للمساعدة في الجهود المستقبلية لتحديد موقع الكواكب الخارجية ودراستها ، يعمل المهندسون في مختبر الدفع النفاث التابع لناسا - بالاشتراك مع برنامج استكشاف الكواكب الخارجية (ExEP) - على إنشاء Starshade. بمجرد نشرها ، ستساعد هذه المركبة الفضائية الثورية الجيل الجديد من التلسكوبات من خلال حجب الضوء الغامض القادم من النجوم البعيدة بحيث يمكن تصوير الكواكب الخارجية مباشرة.
في حين أن هذا قد يبدو واضحًا جدًا ، إلا أن Starshade سيحتاج أيضًا إلى الانخراط في تشكيل جاد يطير من أجل القيام بعمله بفعالية. كان هذا هو الاستنتاج الذي توصل إليه فريق تطوير تكنولوجيا Starshade (المعروف أيضًا باسم S5) Milestone 4 - والذي يتوفر عبر موقع ExEP الإلكتروني. كما ذكر التقرير ، ستحتاج Starshade إلى التوافق تمامًا مع التلسكوبات الفضائية ، حتى على مسافات شديدة.
في حين تم اكتشاف أكثر من أربعة آلاف من الكواكب الخارجية حتى الآن دون مساعدة Starshade ، تم اكتشاف الغالبية العظمى منها باستخدام وسائل غير مباشرة. تضمنت أكثر الوسائل فعالية مراقبة النجوم البعيدة للانخفاضات الدورية في السطوع التي تشير إلى مرور الكواكب (طريقة العبور) وقياس حركات النجوم ذهابًا وإيابًا لتحديد وجود نظام كوكبي (طريقة السرعة الشعاعية).
على الرغم من فعاليتها في الكشف عن الكواكب الخارجية والحصول على تقديرات دقيقة لحجمها وكتلتها ومدتها ، إلا أن هذه الطرق ليست فعالة جدًا عندما يتعلق الأمر بتحديد الظروف على أسطحها. للقيام بذلك ، يحتاج العلماء إلى أن يكونوا قادرين على الحصول على معلومات طيفية على الغلاف الجوي لهذه الكواكب ، وهو أمر أساسي لتحديد ما إذا كان يمكن أن تكون صالحة للسكن بالفعل.
الطريقة الوحيدة الموثوقة للقيام بذلك مع الكواكب الصخرية الأصغر (المعروفة أيضًا باسم "تشبه الأرض") هي من خلال التصوير المباشر. ولكن بما أن النجوم يمكن أن تكون أكثر إشراقًا بمليارات المرات من الضوء المنعكس من الغلاف الجوي للكوكب ، فهذه عملية صعبة للغاية. أدخل Starshade ، الذي سيحجب الضوء الساطع للنجوم باستخدام ظل من شأنه أن ينطلق من المركبة الفضائية مثل بتلات زهرة.
هذا سيحسن بشكل كبير من احتمالات التلسكوبات الفضائية التي تكتشف أي كواكب تدور حول نجم. ومع ذلك ، من أجل أن تعمل هذه الطريقة ، ستحتاج المركبتان الفضائيتان إلى البقاء في حالة محاذاة لمسافة 1 متر (3 أقدام) ، على الرغم من حقيقة أنهما ستطيران على مسافة تصل إلى 40000 كيلومتر (24،850 ميل). إذا كانت كذلك
كما شرح مهندس JPL مايكل بوتوم في بيان صحفي صدر مؤخرا عن وكالة ناسا:
"المسافات التي نتحدث عنها لتقنية ظل النجوم من الصعب تخيلها. إذا تم تصغير الظل النجمي إلى حجم كوستر الشراب ، فسيكون التلسكوب بحجم ممحاة القلم الرصاص وسيتم فصلها بحوالي 60 ميلاً [100 كيلومتر]. تخيل الآن أن هذين الجسمين عائمان في الفضاء. كلاهما يعاني من هذه القاطرات الصغيرة والدفعات من الجاذبية والقوى الأخرى ، وعلى طول هذه المسافة ، نحاول إبقاءهما متناسقين بدقة مع حوالي 2 ملم. "
نظر تقرير S5 Milestone 4 في المقام الأول في نطاق فصل يتراوح بين 20000 إلى 40.000 كيلومتر (12500 إلى 25000 ميل) وظل يبلغ قطره 26 مترًا (85 قدمًا). ضمن هذه المعلمات ، ستتمكن المركبة الفضائية Starshade من العمل مع مهمة مثل تلسكوب المسح الميداني بالأشعة تحت الحمراء الواسع (WFIRST) التابع لناسا ، وهو تلسكوب مزود بمرآة أساسية يبلغ قطرها 2.4 م (~ 16.5 قدمًا) يتم ضبطه على الإطلاق بحلول منتصف -2020s.
بعد تحديد المحاذاة اللازمة بين المركبتين الفضائيتين ، طور Bottom وفريقه أيضًا طريقة مبتكرة للتلسكوبات مثل WFIRST لتحديد ما إذا كان Starshade سينحرف عن المحاذاة. كان هذا يتألف من بناء برنامج حاسوبي يمكنه التعرف عندما تركزت الأنماط الفاتحة والداكنة على التلسكوب ومتى انحرفت عن المركز.
وجد القاع أن هذه التقنية كانت فعالة للغاية في استشعار أدنى التغييرات في موقع Starshade ، حتى في المسافات الشديدة. للتأكد من أنها تحافظ على محاذاة نفسها ، قام زميل مهندس JPL Thibault Flinois وزملاؤه بتطوير مجموعة من الخوارزميات التي تعتمد على المعلومات المقدمة من برنامج Bottom لتحديد متى يجب إطلاق قاذفات Starshade لإبقائها في حالة محاذاة.
جنبًا إلى جنب مع عمل Bottom ، أظهر هذا التقرير أن الحفاظ على محاذاة المركبتين الفضائيتين أمرًا ممكنًا باستخدام أجهزة استشعار آلية وضوابط دافعة - حتى إذا تم استخدام ظل النجوم الكبير والتلسكوب ووضعهما على مسافة 74000 كم (46000 ميل). في حين أن الثورية فيما يتعلق بالنظم المستقلة ، فإن هذا الاقتراح يبني على تقليد طويل لعلماء ناسا.
كما أوضح فيل ويليمز ، مدير نشاط وكالة ستارسايد للتطوير التكنولوجي في وكالة ناسا:
"هذا بالنسبة لي هو مثال جيد على كيف تصبح تكنولوجيا الفضاء استثنائية أكثر من أي وقت مضى من خلال البناء على نجاحاتها السابقة. نستخدم تشكيل الطيران في الفضاء في كل مرة ترسو كبسولة في محطة الفضاء الدولية. لكن مايكل وتيبو ذهبوا أبعد من ذلك ، وأظهروا طريقة للحفاظ على التكوين على نطاقات أكبر من الأرض نفسها. "
من خلال التأكيد على أن وكالة ناسا يمكن أن تلبي هذه المتطلبات الصارمة "استشعار التكوين والتحكم" ، عالج Thibault Flinois وزميله في مختبر الدفع النفاث واحدة من ثلاث فجوات تكنولوجية تواجه مهمة Starshade - على وجه التحديد ، كيف ترتبط المسافات الدقيقة المرتبطة بحجم الظل نفسها ومرآة التلسكوب الأساسية.
كواحد من التلسكوبات الفضائية من الجيل التالي لوكالة ناسا التي سترتفع في السنوات القادمة ، ستكون WFIRST أول مهمة تستخدم شكلًا آخر من تقنيات حجب الضوء. يُعرف هذا الجهاز باسم التاج النجمي ، وسيتم دمجه في التلسكوب ويسمح له بالتقاط صور نبتون إلى كواكب خارجية بحجم المشتري مباشرة.
في حين أن مشروع Starshade لم تتم الموافقة عليه حتى الآن للطيران ، فمن المحتمل إرساله للعمل مع WFIRST بحلول أواخر 2020. إن تلبية متطلبات تشكيل الطيران ليست سوى خطوة واحدة لإثبات أن المشروع ممكن. تأكد من مشاهدة هذا الفيديو الرائع الذي يشرح كيف ستعمل مهمة Starshade ، من باب المجاملة NASA JPL:
