För att hjälpa till med framtida ansträngningar för att hitta och studera exoplaneter, arbetar ingenjörer med NASA: s Jet Propulsion Laboratory - i samband med Exoplanet Exploration Program (ExEP) - för att skapa Starshade. När det revolutionerande rymdskeppet har distribuerats kommer det att hjälpa nästa generations teleskop genom att blockera det dolda ljuset från avlägsna stjärnor så att exoplaneter kan direkt avbildas.
Även om detta kan låta ganska enkelt, kommer Starshade också att behöva engagera sig i någon allvarlig formationsflygning för att göra sitt jobb effektivt. Det var slutsatsen från Starshade Technology Development team (aka S5) Milestone 4-rapporten - som är tillgänglig via ExEP: s webbplats. Som rapporten konstaterar kommer Starshade att behöva anpassas perfekt till rymdteleskop, även på extrema avstånd.
Medan över fyra tusen exoplaneter hittills har upptäckts utan hjälp av en Starshade, upptäcktes den stora majoriteten av dem med indirekta medel. De mest effektiva medlen har involverat att observera avlägsna stjärnor för periodiska dopp i ljusstyrka som indikerar passagen av planeter (Transitmetoden) och mäta en stjärns rörelser fram och tillbaka för att bestämma närvaron av ett planetsystem (Radial Velocity Method).
Även om de är effektiva för att upptäcka exoplaneter och få exakta uppskattningar av deras storlek, massa och omloppsperiod, är dessa metoder inte särskilt effektiva när det gäller att bestämma vilka förhållanden som är på deras ytor. För att göra detta måste forskare kunna få spektrografisk information om dessa planets atmosfärer, vilket är nyckeln till att avgöra om de verkligen kan vara bebodda.
Det enda tillförlitliga sättet att göra detta med mindre, steniga planeter (alias "jordliknande") är genom direktavbildning. Men eftersom stjärnor kan vara miljarder gånger ljusare än ljus reflekteras från en planetens atmosfär, är detta en oerhört svår process att genomföra. Gå in i Starshade, som skulle blockera det ljusa ljuset från stjärnor med en skugga som kommer att rinna ut från rymdskeppet som kronbladen i en blomma.
Detta kommer dramatiskt att förbättra oddsen för rymdteleskop som upptäcker alla planeter som kretsar kring en stjärna. Men för att denna metod ska fungera, måste de två rymdskeppet hålla sig anpassade till inom 1 meter (3 fot), trots att de kommer att flyga upp till 40 000 km (24 850 mi) från varandra. Om dem är
Som JPL-ingenjör Michael Bottom förklarade i ett nyligen pressmeddelande från NASA:
”Avstånden vi pratar om för stjärnorna tekniken är lite svåra att föreställa sig. Om stjärnskärmen skulle skalas ner till storleken på en drinkbana skulle teleskopet vara på storleken på ett blyertsgummi och de skulle separeras med cirka 100 mil. Föreställ dig nu att de två föremålen flyter fritt i rymden. De upplever båda dessa små bogserbilar från tyngdkraften och andra krafter, och över det avståndet försöker vi hålla dem båda exakt anpassade till inom cirka 2 millimeter. "
S5 Milestone 4-rapporten tittade främst på ett separationsintervall på 20 000 till 40 000 km (12 500 till 25 000 mi) och en skugga som mätte 26 meter (85 fot) i diameter. Inom dessa parametrar skulle ett Starshade-rymdskepp kunna arbeta med ett uppdrag som NASA: s Wide Field Infrared Survey Telescope (WFIRST), ett teleskop med en primärspegel som mäter 2,4 m (~ 16,5 ft) i diameter som är inställd på att sjösättas i mitten -2020s.
Efter att ha bestämt den nödvändiga anpassningen mellan de två rymdfarkosterna utvecklade Bottom och hans team också ett innovativt sätt för teleskop som WFIRST för att avgöra om Starshade skulle driva ut ur inriktningen. Detta bestod av att bygga ett datorprogram som kunde känna igen när ljus-och-mörka mönster var centrerade på teleskopet och när de hade drivit utanför centrum.
Botten fann att tekniken var mycket effektiv för att avkänna de minsta förändringarna i en Starshades position, även på de extrema avstånden. För att säkerställa att det håller sig i linje, utvecklade kollegen JPL-ingenjören Thibault Flinois och hans kollegor en uppsättning algoritmer som förlitar sig på information som tillhandahålls av Botts program för att avgöra när Starshades thrusterar ska skjuta för att hålla den i linje.
I kombination med Botens arbete visade den här rapporten att det är möjligt att hålla de två rymdskeppet i linje med automatiska sensorer och thrusterkontroller - även om en större stjärnskärm och teleskop användes och placerades med 74 000 km (46 000 mi) från varandra. Även om det är revolutionerande när det gäller autonoma system bygger detta förslag på en lång tradition för NASA-forskare.
Som Phil Willems, chef för NASA: s Starshade Technology Development-aktivitet, förklarade:
”Detta är för mig ett bra exempel på hur rymdtekniken blir allt mer extraordinär genom att bygga vidare på sina tidigare framgångar. Vi använder formationer som flyger i rymden varje gång en kapsel dockar vid International Space Station. Men Michael och Thibault har gått långt utöver det och visat ett sätt att upprätthålla bildning över skalor större än jorden själv. ”
Genom att bekräfta att NASA kan uppfylla dessa stränga krav på "formationsavkänning och kontroll", har JPL-teknikern Thibault Flinois, botten och kolleger, tagit upp ett av tre teknikgap som står inför Starshade-uppdraget - specifikt hur de exakta avstånden är relaterade till storleken på skuggan själv och teleskopets primära spegel.
Som ett av NASAs nästa generations rymdteleskop som kommer att gå upp under de kommande åren kommer WFIRST att vara det första uppdraget att använda en annan form av ljusblockeringsteknik. Det här instrumentet kallas ett stellar-stycke och kommer att integreras i teleskopet och gör det möjligt att fånga bilder av Neptunus till exoplaneter i storleken Jupiter.
Även om ett Starshade-projekt ännu inte har godkänts för flygning, kan man eventuellt skickas upp för att arbeta med WFIRST i slutet av 2020-talet. Att uppfylla kravet på formationsflyg är bara ett steg mot att visa att projektet är genomförbart. Se till att kolla in den här coola videon som förklarar hur ett Starshade-uppdrag skulle fungera, med tillstånd av NASA JPL:
