ли они быть пригодными для обитания.
Единственный надежный способ сделать это с меньшими каменистыми планетами (иначе говоря, «похожими на Землю») - это прямое изображение. Но поскольку звезды могут быть в миллиарды раз ярче, чем свет, отраженный от атмосферы планеты, это невероятно трудный процесс. Войдите в Звездную Тень, которая будет блокировать яркий свет звезд, используя тень, которая развернется от космического корабля, как лепестки цветка.
Это значительно улучшит шансы космических телескопов, обнаруживающих любые планеты, которые вращаются вокруг звезды. Однако, чтобы этот метод работал, два космических корабля должны оставаться выровненными с точностью до 1 метра (3 фута), несмотря на то, что они будут лететь на расстоянии до 40 000 км (24 850 миль) друг от друга. Если они
Как объяснил инженер JPL Майкл Боттом в недавнем пресс-релизе НАСА:
«Расстояния, о которых мы говорим для технологии звездных теней, сложно представить. Если бы звездная тень была уменьшена до размеров подставки для напитков, телескоп был бы размером с ластик для карандашей, и они были бы разделены примерно на 60 миль [100 километров]. Теперь представьте, что эти два объекта свободно плавают в пространстве. Они оба испытывают эти маленькие рывки и толчки от гравитации и других сил, и на этом расстоянии мы пытаемся держать их обоих точно выровненными с точностью до 2 миллиметров ».
В отчете S5 Milestone 4 в основном рассматривался диапазон разнесения от 20 000 до 40 000 км (от 12 500 до 25 000 миль) и оттенок диаметром 26 метров (85 футов). В рамках этих параметров космический корабль Starshade сможет работать с такой миссией, как широкоугольный инфракрасный телескоп НАСА (WFIRST), телескоп с основным зеркалом диаметром 2,4 м (~ 16,5 фута), запуск которого запланирован на середину. -2020s.
После определения необходимого выравнивания между двумя космическими кораблями, Боттом и его команда также разработали инновационный способ для телескопов, таких как WFIRST, чтобы определить, должен ли Звездный Тень дрейфовать от выравнивания. Это состояло из создания компьютерной программы, которая могла бы распознавать, когда светотеневые узоры были сосредоточены на телескопе, и когда они дрейфовали от центра.
Внизу обнаружилось, что техника была очень эффективна при обнаружении малейших изменений в положении Звездной Тени, даже на задействованных экстремальных расстояниях. Чтобы обеспечить его согласованность, коллега-инженер JPL Тибо Флинуа и его коллеги разработали набор алгоритмов, которые основаны на информации, предоставленной программой Боттома, для определения того, когда должны запускаться двигатели Звездной Тени, чтобы поддерживать его в выравнивании.
В сочетании с работой Боттома этот отчет показал, что поддержание выравнивания двух космических аппаратов осуществимо с использованием автоматических датчиков и органов управления двигателем - даже если были использованы больший звездный щит и телескоп, расположенные на расстоянии 74 000 км (46 000 миль) друг от друга. Будучи революционным в отношении автономных систем, это предложение основано на давней традиции ученых НАСА.
Как объяснил Фил Виллемс, менеджер НАСА по развитию технологий Starshade:
«Для меня это прекрасный пример того, как космические технологии становятся все более необычными, опираясь на свои предыдущие успехи. Мы используем формирование полета в космос каждый раз, когда капсула стыкуется на Международной космической станции. Но Майкл и Тибо далеко вышли за пределы этого и показали способ поддерживать формирование в масштабах, превышающих саму Землю ».
Подтвердив, что НАСА может удовлетворить эти строгие требования «обнаружения и контроля пласта», Боттом и его коллега инженер JPL Тибо Флинуа обратились к одному из трех технологических пробелов, стоящих перед миссией Звездной Тени, - в частности, как точные расстояния связаны с размером тени сам и главное зеркало телескопа.
В качестве одного из космических телескопов следующего поколения НАСА, который будет развиваться в ближайшие годы, WFIRST станет первой миссией, которая будет использовать другую форму технологии блокирования света. Этот инструмент, известный как звездный коронограф, будет интегрирован в телескоп и позволит ему напрямую получать изображения Нептуна на экзопланеты размером с Юпитер.
Хотя проект Starshade еще не был одобрен для полета, его можно было бы отправить к работе с WFIRST к концу 2020-х годов. Выполнение требования по формированию летательного аппарата является лишь одним шагом к демонстрации того, что проект осуществим. Обязательно посмотрите это классное видео, которое объясняет, как будет работать миссия Starshade, благодаря NASA JPL:
