En nuestra búsqueda de planetas similares a la Tierra y vida extraterrestre, hemos encontrado miles de exoplanetas orbitando estrellas distintas a nuestro sol. La advertencia es que la mayoría de estos planetas se han detectado mediante métodos indirectos. Similar a cómo una persona no puede mirar nada demasiado cerca del sol, Los telescopios actuales no pueden observar planetas potenciales similares a la Tierra porque están demasiado cerca de las estrellas que orbitan. que son aproximadamente 10 mil millones de veces más brillantes que los planetas que los rodean.

Una posible solución podría ser crear un eclipse solar artificial con dos naves espaciales posicionadas con precisión, según Simone D'Amico, profesor asistente de aeronáutica y astronáutica en Stanford y director del Space Rendezvous Laboratory. Una nave, conocida como sombra estelar, se posicionaría como la luna en un eclipse solar, bloqueando la luz de una estrella lejana, por lo que una segunda nave espacial con un telescopio podría ver los exoplanetas cercanos desde dentro de la sombra proyectada por la sombra estelar.

"Con medidas indirectas, puede detectar objetos cerca de una estrella y averiguar su período de órbita y la distancia de la estrella, "dijo D'Amico, cuyo laboratorio está trabajando en este sistema eclipsante. "Toda esta es información importante, pero con la observación directa se podría caracterizar la composición química del planeta y potencialmente observar signos de actividad biológica:vida ".

Yendo pequeño

Los observatorios propuestos capaces de obtener imágenes de planetas similares a la Tierra requieren una pantalla estelar de decenas de metros de diámetro separada del telescopio por una distancia igual a múltiples diámetros de la Tierra, y la formación tendría que desplegarse más allá de la órbita terrestre. En total, esta misión costaría miles de millones de dólares. En lugar de enviar un caro, sistema no probado en el espacio, El laboratorio de D'Amico, en colaboración con el experto en exoplanetas Bruce Macintosh, profesor de física, ha creado una versión más pequeña de esta formación, probablemente cueste millones en lugar de miles de millones. El objetivo principal de esta misión es proporcionar una demostración de vuelo de bajo costo de la tecnología de sombra estelar para aumentar la confianza de la comunidad científica en las capacidades de un observatorio a gran escala.

"Hasta aquí, No se ha realizado ninguna misión con el grado de sofisticación que se requeriría para uno de estos observatorios de imágenes de exoplanetas. "dijo Adam Koenig, estudiante de posgrado en el Laboratorio Space Rendezvous. "Cuando le pide a la oficina central 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 ".

Llamado mDOT para ocultista / telescopio distribuido miniaturizado, el sistema incluye dos partes:una pantalla estelar de 3 metros de diámetro en un microsatélite de 100 kilogramos y un telescopio de 10 centímetros de diámetro en un nanosatélite de 10 kilogramos. La pantalla estelar y el telescopio se desplegarán en la órbita terrestre alta con una separación nominal de menos de 1, 000 kilómetros.

La forma de la sombra estelar en mDOT se basa en una investigación de Robert Vanderbei de la Universidad de Princeton, reformulado por el Space Rendezvous Laboratory para adaptarse a las limitaciones de una nave espacial mucho más pequeña. En el lanzamiento, la pantalla estelar se doblará a lo largo de los lados del microsatélite del tamaño de un lavavajillas. Una vez en órbita, la sharshade se desplegará en forma de flor.

"Con esta forma geométrica especial, Puede hacer que la luz se difracte alrededor de la sombra estelar para cancelarse, "explicó Koenig." Entonces, obtienes un muy, sombra 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 ".

Preciso, navegación autónoma

La sombra producida por la sombra estelar de mDOT tiene solo decenas de centímetros de diámetro, lo que significa que la posición lateral del telescopio en relación con la pantalla estelar debe controlarse dentro de unos 15 centímetros.

En su diseño, los investigadores hacen que ambas naves espaciales vuelen en una gran órbita con la sombra estelar eclipsando a la estrella objetivo en el punto de la órbita más alejado de la Tierra, el punto en el que las naves espaciales se mueven más lentamente entre sí. Después de aproximadamente una hora de esta posición ajustada, Permitirán que la formación se rompa hasta que sea casi la hora de que la nave espacial se alinee nuevamente para la siguiente observación. Los investigadores esperan necesitar decenas de horas de observación para demostrar que la pantalla estelar funciona según lo previsto.

Debido a los exigentes requisitos, la única forma de realizar mDOT es a través de un sistema autónomo que no se vea afectado por los retrasos en la comunicación entre los satélites y los operadores de la misión en la Tierra. El vuelo en formación autónomo de naves espaciales es el foco de investigación del Laboratorio de Encuentro Espacial de D'Amico.

Demostración de nueva ciencia y tecnología

El mDOT miniaturizado no podrá resolver planetas similares a la Tierra porque todavía están demasiado cerca de sus estrellas madres. Podria, sin embargo, darnos un vistazo directo al equivalente de Júpiter de otro sistema estelar o ayudar a caracterizar las concentraciones de polvo exozodiacal alrededor de estrellas cercanas, que es una prioridad para la NASA.

Este es uno de los varios proyectos de D'Amico centrados en comprender mejor la Tierra y el universo con la ayuda de naves espaciales de precisión que vuelan en formación. Dos misiones actuales con las que ayudó son GRACE y TanDEM-X, que miden cambios en el campo de gravedad y la forma de la Tierra, respectivamente. El laboratorio también está trabajando en formaciones más grandes de naves espaciales llamadas enjambres. Sin embargo, similar a mDOT, antes de que estas tecnologías puedan volar, es necesario demostrar que funcionan como se espera utilizando bancos de pruebas en el suelo. Para tal fin, D'Amico ha construido una instalación que reproduce con precisión las condiciones de iluminación complejas y únicas que encuentran los sensores en el espacio.

"Estoy entusiasmado con mi programa de investigación en Stanford porque estamos abordando desafíos importantes, ", dijo D'Amico." Quiero ayudar a responder preguntas fundamentales y si miras en todas las direcciones actuales de la ciencia y la exploración espaciales, si estamos tratando de observar exoplanetas, aprender sobre la evolución del universo, ensamblar estructuras en el espacio o comprender nuestro planeta:el vuelo en formación de satélites es el facilitador clave ".