Para ajudar nos esforços futuros para localizar e estudar exoplanetas, engenheiros do Laboratório de Propulsão a Jato da NASA - em conjunto com o Programa de Exploração Exoplanet (ExEP) - estão trabalhando para criar Starshade. Uma vez implantada, esta espaçonave revolucionária ajudará os telescópios da próxima geração, bloqueando a luz obscurecida que vem de estrelas distantes para que os exoplanetas possam ser fotografados diretamente.
Embora isso possa parecer bastante direto, o Starshade também precisará se envolver em alguma formação séria para realizar seu trabalho com eficiência. Essa foi a conclusão do relatório alcançado pela equipe Starshade Technology Development (aka S5) Milestone 4 - que está disponível no site do ExEP. Como o relatório afirmou, o Starshade precisará estar perfeitamente alinhado com os telescópios espaciais, mesmo a distâncias extremas.
Enquanto mais de quatro mil exoplanetas foram descobertos até hoje sem a ajuda de um Starshade, a grande maioria deles foi descoberta usando meios indiretos. Os meios mais eficazes envolveram a observação de estrelas distantes para quedas periódicas no brilho que indicam a passagem dos planetas (o Método de Trânsito) e a medição dos movimentos de uma estrela para frente e para trás para determinar a presença de um sistema planetário (o Método da Velocidade Radial).
Embora sejam eficazes na detecção de exoplanetas e na obtenção de estimativas precisas de tamanho, massa e período orbital, esses métodos não são muito eficazes quando se trata de determinar como são as condições em suas superfícies. Para fazer isso, os cientistas precisam ser capazes de obter informações espectrográficas sobre as atmosferas desses planetas, o que é essencial para determinar se eles realmente podem ser habitáveis.
A única maneira confiável de fazer isso com planetas menores e rochosos (também conhecido como “tipo Terra”) é através de imagens diretas. Mas como as estrelas podem ser bilhões de vezes mais brilhantes que a luz refletida na atmosfera de um planeta, esse é um processo incrivelmente difícil de realizar. Entre no Starshade, que bloquearia a luz brilhante das estrelas usando uma sombra que se desenrolaria da espaçonave como as pétalas de uma flor.
Isso aumentará drasticamente as chances de os telescópios espaciais localizarem qualquer planeta que orbita uma estrela. No entanto, para que esse método funcione, as duas naves espaciais precisarão permanecer alinhadas a 1 metro (3 pés), apesar de estarem voando a até 40.000 km (24.850 milhas) de distância. Se eles são
Como o engenheiro do JPL, Michael Bottom, explicou em um recente comunicado de imprensa da NASA:
"As distâncias que estamos falando para a tecnologia de sombreamento são meio difíceis de imaginar. Se a sombra estelar fosse reduzida ao tamanho de uma montanha-russa para bebidas, o telescópio seria do tamanho de uma borracha para lápis e eles seriam separados por 100 quilômetros. Agora imagine esses dois objetos flutuando livremente no espaço. Eles estão experimentando esses pequenos puxões e cutucadas da gravidade e de outras forças, e, a essa distância, estamos tentando mantê-los alinhados com precisão dentro de cerca de 2 milímetros ".
O relatório S5 Milestone 4 analisou principalmente um intervalo de separação de 20.000 a 40.000 km (12.500 a 25.000 milhas) e uma sombra que media 26 metros (85 pés) de diâmetro. Dentro desses parâmetros, uma espaçonave Starshade seria capaz de trabalhar com uma missão como o Wide Field Infrared Survey Telescope da NASA (WFIRST), um telescópio com um espelho primário medindo 2,4 m de diâmetro que deve ser lançado em meados de -2020s.
Depois de determinar o alinhamento necessário entre as duas naves espaciais, Bottom e sua equipe também desenvolveram uma maneira inovadora para telescópios como o WFIRST, para determinar se o Starshade deveria sair do alinhamento. Isso consistia na construção de um programa de computador capaz de reconhecer quando os padrões de luz e escuridão eram centralizados no telescópio e quando eles se desviavam do centro.
Bottom descobriu que a técnica era muito eficaz em detectar as menores alterações na posição de um Starshade, mesmo nas distâncias extremas envolvidas. Para garantir que ele se mantenha alinhado, o colega engenheiro do JPL, Thibault Flinois e seus colegas, desenvolveram um conjunto de algoritmos que dependem das informações fornecidas pelo programa de Bottom para determinar quando os propulsores do Starshade devem disparar para mantê-lo alinhado.
Combinado com o trabalho de Bottom, este relatório mostrou que é possível manter as duas naves alinhadas usando sensores e controles de propulsor automatizados - mesmo que uma sombra estelar e um telescópio maiores tenham sido usados e posicionados a 74.000 km (46.000 milhas) de distância. Embora revolucionária no que diz respeito aos sistemas autônomos, essa proposta se baseia em uma longa tradição para os cientistas da NASA.
Como Phil Willems, gerente da atividade de desenvolvimento de tecnologia Starshade da NASA, explicou:
“Este para mim é um bom exemplo de como a tecnologia espacial se torna cada vez mais extraordinária, aproveitando seus sucessos anteriores. Usamos a formação voando no espaço toda vez que uma cápsula atraca na Estação Espacial Internacional. Mas Michael e Thibault foram muito além disso e mostraram uma maneira de manter a formação em escalas maiores que a própria Terra. ”
Ao confirmar que a NASA pode atender a esses requisitos rigorosos de "detecção e controle de formação", Bottom e seu colega engenheiro do JPL, Thibault Flinois, abordaram uma das três lacunas tecnológicas enfrentadas pela missão Starshade - especificamente, como as distâncias exatas envolvidas estão relacionadas ao tamanho da sombra o espelho principal do telescópio.
Como um dos telescópios espaciais de próxima geração da NASA que subirá nos próximos anos, o WFIRST será a primeira missão a usar outra forma de tecnologia de bloqueio de luz. Conhecido como um coronel estelar, este instrumento será integrado ao telescópio e permitirá capturar diretamente imagens de exoplanetas do tamanho de Netuno a Júpiter.
Embora um projeto Starshade ainda não tenha sido aprovado para o voo, um potencial poderia ser enviado para trabalhar com o WFIRST no final da década de 2020. Atender ao requisito de vôo de formação é apenas um passo para demonstrar que o projeto é viável. Não deixe de conferir este vídeo interessante que explica como uma missão Starshade funcionaria, cortesia da NASA JPL:
