La NASA ha llamado mucho la atención en los últimos años gracias a su concepto New Worlds Mission, también conocido como. Starshade Consistente en un ocultador gigante en forma de flor, esta nave espacial propuesta está destinada a desplegarse junto a un telescopio espacial (muy probablemente el telescopio espacial James Webb). Luego bloqueará el resplandor de las estrellas distantes, creando un eclipse artificial para que sea más fácil detectar y estudiar los planetas en órbita.
El único problema es que se espera que este concepto cueste un centavo: ¡se estima que entre $ 750 y $ 3 mil millones en este momento! Por eso, la profesora de Stanford, Simone D’Amico (con la ayuda del experto en exoplanetas Bruce Macintosh) propone una versión reducida del concepto para demostrar su eficacia. Conocido como mDot, este ocultador hará el mismo trabajo, pero a una fracción del costo.
El propósito detrás de un ocultador es simple. Al buscar exoplanetas, los astrónomos se ven obligados a depender predominantemente de métodos indirectos, siendo el método de tránsito el más común. Esto implica monitorear las estrellas para detectar caídas en la luminosidad, que se atribuyen a los planetas que pasan entre ellas y el observador. Al medir la velocidad y la frecuencia de estas inmersiones, los astrónomos pueden determinar el tamaño de los exoplanetas y sus períodos orbitales.
Como Simone D’Amico, cuyo laboratorio está trabajando en este sistema eclipsante, explicó en un comunicado de prensa de la Universidad de Stanford:
"Con mediciones indirectas, puede detectar objetos cerca de una estrella y determinar su período de órbita y la distancia a la estrella. Toda esta información es importante, pero con la observación directa se podría caracterizar la composición química del planeta y potencialmente observar signos de actividad biológica: la vida ".
Sin embargo, este método también sufre una tasa sustancial de falsos positivos y generalmente requiere que parte de la órbita del planeta se cruce con una línea de visión entre la estrella anfitriona y la Tierra. Estudiar los exoplanetas mismos también es bastante difícil, ya que es probable que la luz proveniente de la estrella sea varios miles de millones de veces más brillante que la luz que se refleja en el planeta.
La capacidad de estudiar esta luz reflejada es de particular interés, ya que proporcionaría datos valiosos sobre las atmósferas de los exoplanetas. Como tal, se están desarrollando varias tecnologías clave para bloquear la luz interferente de las estrellas. Una nave espacial equipada con un ocultador es una de esas tecnologías. Junto con un telescopio espacial, esta nave espacial crearía un eclipse artificial frente a la estrella para que los objetos a su alrededor (es decir, exoplanetas) se puedan ver claramente.
Pero además del costo significativo de construir uno, también está el problema del tamaño y la implementación. Para que tal misión funcione, el ocultador en sí mismo debería tener aproximadamente el tamaño de un diamante de béisbol: 27.5 metros (90 pies) de diámetro. También necesitaría estar separado del telescopio por una distancia igual a múltiples diámetros de la Tierra y tendría que desplegarse más allá de la órbita de la Tierra. ¡Todo esto se suma a una misión bastante cara!
Como tal, D'Amico, profesor asistente y jefe del Laboratorio de Encuentros Espaciales (SRL) en Stanford, y Bruce Macintosh (profesor de física de Stanford) se unieron para crear una versión más pequeña llamada Telescopio / Ocultador Distribuido Miniaturizado ( mDOT). El objetivo principal de mDOT es proporcionar una demostración de vuelo de bajo costo de la tecnología, con la esperanza de aumentar la confianza en una misión a gran escala.
Como explicó Adam Koenig, un estudiante graduado de la SRL:
“Hasta ahora, no se ha realizado ninguna misión con el grado de sofisticación que se requeriría para uno de estos observatorios de imágenes de exoplanetas. Cuando solicita a la sede unos pocos miles de millones de dólares para hacer algo como esto, sería ideal poder decir que ya hemos volado todo esto antes. Este es simplemente más grande ".
Consta de dos partes, el sistema mDOT aprovecha los desarrollos recientes en miniaturización y tecnología de satélites pequeños (smallsat). El primero es un microsatélite de 100 kg que está equipado con una pantalla estelar de 3 metros de diámetro. El segundo es un nano-satélite de 10 kg que lleva un telescopio de 10 cm (3.937 pulgadas) de diámetro. Ambos componentes se desplegarán en órbita terrestre alta con una separación nominal de menos de 1,000 kilómetros (621 millas).
Con la ayuda de colegas de la SRL, la forma de la pantalla estelar de mDOT se reformuló para adaptarse a las limitaciones de una nave espacial mucho más pequeña. Como explicó Koenig, esta sombra estelar reducida y especialmente diseñada podrá hacer el mismo trabajo que la versión a gran escala con forma de flor, ¡y con un presupuesto!
"Con esta forma geométrica especial, puedes hacer que la luz difracte alrededor de la sombra estelar para cancelarse", dijo. “Entonces, obtienes una sombra muy, muy profunda justo en el centro. La sombra es lo suficientemente profunda como para que la luz de la estrella no interfiera con las observaciones de un planeta cercano ".
Sin embargo, dado que la sombra creada por la sombra estelar de mDOT solo tiene decenas de centímetros de diámetro, el nano-satélite deberá realizar algunas maniobras cuidadosas para permanecer dentro de él. Para este propósito, D’Amico y la SRL también diseñaron un sistema autónomo para el nanosatelital, que le permitiría realizar maniobras de formación con la sombra estelar, romper la formación cuando sea necesario y volver a encontrarse con él más tarde.
Una desafortunada limitación de la tecnología es el hecho de que no podrá resolver planetas similares a la Tierra. Especialmente cuando se trata de estrellas de tipo M (enana roja), es probable que estos planetas orbiten demasiado cerca de sus estrellas progenitoras para poder observarlas con claridad. Sin embargo, podrá resolver gigantes gaseosos del tamaño de Júpiter y ayudar a caracterizar las concentraciones de polvo exozodiacal alrededor de las estrellas cercanas, las cuales son prioridades para la NASA.
Mientras tanto, D’Amico y sus colegas utilizarán el Testbed para Rendezvous y Optical Navigation (TRON) para probar su concepto mDOT. D’Amico construyó especialmente esta instalación para replicar los tipos de condiciones de iluminación complejas y únicas que encuentran los sensores en el espacio. En los próximos años, él y su equipo trabajarán para garantizar que el sistema funcione antes de crear un prototipo eventual.
Como D’Amico dijo sobre el trabajo que él y sus colegas en el SNL realizan:
"Estoy entusiasmado con mi programa de investigación en Stanford porque estamos abordando desafíos importantes. Quiero ayudar a responder preguntas fundamentales y si miras en toda la dirección actual de la ciencia espacial y la exploración, ya sea que estemos tratando de observar exoplanetas, aprender sobre la evolución del universo, ensamblar estructuras en el espacio o comprender nuestro planeta (formación de satélites) volar es el habilitador clave ".
Otros proyectos en los que D’Amico y SNL participan actualmente incluyen el desarrollo de formaciones más grandes de pequeñas naves espaciales (también conocidos como "satélites enjambre"). En el pasado, D'Amico también ha colaborado con la NASA en proyectos tales como GRACE, una misión que mapeó variaciones en el campo de gravedad de la Tierra como parte del programa Pathfinder de Ciencia del Sistema Terrestre de la NASA (ESSP) y TanDEM-X, un patrocinado por SEA misión que produjo mapas 3D de la Tierra.
Estos y otros proyectos que buscan aprovechar la miniaturización en aras de la exploración espacial prometen una nueva era de menores costos y mayor accesibilidad. Con aplicaciones que van desde enjambres de pequeños satélites de investigación y comunicaciones hasta nanocraft capaces de hacer el viaje a Alpha Centauri a velocidades relativistas (Breakthrough Starshot), ¡el futuro del espacio parece bastante prometedor!
Asegúrese de ver este video de las instalaciones de TRON también, cortesía de la Universidad de Standford:
