Para ayudar en los esfuerzos futuros para localizar y estudiar exoplanetas, los ingenieros del Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA, junto con el Programa de Exploración de Exoplanetas (ExEP), están trabajando para crear Starshade. Una vez desplegada, esta revolucionaria nave espacial ayudará a los telescopios de próxima generación al bloquear la luz oscura que proviene de estrellas distantes para que los exoplanetas puedan ser captados directamente.
Si bien esto puede sonar bastante sencillo, el Starshade también necesitará participar en un vuelo de formación serio para hacer su trabajo de manera efectiva. Esa fue la conclusión del informe del Milestone 4 del equipo de Desarrollo de Tecnología de Starshade (también conocido como S5), que está disponible a través del sitio web de ExEP. Como se indica en el informe, Starshade deberá estar perfectamente alineado con los telescopios espaciales, incluso a distancias extremas.
Si bien hasta la fecha se han descubierto más de cuatro mil exoplanetas sin la ayuda de un Starshade, la gran mayoría de ellos se descubrieron utilizando medios indirectos. Los medios más efectivos han consistido en observar estrellas distantes para detectar caídas periódicas en el brillo que indican el paso de planetas (el Método de tránsito) y medir los movimientos de una estrella hacia adelante y hacia atrás para determinar la presencia de un sistema planetario (Método de velocidad radial).
Si bien son efectivos para detectar exoplanetas y obtener estimaciones precisas de su tamaño, masa y período orbital, estos métodos no son muy efectivos a la hora de determinar cómo son las condiciones en sus superficies. Para hacer esto, los científicos necesitan poder obtener información espectrográfica sobre las atmósferas de estos planetas, lo cual es clave para determinar si realmente podrían ser habitables.
La única forma confiable de hacer esto con planetas rocosos más pequeños (también conocido como "similar a la Tierra") es a través de imágenes directas. Pero dado que las estrellas pueden ser miles de millones de veces más brillantes que la luz reflejada por la atmósfera de un planeta, este es un proceso increíblemente difícil de llevar a cabo. Ingrese a la Sombra de estrellas, que bloquearía la luz brillante de las estrellas usando una sombra que se desplegaría de la nave espacial como los pétalos de una flor.
Esto mejorará dramáticamente las probabilidades de que los telescopios espaciales detecten los planetas que orbitan una estrella. Sin embargo, para que este método funcione, las dos naves espaciales deberán permanecer alineadas a menos de 1 metro (3 pies), a pesar de que volarán a una distancia de hasta 40,000 km (24,850 millas). Si ellos estan
Como explicó el ingeniero de JPL Michael Bottom en un reciente comunicado de prensa de la NASA:
“Las distancias de las que estamos hablando para la tecnología de la sombra de estrellas son difíciles de imaginar. Si la sombra estelar se redujera al tamaño de un posavasos, el telescopio sería del tamaño de un borrador de lápiz y estarían separados por aproximadamente 60 millas [100 kilómetros]. Ahora imagine que esos dos objetos flotan libremente en el espacio. Ambos están experimentando estos pequeños tirones y empujones de la gravedad y otras fuerzas, y en esa distancia estamos tratando de mantenerlos a ambos alineados con precisión dentro de unos 2 milímetros ".
El informe S5 Milestone 4 se centró principalmente en un rango de separación de 20,000 a 40,000 km (12,500 a 25,000 mi) y una sombra que medía 26 metros (85 pies) de diámetro. Dentro de estos parámetros, una nave espacial Starshade podría trabajar con una misión como el Wide Field Infrared Survey Telescope (WFIRST) de la NASA, un telescopio con un espejo primario de 2.4 m (~ 16.5 pies) de diámetro que se lanzará a mediados -2020s.
Después de determinar la alineación necesaria entre las dos naves espaciales, Bottom y su equipo también desarrollaron una forma innovadora para telescopios como WFIRST para determinar si la Sombra de Estrellas se desviaría de la alineación. Esto consistió en construir un programa de computadora que pudiera reconocer cuándo los patrones de luz y oscuridad estaban centrados en el telescopio y cuándo se habían desviado del centro.
Bottom descubrió que la técnica era muy efectiva para detectar los más mínimos cambios en la posición de un Starshade, incluso en las distancias extremas involucradas. Para asegurarse de que se mantiene alineado, el compañero ingeniero de JPL Thibault Flinois y sus colegas desarrollaron un conjunto de algoritmos que se basan en la información proporcionada por el programa de Bottom para determinar cuándo deben dispararse los propulsores del Sombreador de estrellas para mantenerlo alineado.
Combinado con el trabajo de Bottom, este informe mostró que es posible mantener alineadas las dos naves espaciales usando sensores automáticos y controles de propulsión, incluso si se usara una pantalla estelar más grande y un telescopio a 74,000 km (46,000 millas) de distancia. Aunque revolucionaria en lo que respecta a los sistemas autónomos, esta propuesta se basa en una larga tradición para los científicos de la NASA.
Como Phil Willems, gerente de la actividad de Desarrollo de Tecnología Starshade de la NASA, explicó:
“Esto para mí es un buen ejemplo de cómo la tecnología espacial se vuelve cada vez más extraordinaria al construir sobre sus éxitos anteriores. Usamos formación volando en el espacio cada vez que una cápsula atraca en la Estación Espacial Internacional. Pero Michael y Thibault han ido mucho más allá y han mostrado una forma de mantener la formación en escalas más grandes que la Tierra misma ".
Al confirmar que la NASA puede cumplir con estos estrictos requisitos de "detección y control de la formación", Bottom y su compañero ingeniero de JPL Thibault Flinois han abordado uno de los tres vacíos tecnológicos que enfrenta la misión Starshade, específicamente, cómo las distancias exactas involucradas están relacionadas con el tamaño de la sombra en sí mismo y el espejo primario del telescopio.
Como uno de los telescopios espaciales de próxima generación de la NASA que irá en los próximos años, el WFIRST será la primera misión en utilizar otra forma de tecnología de bloqueo de luz. Conocido como un coronógrafo estelar, este instrumento se integrará en el telescopio y le permitirá capturar imágenes de Neptuno a exoplanetas del tamaño de Júpiter directamente.
Si bien un proyecto Starshade aún no ha sido aprobado para el vuelo, uno podría ser enviado a trabajar con el WFIRST a fines de la década de 2020. Cumplir con el requisito de volar en formación es solo un paso para demostrar que el proyecto es factible. Asegúrese de ver este video genial que explica cómo funcionaría una misión Starshade, cortesía de NASA JPL:
