Em 2021, uma nave espacial do tamanho de uma caixa de Cheerios levará um pequeno telescópio para a órbita da Terra em uma missão incomum. Sua tarefa é monitorar as erupções e manchas solares de pequenas estrelas para avaliar o quão habitável é o ambiente espacial para os planetas que as orbitam.

A nave espacial, conhecido como Star-Planet Activity Research CubeSat, ou SPARCS para abreviar, é um novo telescópio espacial financiado pela NASA. A missão, incluindo design de nave espacial, integração e ciência resultante, é liderado pela Escola de Exploração Terrestre e Espacial da Universidade do Estado do Arizona (SESE).

"Esta é uma missão na fronteira da astrofísica e astrobiologia, "disse Evgenya Shkolnik, professor assistente da SESE e pesquisador principal da missão SPARCS. "Vamos estudar a habitabilidade e o ambiente de alta energia em torno de estrelas que chamamos de anãs M."

Ela anunciou a missão em 10 de janeiro, 2018, na 231ª reunião da American Astronomical Society, em Washington, D.C.

As estrelas em que SPARCS se concentrará são pequenas, escuro, e frio em comparação com o sol. Tendo menos da metade do tamanho e temperatura do sol, eles brilham com apenas um por cento do seu brilho.

A escolha de estrelas-alvo para SPARCS pode parecer contra-intuitiva. Se os astrônomos procuram exoplanetas em ambientes habitáveis, por que se preocupar com estrelas que são tão diferentes do sol? A resposta está nos números.

Começar com, M anões são extremamente comuns. Eles constituem três quartos de todas as estrelas da nossa galáxia, a Via Láctea, superando em número as estrelas semelhantes ao Sol 20 para 1.

Os astrônomos descobriram que essencialmente cada estrela anã M tem pelo menos um planeta orbitando, e cerca de um em cada quatro sistemas tem um planeta rochoso localizado na zona habitável da estrela. Esta é a região potencialmente favorável à vida, onde as temperaturas não são nem muito quentes nem muito frias para a vida como a conhecemos, e água líquida pode existir na superfície do planeta.

Porque M anões são tão abundantes, astrônomos estimam que nossa galáxia sozinha contém cerca de 40 bilhões - isso é bilhão com um B - planetas rochosos em zonas habitáveis ​​ao redor de suas estrelas. Isso significa que a maioria dos planetas de zonas habitáveis ​​em nossa galáxia orbita M. anões. Na verdade, o mais próximo, apelidado de Proxima b, fica a apenas 4,2 anos-luz de distância, que está à nossa porta em termos astronômicos.

Assim, à medida que os astrônomos começam a explorar o ambiente de exoplanetas que habitam as zonas habitáveis ​​de outras estrelas, M estrelas anãs aparecem em grande escala na pesquisa.

Tomando o pulso de estrelas ativas

De acordo com Shkolnik, enquanto as estrelas anãs M são pequenas e frias, eles são mais ativos que o sol, com chamas e outras explosões que lançam radiação poderosa no espaço ao seu redor. Mas ninguém sabe exatamente o quão ativas são essas pequenas estrelas. Ao longo de sua missão nominal de um ano, SPARCS vai ficar olhando para as estrelas por semanas a fio na esperança de resolver o quebra-cabeça.

O coração da espaçonave SPARCS será um telescópio com um diâmetro de 9 centímetros, ou 3,6 polegadas, além de uma câmera com dois detectores ultravioleta sensíveis a serem desenvolvidos pelo Laboratório de Propulsão a Jato da NASA. Tanto o telescópio quanto a câmera serão otimizados para observações usando luz ultravioleta, que afeta fortemente a atmosfera do planeta e seu potencial para abrigar vida na superfície.

"As pessoas têm monitorado as anãs M da melhor maneira que podem na luz visível. Mas as explosões mais fortes das estrelas ocorrem principalmente no ultravioleta, que a atmosfera da Terra bloqueia principalmente, "Disse Shkolnik.

Embora o telescópio espacial Hubble em órbita possa ver estrelas em comprimentos de onda ultravioleta sem obstáculos, seu cronograma de observação superlotado permitiria que ele dedicasse apenas o mais breve dos esforços aos anões M.

"O Hubble nos fornece muitos detalhes sobre algumas estrelas em um curto período de tempo. Mas para entender sua atividade, precisamos de longos olhares para muitas estrelas em vez de instantâneos de algumas, "disse Shkolnik.

Capturar longas observações de anãs M permitirá aos astrônomos estudar como a atividade estelar afeta os planetas que orbitam a estrela.

"Não só as anãs M são mais ativas do que o sol quando envelhecem, eles permanecem mais ativos por mais tempo, "Shkolnik disse." Quando tinha 10 milhões de anos, o sol tornou-se muito menos ativo e tem diminuído continuamente desde então. Mas as anãs M podem permanecer ativas por 300 a 600 milhões de anos, com algumas das menores estrelas M brilhando, muitas vezes essencialmente para sempre. "

Construir localmente, voar global

SPARCS seguirá os passos de outros instrumentos e sondas espaciais originários da SESE. Já a caminho do asteroide Bennu (chegada em agosto de 2018) está o espectrômetro de emissão térmica OSIRIS-REx (OTES).

No pipeline estão o Phoenix CubeSat (construído por uma equipe formada por alunos para estudar os efeitos climáticos locais das cidades na Terra), LunaH-Map (para medir o hidrogênio lunar como um proxy para a água), o Europa Thermal Emission Imaging System (para buscar anomalias de temperatura na lua de Júpiter, Europa), o Lucy Thermal Emission Spectrometer (para medir as propriedades da superfície entre a família de asteróides troianos de Júpiter), e psique, uma missão para estudar um asteróide feito inteiramente de níquel e ferro.

Como LunaH-Map, SPARCS é um CubeSat construído com seis unidades cúbicas, cada um com cerca de dez centímetros de lado. Eles são unidos para formar uma espaçonave de duas unidades de largura por três de comprimento no que é denominado uma espaçonave 6U. Os painéis de energia solar se estendem como asas de uma das extremidades.

"Em tamanho e forma, SPARCS mais se assemelha a uma caixa tamanho família de Cheerios, "Disse Shkolnik.

A espaçonave conterá três sistemas principais - o telescópio, a câmera, e o software operacional e científico. Junto com Shkolnik, Os astrônomos da SESE Paul Scowen, Daniel Jacobs, e Judd Bowman supervisionará o desenvolvimento do telescópio e da câmera, além do software e da engenharia de sistemas para reunir tudo.

O telescópio usa um sistema de espelho com revestimentos otimizados para luz ultravioleta. Junto com a câmera, o sistema pode medir mudanças muito pequenas no brilho das estrelas anãs M para realizar a ciência primária da missão. O instrumento será testado e calibrado na ASU em preparação para o vôo antes de ser integrado ao resto da espaçonave.

"Teremos comunicações de rádio limitadas com SPARCS, então planejamos fazer bastante processamento de dados a bordo usando o computador central, "disse Jacobs." Estaremos escrevendo esse software aqui na ASU, usando um protótipo da espaçonave e câmera para testar nosso código. "

Após o lançamento, Jacobs disse que a equipe fará operações científicas na ASU, conectando-se a SPARCS por meio de uma rede global de estações terrestres.

Uma parte fundamental do plano da missão, Shkolnik disse, é envolver alunos de graduação e pós-graduação em várias funções. Isso lhes dará oportunidades educacionais e de treinamento para se tornarem futuros engenheiros, cientistas, e líderes de missão.

"O ritmo acelerado de desenvolvimento - do laboratório ao lançamento pode levar apenas alguns anos - funciona bem com os prazos dos alunos, "Shkolnik disse." Eles podem trabalhar nisso, do começo ao fim, no tempo em que eles estão aqui na ASU. "

Pacote pequeno, grande ciência

Juntando-se à ASU na missão SPARCS estão cientistas da Universidade de Washington, a Universidade do Arizona, Observatório Lowell, o SouthWest Research Institute, e Laboratório de Propulsão a Jato da NASA.

"A missão SPARCS mostrará como, com a tecnologia certa, pequenos telescópios espaciais podem responder a grandes questões científicas, "Disse Shkolnik.

Esses incluem, ela disse, "Qual é a probabilidade de que nós, humanos, estejamos sozinhos no universo? Onde devemos procurar planetas habitáveis? E podemos encontrar uma compreensão nova e mais frutífera do que torna um sistema exoplaneta habitável?"