NASA on tänu oma New Worlds Mission kontseptsioonile ehk aka kutsunud viimastel aastatel palju päid. Tähevari. Koosnedes hiiglaslikust lillekujulisest varjuküljest, on see kavandatud kosmoselaev mõeldud kasutamiseks kosmoseteleskoobi (tõenäoliselt James Webbi kosmoseteleskoobi) kõrval. Seejärel blokeerib see kaugete tähtede pimestamise, luues kunstliku varjutuse, mis hõlbustab neid tiirlevate planeetide avastamist ja uurimist.
Ainus probleem on see, et see kontseptsioon maksab eeldatavasti päris senti - hinnanguliselt 750–3 miljardit dollarit! Seetõttu pakub Stanfordi professor Simone D’Amico (koos eksoplaneedi eksperdi Bruce Macintoshiga) välja kontseptsiooni vähendatud versiooni, et näidata selle tõhusust. Tuntud kui mDot, teeb see varjaja sama tööd, kuid ainult osa kuludest.
Varjukülje eesmärk on lihtne. Eksoplaneetide jahipidamisel on astronoomid sunnitud lootma peamiselt kõrvalekaldunud meetoditele - kõige tavalisem on transiidimeetod. See hõlmab heleduse languse tähtede jälgimist, mis omistatakse nende ja vaatleja vahel liikuvatele planeetidele. Mõõtes nende languste kiirust ja sagedust, saavad astronoomid kindlaks teha eksoplaneetide suurused ja nende orbitaalperioodid.
Nagu Simone D’Amico, kelle labor töötab selle varjutussüsteemi kallal, selgitas Stanfordi ülikooli pressiteates:
“Kaudsete mõõtmiste abil saate tuvastada tähe lähedal asuvaid objekte ja selgitada välja nende orbiidi periood ja kaugus tähest. See on kõik oluline teave, kuid otsese vaatlusega võiksite kirjeldada planeedi keemilist koostist ja potentsiaalselt jälgida bioloogilise aktiivsuse märke - elu. ”
Kuid selle meetodi puhul on vaja ka palju valepositiivseid tulemusi ja see eeldab üldiselt, et osa planeedi orbiidist ristub vaateväljaga vastuvõtva tähe ja Maa vahel. Eksoplaneetide endi uurimine on samuti üsna keeruline, kuna tähelt tulev valgus on tõenäoliselt mitu miljardit korda heledam kui planeedil peegelduv valgus.
Võimalus seda peegeldunud valgust uurida on eriti huvipakkuv, kuna see annaks väärtuslikke andmeid eksoplaneetide atmosfääri kohta. Sellisena on tähtede segava valguse blokeerimiseks välja töötatud mitu peamist tehnoloogiat. Peituriga varustatud kosmoselaev on üks selline tehnoloogia. Kosmoseteleskoobiga ühendatud kosmoselaev tekitaks tähe ette tehisliku eclipse'i, nii et objektid selle ümber (s.o eksoplaneedid) oleksid selgelt näha.
Kuid lisaks hoone ehitamise märkimisväärsetele kuludele on küsimus ka suuruse ja kasutuselevõtu osas. Sellise ülesande täitmiseks peaks okupeer ise olema umbes pesapalli teemandi suurune - 27,5 meetrit (90 jalga) läbimõõduga. Samuti tuleks see teleskoobist eraldada maa läbimõõduga, mis on võrdne mitme Maa läbimõõduga, ja see peaks paiknema Maa orbiidist kaugemal. Kõik see kokku lisab üsna kuluka missiooni!
Nii tegid D'Amico - Stanfordi abiprofessor ja Space Rendezvous Laboratory (SRL) juht - ja Bruce Macintosh (Stanfordi füüsikaprofessor) väiksema versiooni, mille nimi oli miniatuurne hajutatud okulist / teleskoop ( mDOT). MDOTi peamine eesmärk on pakkuda tehnoloogiale odavat lendude tutvustamist, lootes suurendada kindlustunnet täismõõtmetes.
Nagu selgitas SRL abiturient Adam Koenig:
„Siiani pole ühegi eksoplaneetide pildistamise vaatluskeskuse jaoks vajaliku keerukusastmega missiooni lennutatud. Kui küsite peakontorilt paar miljardit dollarit, et midagi sellist teha, oleks ideaalne öelda, et me oleme selle kõik juba varem lennanud. See on lihtsalt suurem. ”
MDOT-süsteem, mis koosneb kahest osast, kasutab ära miniaturiseerimise ja väikeste satelliitide (smallsat) tehnoloogia hiljutisi arenguid. Esimene neist on 100-kilogrammine mikrosatelliit, mis on varustatud 3-meetrise läbimõõduga tähevarjuga. Teine on 10-kilogrammine nanosatelliit, mis kannab teleskoopi, mille läbimõõt on 10 cm (3,937 tolli). Mõlemad komponendid võetakse kasutusele kõrgel Maa orbiidil, nominaalse vahega vähem kui 1000 kilomeetrit (621 miili).
SRL kolleegide abiga muudeti mDOT-i tähe kuju ümber, et see sobiks palju väiksema kosmoselaeva piirangutega. Nagu Koenig selgitas, saab see vähendatud ja spetsiaalselt disainitud tähevari teha sama tööd nagu suuremahuline, lillekujuline versioon - ja seda eelarve eest!
"Selle spetsiaalse geomeetrilise kuju abil saate tähevarju ümber hajuva valguse end kustutada," ütles ta. „Siis saate otse keskele väga, väga sügava varju. Vari on piisavalt sügav, et tähelt tulev valgus ei segaks lähedalasuva planeedi vaatlusi. ”
Kuna aga mDOT-i tähevarju loodud vari on läbimõõduga vaid mõnikümmend sentimeetrit, peab nanosatelliit selle jaoks püsimiseks põhjalikult manööverdama. D'Amico ja SRL kavandasid sel eesmärgil ka nanosatelliidi jaoks autonoomse süsteemi, mis võimaldaks tal tähevarjuga moodustumismanöövreid läbi viia, vajadusel formatsiooni katkestada ja hiljem sellega uuesti kokku saada.
Selle tehnoloogia kahetsusväärne piirang on asjaolu, et see ei suuda Maa-suguseid planeete lahendada. Eriti M-tüüpi (punase kääbuse) tähtede puhul tiirlevad need planeedid tõenäoliselt vanemate tähtede lähedale liiga lähedale, et neid selgelt jälgida. Kuid see suudab lahendada Jupiteri suurused gaasigigandid ja aidata iseloomustada eksozodiakaalset tolmu kontsentratsiooni läheduses asuvate tähtede ümber - mõlemad on NASA prioriteedid.
Vahepeal kasutavad D’Amico ja tema kolleegid oma mDOT-ide testimiseks Testlab for Rendezvous and Optical Navigation (TRON). Selle rajatise ehitas spetsiaalselt D’Amico, et korrata seda tüüpi keerulisi ja ainulaadseid valgustingimusi, mida kosmoseandurid kogevad. Lähiaastatel töötab ta koos meeskonnaga selle nimel, et süsteem töötaks enne võimaliku prototüübi loomist.
Nagu D’Amico ütles tema ja ta kolleegide tööst SNL-is:
„Olen vaimustuses oma Stanfordi uurimisprogrammist, sest tegeleme oluliste väljakutsetega. Ma tahan aidata vastata põhiküsimustele ja kui vaadata kogu praegust kosmoseteaduse ja uurimise suunda - kas proovime jälgida eksoplaneete, õppida tundma universumi evolutsiooni, koondada ruumis olevaid struktuure või mõista meie planeeti - satelliitide moodustumist - lendamine on peamine võimaldaja. ”
Muud projektid, millega D’Amico ja SNL praegu tegelevad, hõlmavad pisikeste kosmoseaparaatide (aka. „Sülemsatelliitide”) suuremate koosseisude väljatöötamist. Varem on D'Amico teinud NASA-ga koostööd ka sellistes projektides nagu GRACE - missioon, mis kaardistas Maa gravitatsioonivälja muutused NASA Earth System Science Pathfinder (ESSP) programmi osana - ja SEA toetatud TanDEM-X-ga missioon, mis andis 3D Maa-kaardid.
Need ja muud projektid, mille eesmärk on kosmoseuuringute huvides miniaturiseerimist võimendada, lubavad madalamate kulude ja parema juurdepääsetavuse uut ajastut. Rakendustega alates pisikestest teadus- ja kommunikatsioonisatelliitide südamikest kuni nanokäsitlusteni, mis on võimelised teekonna Alfa-Centaurisse relativistliku kiirusega (Breakthrough Starshot), näib kosmose tulevik üsna paljutõotav!
Vaadake kindlasti seda videot ka TRON-i rajatisest, Standfordi ülikooli viisakalt:
