Щоб виявити планети навколо іншої зірки, зоряний тінь повинен пролетіти на відстані 40 000 км від телескопа, вирівнявшись лише в межах 1 метра

Щоб допомогти в майбутніх зусиллях щодо локалізації та вивчення екзопланет, інженери з Лабораторії реактивного руху NASA – разом з Програма дослідження екзопланет (ExEP) – працюють над створенням Зоряний відтінок . Після розгортання цей революційний космічний корабель допоможе телескопам наступного покоління, блокуючи затемнене світло, що надходить від далеких зірок, щоб можна було відображати екзопланети безпосередньо.

Хоча це може здатися досить простим, Starshade також доведеться зайнятися чимось серйозним пластовий політ щоб ефективно виконувати свою роботу. До такого висновку прийшла команда з розробки технологій Starshade (він же S5) звіт про етап 4, який доступний через Веб-сайт ExEP . Як зазначено у звіті, Starshade потрібно буде ідеально вирівняти з космічними телескопами, навіть на екстремальних відстанях.

Поки закінчено чотири тисячі На сьогоднішній день екзопланети були відкриті без допомоги Зоряної тіні, переважна більшість з них була відкрита за допомогою непрямих засобів. Найефективніший засіб включав спостереження за далекими зірками на періодичні спади яскравості, які вказують на проходження планет ( Транзитний спосіб ) і вимірювання руху зірки вперед і назад, щоб визначити наявність планетної системи ( Метод радіальної швидкості ).

Хоча ці методи ефективні для виявлення екзопланет і отримання точних оцінок їх розміру, маси та орбітального періоду, ці методи не дуже ефективні, коли справа доходить до визначення умов на їх поверхні. Для цього вчені повинні мати можливість отримати спектрографічну інформацію про атмосфери цих планет, що є ключем до визначення того, чи дійсно вони можуть бути придатними для життя.

Єдиний надійний спосіб зробити це з меншими, скелястими планетами (такими як «землеподібні») — це пряме зображення. Але оскільки зірки можуть бути в мільярди разів яскравішими за світло, відбите від атмосфери планети, це неймовірно складний процес. Увійдіть у Starshade, який блокуватиме яскраве світло зірок, використовуючи тінь, яка розгортатиметься з космічного корабля, як пелюстки квітки.

Це значно покращить шанси космічних телескопів помітити будь-які планети, які обертаються навколо зірки. Однак для того, щоб цей метод працював, два космічні кораблі повинні залишатися вирівняними з точністю до 1 метра (3 фути), незважаючи на те, що вони будуть летіти на відстані до 40 000 км (24 850 миль) один від одного. Якщо вони відхиляються чимось більше, зоряне світло буде просочуватися навколо зірок і закриватиме огляд телескопа на будь-які екзопланети.

Як пояснив інженер JPL Майкл Боттом у нещодавньому NASA прес-реліз :

«Відстані, про які ми говоримо для технології зірок, важко уявити. Якби абажур зменшили до розміру підставки для напоїв, телескоп був би розміром з гумку олівця, і вони були б розділені приблизно на 60 миль [100 кілометрів]. А тепер уявіть, що ці два об’єкти вільно плавають у просторі. Вони обидва відчувають ці невеликі поштовхи та підштовхування від гравітації та інших сил, і на цій відстані ми намагаємося утримувати їх обидва точно вирівняними з точністю до 2 міліметрів».

Блокуючи світло віддалених зірок, телескопи для полювання на екзопланети зможуть безпосередньо зображати орбітальну систему планет. Авторство: NASA/JPL-Caltech

У звіті S5 Milestone 4 в основному розглядався діапазон віддалення від 20 000 до 40 000 км (12 500 до 25 000 миль) і відтінок діаметром 26 метрів (85 футів). У межах цих параметрів космічний корабель Starshade міг би працювати з такою місією Ширококольний інфрачервоний оглядовий телескоп NASA (WFIRST) , телескоп з основним дзеркалом діаметром 2,4 м (~16,5 футів), який планують запустити до середини 2020-х років.

Визначивши необхідне вирівнювання між двома космічними кораблями, Боттом і його команда також розробили інноваційний спосіб для таких телескопів, як WFIRST, щоб визначати, чи має Зоряна тень відхилятися від вирівнювання. Це полягало у створенні комп’ютерної програми, яка могла б розпізнавати, коли світло-темряві візерунки зосереджені на телескопі, а коли вони відхиляються від центру.

Боттом виявив, що ця техніка була дуже ефективною при відчутті найменших змін у положенні Starshade, навіть на екстремальних відстанях. Щоб переконатися, що він тримається у відповідності, його колега-інженер Тібо Флінуа та його колеги розробили набір алгоритмів, які спираються на інформацію, надану програмою Боттома, щоб визначити, коли двигуни Starshade повинні спрацювати, щоб утримувати його у вирівнюванні.

У поєднанні з роботою Боттома ця доповідь показала, що утримувати обидва космічні кораблі в одному рядку можливо за допомогою автоматизованих датчиків і засобів керування двигуном, навіть якщо зоряний навіс і телескоп використовувалися на відстані 74 000 км (46 000 миль) один від одного. Незважаючи на те, що ця пропозиція революційна щодо автономних систем, ця пропозиція ґрунтується на давній традиції вчених NASA.

Екзопланета Beta Pictoris b, яку спостерігали за допомогою прямого зображення. Авторство: ESO

Як пояснив Філ Віллемс, керівник відділу розвитку технології Starshade в NASA:

«Для мене це чудовий приклад того, як космічні технології стають все більш надзвичайними, спираючись на свої попередні успіхи. Ми використовуємо пластовий політ у космосі щоразу, коли капсула пристикується до Міжнародної космічної станції. Але Майкл і Тібо вийшли далеко за межі цього і показали спосіб підтримувати формування на масштабах, більших, ніж сама Земля».

Підтвердивши, що NASA може задовольнити ці жорсткі вимоги до «відчуття та контролю пластів», Боттом і його колега, інженер з JPL Тібо Флінойс, усунули одну з трьох технологічних прогалин, з якими стикається місія Starshade – зокрема, як точні відстані пов’язані з розміром тіні. себе і основне дзеркало телескопа.

Будучи одним із космічних телескопів наступного покоління НАСА, який буде створено в найближчі роки, WFIRST стане першою місією, в якій буде використовуватися інша форма технології блокування світла. Цей інструмент, відомий як зоряний коронограф, буде інтегрований в телескоп і дозволить отримувати зображення Нептуна на екзопланети розміром з Юпітер безпосередньо.

Хоча проект Starshade ще не схвалений для польоту, його потенційно можуть відправити для роботи з WFIRST до кінця 2020-х років. Виконання вимоги щодо льотного польоту – це лише один крок до демонстрації того, що проект здійсненний. Обов’язково подивіться це круте відео, яке пояснює, як працюватиме місія Starshade, люб’язно надана NASA JPL:

Подальше читання: НАСА