Eclipses Artificiais usando spacecraft podem nos ajudar a encontrar planetas extrasolares

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Na nossa caçada a planetas semelhantes à Terra e à vida extraterrestre, encontramos milhares de exoplanetas com estrelas em órbita além do nosso sol. A ressalva é que a maioria desses planetas foi detectada usando métodos indiretos. Semelhante à forma como uma pessoa não consegue olhar para nada muito perto do sol, os telescópios atuais não podem observar potenciais planetas parecidos com a Terra porque estão muito perto das estrelas que eles orbitam, que são cerca de 10 bilhões de vezes mais brilhantes do que os planetas que os cercam.

Uma possível solução pode ser criar um eclipse solar artificial com duasespaçonaves posicionadas com precisão, de acordo com Simone D’Amico , professora assistente de aeronáutica e astronáutica em Stanford e diretora do Space Rendezvous Laboratory .

O pequeno Starhade se posicionaria como a lua em um eclipse solar,bloqueando a luz de uma estrela distante, então uma segunda nave espacial com um telescópio poderia ver os exoplanetas próximos dentro da sombra lançada pelo Starshade.

Um sistema de dois satélites, chamado mDOT (occulter / telescópio distribuído miniaturizado), poderia então fornecer uma base para aplicar o mesmo conceito em uma escala maior, a fim de observar de perto outros exoplanetas parecidos com a Terra.

Como a lua em um eclipse solar, uma nave espacial bloquearia a luz da estrela, permitindo que o outro observasse objetos perto dessa estrela.

“Com medidas indiretas, você pode detectar objetos perto de uma estrela edescobrir seu período de órbita e distância da estrela”, disse D’Amico, cujo laboratório está trabalhando nesse sistema de eclipsação . “Esta é toda informação importante, mas com observação direta você poderia caracterizar a composição química do planeta e potencialmente observar sinais de atividade biológica – vida”.

Os observatórios propostos capazes de observar planetas parecidos com a Terra requerem uma estrela de dezenas de metros de diâmetro separados do telescópio por uma distância igual a múltiplos diâmetros da Terra e a formação deveria ser implantada além da órbita terrestre. No total, esta missão custaria bilhões de dólares. Em vez de enviar um sistema caro e não testado no espaço, o laboratório de D’Amico, em colaboração com o especialista em exoplanetas Bruce Macintosh , professor de física, criou uma versão menor desta formação, que provavelmente custará milhões em vezde bilhões. O objetivo principal desta missão é fornecer uma demonstração de vôo de baixo custo da tecnologia starshade para aumentar a confiança da comunidade científica nas capacidades de um observatório em grande escala.

“Até agora, não houve nenhuma missão voltada com o grau de sofisticação que seria necessário para um desses observatórios de imagens exoplanetas”, disse Adam Koenig, um estudante de pós-graduação no Space Rendezvous Laboratory. “Quando você está pedindo a sede por alguns bilhões de dólares para fazer algo como isto, seria ideal para poder dizer que já fizemos tudo isso antes. Este é apenas maior. ”

Chamada de mDOT para ocultação / telescópio distribuído miniaturizado, o sistema inclui duas partes: uma estrela de 3 metros de diâmetro em um microsatélio de 100 quilos e um telescópio de 10 centímetros de diâmetro em um nanoatélite de 10 quilogramas. A estrela e o telescópio serão implantados na órbita terrestre alta com uma separação nominal de menos de 1.000 km.

A forma do starshade no mDOT é baseada na pesquisa de Robert Vanderbei da Universidade de Princeton, reformulada pelo Space Rendezvous Laboratory, de forma a ajustar as restrições de uma nave espacial muito menor. No lançamento, o Starhade será dobrado ao longo dos lados do microsatellite de tamanho da máquina de lavar louça. Uma vez em órbita, o sharshade se desdobrará em uma forma semelhante a uma flor.

“Com esta forma geométrica especial, você pode obter a luz difratando em torno do Starshade para cancela-la”, explicou Koenig. “Então, você tem uma sombra muito profunda demais no centro. A sombra é profunda o suficiente para que a luz da estrela não interfira com as observações de um planeta próximo “.

Navegação precisa e autônoma

A sombra produzida pela estrela de mDOT é apenas dezenas de centímetros de diâmetro, o que significa que a posição lateral do telescópio em relação à estrela deve ser controlada dentro de cerca de 15 centímetros.

Em seu projeto, os pesquisadores têm a nave espacial voando em uma órbita grande com o Starshade eclipsando a estrela alvo no ponto da órbita que está mais distante da Terra – o ponto em que a nave espacial está se movendo a mais lenta relação entre si. Após cerca de uma hora desse posicionamento apertado, eles permitirão que a formação se separe até que seja quase a hora de a nave espacial se alinhar novamente para a próxima observação. Os pesquisadores esperam precisar de dezenas de horas de tempo de observação para demonstrar que o Starhade está funcionando como pretendido.

Devido aos requisitos desafiadores, a única maneira de realizar mDOT é através de um sistema autônomo que não é afetado pelos atrasos de comunicação entre os satélites e os operadores da missão na Terra. A formação autônoma de nave espacial é o foco de pesquisa do Space Rendezvous Laboratory D’Amico.

Nova demonstração de ciência e tecnologia

O mDOT miniaturizado não será capaz de encontrar planetas parecidos com a Terra porque eles ainda estão muito perto de suas estrelas pai. No entanto, poderia nos dar um vislumbre direto para o equivalente a Júpiter de outro sistema estelar ou ajudar a caracterizar as concentrações de poeira exozodiacal em torno de estrelas próximas, o que é uma prioridade para a NASA.

Este é um dos vários projetos de D’Amico focados para em uma melhor compreensão da Terra e do universo com a ajuda de formação de precisão.

Duas missões atuais com as quais ele ajudou são GRACE e TanDEM-X , que estão medindo mudanças no campo e forma de gravidade da Terra, respectivamente. O laboratório também está trabalhando em formações maiores de espaçonaves chamadas enxames . No entanto, semelhante ao mDOT, antes que essas tecnologias possam ser pilotadas, é necessário provar que elas funcionam como esperado usando testbeds no chão.

“Estou entusiasmado com o meu programa de pesquisa em Stanford porque estamos enfrentando desafios importantes”, disse D’Amico. “Eu quero ajudar a responder questões fundamentais e se você olhar em todas as direções atuais da ciência espacial e da exploração e estamos tentando observar os exoplanetas, aprender sobre a evolução do universo, montar estruturas no espaço ou entender o nosso planeta a formação de satélites é a chave. ”

POR TAYLOR KUBOTA

Fonte: Stanford

Edição:  Amanda Martins

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