En 2021, una nave espacial del tamaño de una caja Cheerios llevará un pequeño telescopio a la órbita terrestre en una misión inusual. Su tarea es monitorear las llamaradas y las manchas solares de las estrellas pequeñas para evaluar qué tan habitable es el entorno espacial para los planetas que las orbitan.

La nave espacial conocido como el CubeSat de Investigación de Actividad Star-Planet, o SPARCS para abreviar, es un nuevo telescopio espacial financiado por la NASA. La misión, incluido el diseño de naves espaciales, integración y ciencia resultante, está dirigido por la Escuela de Exploración de la Tierra y el Espacio (SESE) de la Universidad Estatal de Arizona.

"Esta es una misión a la frontera de la astrofísica y la astrobiología, "dijo Evgenya Shkolnik, profesor asistente en SESE e investigador principal de la misión SPARCS. "Vamos a estudiar la habitabilidad y el entorno de alta energía alrededor de las estrellas que llamamos enanas M".

Ella anunció la misión el 10 de enero de 2018, en la 231ª reunión de la Sociedad Astronómica Estadounidense, en Washington, CORRIENTE CONTINUA.

Las estrellas en las que se enfocará SPARCS son pequeñas, oscuro, y fresco en comparación con el sol. Tener menos de la mitad del tamaño y la temperatura del sol, brillan con apenas un uno por ciento de su brillo.

La elección de estrellas objetivo para SPARCS puede parecer contradictoria. Si los astrónomos buscan exoplanetas en entornos habitables, ¿Por qué molestarse con estrellas que son tan diferentes al sol? Una respuesta está en los números.

Para empezar, Las enanas M son extremadamente comunes. Constituyen las tres cuartas partes de todas las estrellas de nuestra galaxia, la Vía Láctea, superando en número a las estrellas parecidas al sol de 20 a 1.

Los astrónomos han descubierto que esencialmente cada estrella enana M tiene al menos un planeta orbitando alrededor. y aproximadamente uno de cada cuatro sistemas tiene un planeta rocoso ubicado en la zona habitable de la estrella. Esta es la región potencialmente amigable para la vida donde las temperaturas no son ni demasiado calientes ni demasiado frías para la vida tal como la conocemos. y podría existir agua líquida en la superficie del planeta.

Porque las enanas M son tan abundantes, los astrónomos estiman que nuestra galaxia por sí sola contiene aproximadamente 40 mil millones, es decir mil millones con una B, planetas rocosos en zonas habitables alrededor de sus estrellas. Esto significa que la mayoría de los planetas de la zona habitable de nuestra galaxia orbitan enanas M. De hecho, el más cercano, apodado Proxima b, se encuentra a solo 4,2 años luz de distancia, que está a la vuelta de la esquina en términos astronómicos.

Entonces, a medida que los astrónomos comienzan a explorar el entorno de los exoplanetas que habitan en las zonas habitables de otras estrellas, Las estrellas enanas M aparecen grandes en la búsqueda.

Tomando el pulso de estrellas activas

Según Shkolnik, mientras que las estrellas enanas M son pequeñas y frías, son más activos que el sol, con destellos y otros estallidos que disparan una poderosa radiación al espacio que los rodea. Pero nadie sabe exactamente qué tan activas son estas pequeñas estrellas. Durante su misión nominal de un año, SPARCS observará las estrellas objetivo durante semanas con la esperanza de resolver el rompecabezas.

El corazón de la nave espacial SPARCS será un telescopio con un diámetro de 9 centímetros, o 3.6 pulgadas, además de una cámara con dos detectores sensibles a los rayos ultravioleta que desarrollará el Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA. Tanto el telescopio como la cámara se optimizarán para observaciones con luz ultravioleta, lo que afecta fuertemente la atmósfera del planeta y su potencial para albergar vida en la superficie.

"La gente ha estado monitoreando las enanas M lo mejor que pueden en luz visible. Pero los destellos más fuertes de las estrellas ocurren principalmente en el ultravioleta, que la atmósfera de la Tierra bloquea en su mayoría, "Dijo Shkolnik.

Aunque el telescopio espacial Hubble en órbita puede ver estrellas en longitudes de onda ultravioleta sin obstáculos, su abarrotado horario de observación le permitiría dedicar sólo un breve esfuerzo a las enanas M.

"El Hubble nos proporciona muchos detalles sobre algunas estrellas durante un corto período de tiempo. Pero para comprender su actividad, necesitamos miradas prolongadas a muchas estrellas en lugar de instantáneas de unas pocas, "dijo Shkolnik.

La captura de observaciones extensas de las enanas M permitirá a los astrónomos estudiar cómo la actividad estelar afecta a los planetas que orbitan alrededor de la estrella.

"Las enanas M no solo son más activas que el sol cuando son viejas, permanecen más activos durante más tiempo, ", Dijo Shkolnik." Para cuando tenía 10 millones de años, el sol se había vuelto mucho menos activo y ha ido disminuyendo constantemente desde entonces. Pero las enanas M pueden permanecer activas durante 300 a 600 millones de años, con algunas de las estrellas M más pequeñas brillando a menudo esencialmente para siempre ".

Construir local, volar global

SPARCS seguirá los pasos de otros instrumentos espaciales y sondas que se originan en SESE. Ya en camino al asteroide Bennu (llegada en agosto de 2018) se encuentra el espectrómetro de emisión térmica OSIRIS-REx (OTES).

En la tubería están el Phoenix CubeSat (construido por un equipo de estudiantes para estudiar los efectos climáticos locales de las ciudades en la Tierra), LunaH-Map (para medir el hidrógeno lunar como proxy del agua), el Sistema de Imágenes de Emisión Térmica Europa (para buscar anomalías de temperatura en la luna Europa de Júpiter), el espectrómetro de emisión térmica Lucy (para medir las propiedades de la superficie entre la familia de asteroides troyanos de Júpiter), y psique, una misión para estudiar un asteroide hecho completamente de níquel y hierro.

Como LunaH-Map, SPARCS es un CubeSat construido con seis unidades cúbicas, cada uno de unos diez centímetros de lado. Estos se unen para hacer una nave espacial de dos unidades de ancho por tres de largo en lo que se denomina una nave espacial de 6U. Los paneles de energía solar se extienden como alas desde un extremo.

"En tamaño y forma, SPARCS se parece más a una caja de Cheerios de tamaño familiar, "Dijo Shkolnik.

La nave espacial contendrá tres sistemas principales:el telescopio, la Cámara, y el software operativo y científico. Junto con Shkolnik, Los astrónomos de SESE Paul Scowen, Daniel Jacobs, y Judd Bowman supervisará el desarrollo del telescopio y la cámara, más el software y la ingeniería de sistemas para unirlo todo.

El telescopio utiliza un sistema de espejos con revestimientos optimizados para la luz ultravioleta. Junto con la cámara, el sistema puede medir cambios muy pequeños en el brillo de las estrellas enanas M para llevar a cabo la ciencia primaria de la misión. El instrumento se probará y calibrará en ASU en preparación para el vuelo antes de integrarse en el resto de la nave espacial.

"Tendremos comunicaciones de radio limitadas con SPARCS, por lo que planeamos hacer un poco de procesamiento de datos a bordo usando la computadora central, ", dijo Jacobs." Escribiremos ese software aquí en ASU, utilizando un prototipo de la nave espacial y la cámara para probar nuestro código ".

Después del lanzamiento, Jacobs dijo que el equipo realizará operaciones científicas en ASU, conectarse a SPARCS a través de una red global de estaciones terrestres.

Una parte clave del plan de la misión, Shkolnik dijo:consiste en involucrar a estudiantes de posgrado y pregrado en diversos roles. Esto les dará oportunidades educativas y de formación para convertirse en futuros ingenieros, científicos, y líderes de misión.

"El rápido ritmo de desarrollo (desde el laboratorio hasta el lanzamiento puede ser tan breve como un par de años) funciona bien con los plazos de los estudiantes, ", Dijo Shkolnik." Pueden trabajar en eso, Empezar a acabar, en el tiempo que están aquí en ASU ".

Pequeño paquete, gran ciencia

Uniéndose a ASU en la misión SPARCS están científicos de la Universidad de Washington, la Universidad de Arizona, Observatorio Lowell, el SouthWest Research Institute, y el Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA.

"La misión SPARCS mostrará cómo, con la tecnología adecuada, los pequeños telescopios espaciales pueden responder a grandes preguntas científicas, "Dijo Shkolnik.

Éstos incluyen, ella dijo, "¿Qué posibilidades hay de que los humanos estemos solos en el universo? ¿Dónde deberíamos buscar planetas habitables? ¿Y podemos encontrar una comprensión nueva y más fructífera de lo que hace que un sistema de exoplanetas sea habitable?"