Em nossa busca por planetas semelhantes à Terra e vida extraterrestre, encontramos milhares de exoplanetas orbitando estrelas além do nosso sol. A ressalva é que a maioria desses planetas foi detectada usando métodos indiretos. Semelhante a como uma pessoa não consegue olhar para nada muito perto do sol, os telescópios atuais não podem observar potenciais planetas semelhantes à Terra porque estão muito próximos das estrelas que orbitam, que são cerca de 10 bilhões de vezes mais brilhantes do que os planetas que os rodeiam.

Uma possível solução pode ser criar um eclipse solar artificial com duas espaçonaves precisamente posicionadas, de acordo com Simone D'Amico, professor assistente de aeronáutica e astronáutica em Stanford e diretor do Laboratório Space Rendezvous. Uma nave - conhecida como starshade - se posicionaria como a lua em um eclipse solar, bloqueando a luz de uma estrela distante, portanto, uma segunda espaçonave com um telescópio poderia ver os exoplanetas próximos de dentro da sombra projetada pela starshade.

"Com medições indiretas, você pode detectar objetos perto de uma estrela e descobrir seu período de órbita e distância da estrela, "disse D'Amico, cujo laboratório está trabalhando neste sistema eclipsador. "Todas essas informações são importantes, mas com a observação direta você poderia caracterizar a composição química do planeta e potencialmente observar sinais de atividade biológica - vida. "

Indo pequeno

Os observatórios propostos capazes de gerar imagens de planetas semelhantes à Terra requerem uma sombra estelar com dezenas de metros de diâmetro, separada do telescópio por uma distância igual a vários diâmetros terrestres, e a formação teria que ser implantada além da órbita da Terra. Completamente, esta missão custaria bilhões de dólares. Em vez de enviar um caro, sistema não testado no espaço, Laboratório de D'Amico, em colaboração com o especialista em exoplanetas Bruce Macintosh, professor de física, criou uma versão menor desta formação, provavelmente custará milhões em vez de 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 aqui, não houve nenhuma missão realizada com o grau de sofisticação que seria necessário para um desses observatórios de imagens de exoplanetas, "disse Adam Koenig, um estudante de graduação no Laboratório Space Rendezvous. "Quando você está pedindo à sede alguns bilhões de dólares para fazer algo assim, seria ideal poder dizer que já voamos tudo isso antes. Este é apenas maior. "

Chamado mDOT para ocultador / telescópio distribuído miniaturizado, o sistema inclui duas partes:uma starshade de 3 metros de diâmetro em um microssatélite de 100 quilogramas e um telescópio de 10 centímetros de diâmetro em um nanossatélite de 10 quilogramas. A starshade e o telescópio serão implantados em uma órbita alta da Terra com uma separação nominal de menos de 1, 000 quilômetros.

A forma da starshade no mDOT é baseada na pesquisa de Robert Vanderbei da Universidade de Princeton, reformulado pelo Space Rendezvous Laboratory para se adequar às restrições de uma espaçonave muito menor. Durante o lançamento, a starshade será dobrada ao longo dos lados do microssatélite do tamanho da máquina de lavar louça. Uma vez em órbita, o sharshade se desdobrará em uma forma de flor.

"Com esta forma geométrica especial, você pode obter a difração de luz em torno da sombra das estrelas para se cancelar, "explicou Koenig." Então, você ganha muito, sombra muito profunda bem no centro. A sombra é profunda o suficiente para que a luz da estrela não interfira nas observações de um planeta próximo. "

Preciso, navegação autônoma

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

Em seu design, os pesquisadores têm as duas espaçonaves voando em uma grande órbita com a sombra das estrelas eclipsando a estrela-alvo no ponto da órbita mais distante da Terra - o ponto em que as espaçonaves se movem mais lentamente em relação uma à outra. Após cerca de uma hora desse posicionamento rígido, eles permitirão que a formação se desfaça até que esteja quase na hora da espaçonave se alinhar novamente para a próxima observação. Os pesquisadores esperam precisar de dezenas de horas de observação para demonstrar que a starshade está funcionando como planejado.

Devido aos requisitos desafiadores, a única maneira de realizar o mDOT é por meio de um sistema autônomo que não seja afetado pelos atrasos de comunicação entre os satélites e os operadores de missão na Terra. O vôo em formação de espaçonaves autônomas é o foco de pesquisa do Laboratório de Encontros Espaciais de D'Amico.

Nova demonstração de ciência e tecnologia

O mDOT miniaturizado não será capaz de resolver planetas como a Terra porque eles ainda estão muito próximos de suas estrelas-mãe. Poderia, Contudo, dê-nos uma visão direta de outro sistema estelar equivalente a Júpiter ou ajude a caracterizar as concentrações de poeira exozodiacal em torno de estrelas próximas, que é uma prioridade para a NASA.

Este é um dos vários projetos de D'Amico focados em melhor compreensão da Terra e do universo com o auxílio de espaçonaves de precisão em formação de vôo. Duas missões atuais que ele ajudou são GRACE e TanDEM-X, que medem as mudanças no campo gravitacional e na forma da Terra, respectivamente. O laboratório também está trabalhando em formações maiores de espaçonaves chamadas enxames. Contudo, semelhante ao mDOT, antes que essas tecnologias possam ser lançadas, é necessário provar que funcionam conforme o esperado usando bancos de ensaio no terreno. Para este fim, A D'Amico construiu uma instalação que reproduz com precisão as condições de iluminação complexas e únicas encontradas pelos sensores no espaço.

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