NASA pēdējos gados ir pagriezusi daudz galvas, pateicoties savam New Worlds Mission konceptam - aka. Starshade. Sastāv no milzu ziedu formas pakauša, šo ierosināto kosmosa kuģi ir paredzēts izvietot līdzās kosmosa teleskopam (visticamāk, Džeimsa Veba kosmiskais teleskops). Pēc tam tas bloķēs tālu zvaigžņu atspīdumu, radot mākslīgu aptumsumu, lai būtu vieglāk atklāt un izpētīt planētas, kas riņķo ap tām.
Vienīgā problēma ir tā, ka, domājams, šī koncepcija maksās diezgan santīmu - aptuveni 750 līdz 3 miljardus ASV dolāru šajā brīdī! Tāpēc Stenfordas profesore Simone D’Amico (ar eksoplanētu eksperta Brūsa Makintosa palīdzību) piedāvā samazināt koncepcijas versiju, lai parādītu tās efektivitāti. Pazīstams kā mDot, šis slēdzējs veiks to pašu darbu, bet par nelielu daļu no izmaksām.
Aizklāja mērķis ir vienkāršs. Medījot eksoplanetes, astronomi ir spiesti paļauties galvenokārt uz neierobežotām metodēm - visizplatītākā ir tranzīta metode. Tas ietver zvaigznīšu novērošanu mirdzuma mirdzumam, kas tiek attiecināta uz planētām, kas iet starp tām un novērotāju. Izmērot šo kritumu ātrumu un biežumu, astronomi spēj noteikt eksoplanetu izmērus un to orbītas periodus.
Kā Stenfordas universitātes preses paziņojumā paskaidroja Simone D’Amico, kuras laboratorija strādā pie šīs aptumsuma sistēmas:
“Izmantojot netiešos mērījumus, jūs varat noteikt objektus, kas atrodas netālu no zvaigznes, un noteikt to orbītas periodu un attālumu no zvaigznes. Tā ir visa svarīgā informācija, taču ar tiešu novērošanu jūs varētu raksturot planētas ķīmisko sastāvu un potenciāli novērot bioloģiskās aktivitātes pazīmes - dzīvību. ”
Tomēr šī metode cieš arī no ievērojama skaita viltus pozitīvu rezultātu, un parasti tas prasa, lai planētas orbītas daļa krustojas redzamības līnijā starp galveno zvaigzni un Zemi. Arī pašu eksoplanētu izpēte ir diezgan sarežģīta, jo, visticamāk, no zvaigznes nākusī gaisma būs vairākus miljardus reižu spožāka nekā gaisma, kas atstarojas no planētas.
Īpaša interese ir spējai izpētīt šo atstaroto gaismu, jo tā sniegtu vērtīgus datus par eksoplanetu atmosfēru. Kā tādas ir izstrādātas vairākas galvenās tehnoloģijas, lai bloķētu zvaigžņu traucējošo gaismu. Kosmiskais kuģis, kas aprīkots ar slēdzēju, ir viena no šādām tehnoloģijām. Pārī ar kosmosa teleskopu šis kosmosa kuģis radītu mākslīgu aptumsumu zvaigznes priekšā, lai būtu skaidri redzami objekti ap to (t.i., eksoplanetes).
Bet papildus ievērojamajām ēkas celtniecības izmaksām ir arī lieluma un izvietojuma jautājums. Lai šāda misija darbotos, pašam okultim vajadzētu būt aptuveni beisbola rombas izmēram - 27,5 metru (90 pēdas) diametrā. Tas būtu arī jāatdala no teleskopa ar attālumu, kas vienāds ar vairākiem Zemes diametriem, un tas būtu jāizvieto ārpus Zemes orbītas. Tas viss nozīmē diezgan dārgu misiju!
Kā tādi D'Amico - docents un Stenfordas Kosmosa Rendezvovas laboratorijas (SRL) vadītājs un Bruce Macintosh (Stenfordas fizikas profesors) apvienojās, lai izveidotu mazāku versiju ar nosaukumu Miniaturized Distributed Occulter / Telescope ( mDOT). Galvenais mDOT mērķis ir nodrošināt lētu lidojumu tehnoloģijas demonstrāciju, cerot palielināt uzticību pilna mēroga misijai.
Kā skaidroja Ādams Koenigs, SRL absolvents:
“Līdz šim nav notikusi tāda izsmalcinātības līmeņa misija, kāda būtu nepieciešama vienai no šīm eksoplanetu attēlveidošanas observatorijām. Ja jūs prasāt galvenajam birojam dažus miljardus dolāru, lai izdarītu kaut ko līdzīgu, būtu ideāli teikt, ka mēs to visu jau esam lidojuši iepriekš. Šis ir tikai lielāks. ”
MDOT sistēma, kas sastāv no divām daļām, izmanto jaunākos sasniegumus miniaturizācijas un mazu satelītu (mazo) tehnoloģiju jomā. Pirmais ir 100 kg mikrosatellīts, kas ir aprīkots ar 3 metru diametra zvaigznīti. Otrais ir 10 kg nanosatellīts, kas nes teleskopu, kura diametrs ir 10 cm (3,937 collas). Abas sastāvdaļas tiks izvietotas Zemes orbītā ar nominālo attālumu mazāk nekā 1000 kilometru (621 jūdzes).
Ar kolēģu palīdzību no SRL, mDOT zvaigznīšu forma tika pārveidota, lai tā atbilstu daudz mazāka kosmosa kuģa ierobežojumiem. Kā paskaidroja Koenigs, šī samazinātā un speciāli izstrādātā zvaigznīte varēs veikt to pašu darbu kā liela mēroga, zieda formas versija - un par budžetu!
"Izmantojot šo īpašo ģeometrisko formu, jūs varat iegūt gaismas difrakciju ap zvaigžņu ēnu, lai tā sevi izslēgtu," viņš sacīja. “Tad jūs centrā nokļūstat ļoti, ļoti dziļā ēnā. Ēna ir pietiekami dziļa, lai zvaigžņu gaisma netraucētu tuvumā esošās planētas novērojumiem. ”
Tomēr, tā kā ēna, ko rada mDOT's starshade, ir tikai desmitiem centimetru diametrā, nanosatellite būs jāveic daži rūpīgi manevrēšanas pasākumi, lai paliktu tajā. Šim nolūkam D’Amico un SRL izveidoja arī autonomu nanosatellīta sistēmu, kas ļautu tai veikt veidošanās manevrus ar zvaigžņu ēnu, pēc vajadzības pārtraukt veidošanos un vēlāk ar to atkal satikties.
Neveiksmīgs tehnoloģijas ierobežojums ir fakts, ka tā nespēs atrisināt Zemei līdzīgās planētas. Īpaši attiecībā uz M tipa (sarkanā pundura) zvaigznēm, šīs planētas, visticamāk, riņķo orbītā pārāk tuvu vecāku zvaigznēm, lai tās varētu skaidri novērot. Tomēr tas spēs atrisināt Jupitera lieluma gāzes milžus un palīdzēs raksturot eksozodiālo putekļu koncentrāciju ap tuvējām zvaigznēm - tās ir abas NASA prioritātes.
Pa to laiku D’Amico un viņa kolēģi izmantos Testbed for Rendezvous and Optical Navigation (TRON), lai pārbaudītu savu mDOT koncepciju. Šo iekārtu speciāli uzbūvēja D’Amico, lai atkārtotu sarežģīto un unikālo apgaismojuma veidu veidus, ar kuriem saskaras sensori kosmosā. Nākamajos gados viņš un viņa komanda strādās, lai pārliecinātos, ka sistēma darbojas pirms iespējamā prototipa izveidošanas.
Kā D’Amico teica par darbu, ko viņš un viņa kolēģi SNL veic:
“Esmu sajūsmā par savu pētījumu programmu Stenfordā, jo mēs risinām svarīgas problēmas. Es vēlos palīdzēt atbildēt uz pamatjautājumiem, un, ja jūs skatāties visos pašreizējos kosmosa zinātnes un izpētes virzienos - neatkarīgi no tā, vai mēs cenšamies novērot eksoplanetes, uzzināt par Visuma attīstību, salikt struktūras kosmosā vai izprast mūsu planētu - satelīta veidošanos - lidošana ir galvenais veicinātājs. ”
Citi projekti, ar kuriem D'Amico un SNL šobrīd nodarbojas, ir sīku kosmosa kuģu (kas pazīstami arī kā “satelīta satelīti”) lielāku formāciju izstrāde. Agrāk D'Amico ir sadarbojies arī ar NASA tādos projektos kā GRACE - misija, kuras ietvaros tika kartētas Zemes gravitācijas lauka izmaiņas kā daļa no NASA Zemes sistēmas zinātnes Pathfinder (ESSP) programmas - un TanDEM-X, kas ir NVA atbalstīta. misija, kuras rezultātā tika iegūtas 3D Zemes kartes.
Šie un citi projekti, kuru mērķis ir piesaistīt miniaturizāciju kosmosa izpētes nolūkos, sola jaunu laikmetu ar zemākām izmaksām un labāku pieejamību. Ar kosmosa nākotni izskatās daudzsološi, izmantojot dažādas lietojumprogrammas, sākot no niecīgiem pētniecības un sakaru satelītiem un beidzot ar nanokompāniem, kas spēj veikt braucienu uz Alfa Centauri ar relativistisku ātrumu (Breakthrough Starshot).
Noteikti apskatiet arī šo video par TRON, pateicoties Standfordas universitātes atļaujai:
