NASA telah banyak berubah dalam beberapa tahun kebelakangan ini berkat konsep Misi Dunia Baru - aka. Starshade. Terdiri dari okulator berbentuk bunga raksasa, kapal angkasa yang dicadangkan ini dimaksudkan untuk digunakan bersama teleskop ruang angkasa (kemungkinan besar Teleskop Angkasa James Webb). Ia kemudian akan menyekat cahaya bintang yang jauh, membuat gerhana buatan untuk memudahkan mengesan dan mengkaji planet yang mengorbitnya.
Satu-satunya masalah adalah, konsep ini dijangka berharga satu sen - anggaran $ 750 juta hingga $ 3 bilion pada ketika ini! Oleh itu mengapa Profesor Stanford Simone D'Amico (dengan bantuan pakar exoplanet Bruce Macintosh) mengusulkan versi konsep yang diperkecil untuk menunjukkan keberkesanannya. Dikenali sebagai mDot, okulator ini akan melakukan pekerjaan yang sama, tetapi dengan sedikit kos.
Tujuan di sebalik okulator adalah mudah. Semasa memburu eksoplanet, ahli astronomi terpaksa bergantung terutamanya pada kaedah tidak langsung - yang paling umum adalah Kaedah Transit. Ini melibatkan pemantauan bintang untuk penurunan cahaya, yang dikaitkan dengan planet yang melintas di antara mereka dan pemerhati. Dengan mengukur kadar dan kekerapan penurunan ini, para astronom dapat menentukan ukuran eksoplanet dan tempoh orbitnya.
Seperti yang dijelaskan oleh Simone D'Amico, yang makmalnya mengusahakan sistem gerhana ini, dalam pernyataan akhbar Universiti Stanford:
“Dengan pengukuran tidak langsung, anda dapat mengesan objek di dekat bintang dan mengetahui tempoh dan jarak orbitnya dari bintang. Ini semua maklumat penting, tetapi dengan pemerhatian langsung anda dapat mencirikan komposisi kimia planet ini dan berpotensi memerhatikan tanda-tanda aktiviti biologi - kehidupan. "
Walau bagaimanapun, kaedah ini juga menderita positif positif palsu dan secara amnya memerlukan bahagian orbit planet ini memotong garis pandangan antara bintang inang dan Bumi. Mempelajari eksoplanet sendiri juga agak sukar, kerana cahaya yang datang dari bintang itu mungkin beberapa miliar kali lebih terang daripada cahaya yang dipantulkan dari planet ini.
Keupayaan untuk mempelajari cahaya yang dipantulkan ini sangat menarik, kerana ia akan menghasilkan data berharga tentang atmosfer eksoplanet. Oleh itu, beberapa teknologi utama sedang dikembangkan untuk menyekat cahaya bintang yang mengganggu. Kapal angkasa yang dilengkapi dengan okulator adalah teknologi seperti itu. Dipasangkan dengan teleskop ruang angkasa, kapal angkasa ini akan membuat gerhana buatan di depan bintang sehingga objek di sekelilingnya (mis. Eksoplanet) dapat dilihat dengan jelas.
Tetapi sebagai tambahan kepada kos pembinaan yang besar, ada juga masalah ukuran dan penyebaran. Agar misi seperti itu dapat berfungsi, alat pemadam itu sendiri seukuran berlian besbol - berdiameter 27,5 meter (90 kaki). Ia juga perlu dipisahkan dari teleskop dengan jarak yang sama dengan beberapa diameter Bumi dan harus digunakan di luar orbit Bumi. Semua ini menambah misi yang agak mahal!
Oleh itu, D'Amico - seorang penolong profesor dan ketua Space Rendezvous Laboratory (SRL) di Stanford - dan Bruce Macintosh (seorang profesor fizik Stanford) bekerjasama untuk membuat versi yang lebih kecil yang disebut Miniaturized Distributed Occulter / Telescope ( mDOT). Tujuan utama mDOT adalah untuk memberikan demonstrasi penerbangan kos rendah teknologi, dengan harapan dapat meningkatkan keyakinan terhadap misi berskala penuh.
Seperti yang dijelaskan oleh Adam Koenig, pelajar siswazah dengan SRL:
“Sejauh ini, tidak ada misi yang diturunkan dengan tingkat kecanggihan yang diperlukan untuk salah satu dari observatorium pencitraan eksoplanet ini. Apabila anda meminta beberapa miliar dolar kepada ibu pejabat untuk melakukan sesuatu seperti ini, sangat sesuai untuk dapat mengatakan bahawa kami telah melakukan semua ini sebelumnya. Yang ini lebih besar. ”
Terdiri daripada dua bahagian, sistem mDOT memanfaatkan perkembangan terkini dalam teknologi miniaturisasi dan satelit kecil (smallsat). Yang pertama adalah mikrosatelit 100 kg yang dilengkapi dengan bintang bintang diameter 3 meter. Yang kedua ialah satelit nanosat 10 kg yang membawa teleskop berukuran 10 cm (3,937 in) diameter. Kedua-dua komponen akan dikerahkan di orbit Bumi tinggi dengan jarak pemisahan nominal kurang dari 1,000 kilometer (621 mi).
Dengan bantuan rakan sekerja dari SRL, bentuk bintang bintang mDOT dirumuskan semula agar sesuai dengan kekangan kapal angkasa yang jauh lebih kecil. Seperti yang dijelaskan oleh Koenig, starhade yang diperkecil dan direka khas ini akan dapat melakukan pekerjaan yang sama dengan versi berbentuk bunga berskala besar - dan dengan anggaran!
"Dengan bentuk geometri khas ini, anda dapat memperoleh cahaya yang menyebar di sekitar pelindung bintang untuk membatalkannya," katanya. “Kemudian, anda akan mendapat bayangan yang sangat dalam di tengah. Bayangannya cukup dalam sehingga cahaya dari bintang tidak akan mengganggu pemerhatian planet berdekatan. "
Namun, kerana bayangan yang dihasilkan oleh bintang bintang mDOT hanya berdiameter berpuluh sentimeter, satelit nanosat akan melakukan beberapa manuver yang berhati-hati untuk tetap berada di dalamnya. Untuk tujuan ini, D'Amico dan SRL juga merancang sistem autonomi untuk satelit nano, yang membolehkannya melakukan manuver formasi dengan bayangan bintang, pembentukan putus bila diperlukan, dan pertemuan dengannya lagi nanti.
Batasan teknologi yang malang adalah hakikat bahawa ia tidak dapat menyelesaikan planet-planet seperti Bumi. Terutama berkaitan dengan bintang jenis M (kerdil merah), planet-planet ini cenderung mengorbit terlalu dekat dengan bintang induknya untuk diperhatikan dengan jelas. Walau bagaimanapun, ia akan dapat menyelesaikan raksasa gas bersaiz Musytari dan membantu mencirikan kepekatan debu exozodiacal di sekitar bintang berdekatan - kedua-duanya adalah keutamaan bagi NASA.
Sementara itu, D'Amico dan rakannya akan menggunakan Testbed for Rendezvous and Optical Navigation (TRON) untuk menguji konsep mDOT mereka. Kemudahan ini dibina khas oleh D'Amico untuk meniru jenis keadaan pencahayaan yang kompleks dan unik yang dihadapi oleh sensor di angkasa. Dalam beberapa tahun mendatang, dia dan pasukannya akan berusaha untuk memastikan sistem ini berfungsi sebelum membuat prototaip akhirnya.
Seperti yang D'Amico katakan mengenai pekerjaan yang dilakukannya dan rakan-rakannya di SNL:
"Saya bersemangat dengan program penyelidikan saya di Stanford kerana kami menghadapi cabaran penting. Saya ingin membantu menjawab soalan-soalan asas dan jika anda melihat ke arah sains dan penerokaan ruang angkasa semasa - sama ada kita cuba memerhatikan eksoplanet, belajar tentang evolusi alam semesta, memasang struktur di angkasa atau memahami planet kita - pembentukan satelit- terbang adalah pemboleh utama. "
Projek lain yang sedang dilakukan D'Amico dan SNL termasuk mengembangkan formasi kapal angkasa kecil yang lebih besar (alias "satelit kawanan"). Pada masa lalu, D'Amico juga telah bekerjasama dengan NASA dalam projek seperti GRACE - sebuah misi yang memetakan variasi dalam bidang graviti Bumi sebagai sebahagian daripada program Pathfinder Sains Sistem Bumi NASA (ESSP) - dan TanDEM-X, yang ditaja oleh SEA misi yang menghasilkan peta 3D Bumi.
Ini dan projek lain yang berusaha memanfaatkan miniaturisasi demi penjelajahan ruang menjanjikan era baru dengan kos yang lebih rendah dan aksesibilitas yang lebih besar. Dengan aplikasi mulai dari sekumpulan satelit penyelidikan dan komunikasi kecil hingga nanokraft yang mampu membuat perjalanan ke Alpha Centauri dengan kecepatan relativistik (Breakthrough Starshot), masa depan ruang kelihatan cukup menjanjikan!
Pastikan juga untuk melihat video kemudahan TRON ini, dengan hormat dari Universiti Standford:
