p Existem mais de 3, 900 planetas confirmados além do nosso sistema solar. A maioria deles foi detectada por causa de seus "trânsitos" - ocasiões em que um planeta cruza sua estrela, bloqueando momentaneamente sua luz. Essas quedas na luz das estrelas podem dizer aos astrônomos um pouco sobre o tamanho de um planeta e sua distância de sua estrela. p Mas sabendo mais sobre o planeta, incluindo se contém oxigênio, agua, e outros sinais de vida, requer ferramentas muito mais poderosas. Idealmente, estes seriam telescópios muito maiores no espaço, com espelhos coletores de luz tão largos quanto os dos maiores observatórios terrestres. Os engenheiros da NASA estão agora desenvolvendo projetos para esses telescópios espaciais de próxima geração, incluindo telescópios "segmentados" com vários pequenos espelhos que poderiam ser montados ou desenrolados para formar um telescópio muito grande, uma vez lançado ao espaço.

p O próximo James Webb Space Telescope da NASA é um exemplo de espelho primário segmentado, com diâmetro de 6,5 metros e 18 segmentos hexagonais. Espera-se que os telescópios espaciais de última geração tenham até 15 metros, com mais de 100 segmentos de espelho.

p Um desafio para os telescópios espaciais segmentados é como manter os segmentos do espelho estáveis ​​e apontando coletivamente para um sistema exoplanetário. Esses telescópios seriam equipados com coronógrafos - instrumentos sensíveis o suficiente para discernir entre a luz emitida por uma estrela e a luz consideravelmente mais fraca emitida por um planeta em órbita. Mas a menor mudança em qualquer uma das partes do telescópio pode atrapalhar as medições de um coronógrafo e interromper as medições de oxigênio, agua, ou outras características planetárias.

p Agora os engenheiros do MIT propõem que um segundo, nave espacial do tamanho de uma caixa de sapatos equipada com um simples laser poderia voar a uma distância do grande telescópio espacial e agir como uma "estrela guia, "fornecendo uma estabilidade, luz brilhante perto do sistema de destino que o telescópio poderia usar como um ponto de referência no espaço para se manter estável.

p Em um artigo publicado hoje no Astronomical Journal , os pesquisadores mostram que o design de uma estrela guia de laser seria viável com a tecnologia existente hoje. Os pesquisadores dizem que usar a luz laser da segunda espaçonave para estabilizar o sistema relaxa a demanda por precisão em um grande telescópio segmentado, economizando tempo e dinheiro, e permitindo designs de telescópios mais flexíveis.

p "Este artigo sugere que, no futuro, podemos ser capazes de construir um telescópio um pouco mais frouxo, um pouco menos intrinsecamente estável, mas poderia usar uma fonte brilhante como referência para manter sua estabilidade, "diz Ewan Douglas, um pós-doutorado no Departamento de Aeronáutica e Astronáutica do MIT e um dos principais autores do artigo.

p O jornal também inclui Kerri Cahoy, professor associado de aeronáutica e astronáutica no MIT, junto com os alunos de pós-graduação James Clark e Weston Marlow no MIT, e Jared Machos, Olivier Guyon, e Jennifer Lumbres, da Universidade do Arizona.

p Na mira

p Por mais de um século, astrônomos têm usado estrelas reais como "guias" para estabilizar telescópios terrestres.

p "Se imperfeições no motor do telescópio ou nas engrenagens estavam fazendo com que seu telescópio rastreasse um pouco mais rápido ou mais lento, você poderia observar sua estrela guia em uma mira, e, lentamente, mantenha-o centralizado enquanto você faz uma longa exposição, "Douglas diz.

p Na década de 1990, os cientistas começaram a usar lasers no solo como estrelas-guia artificiais, excitando o sódio na atmosfera superior, apontando os lasers para o céu para criar um ponto de luz a cerca de 40 milhas do solo. Os astrônomos poderiam então estabilizar um telescópio usando esta fonte de luz, que poderia ser gerado em qualquer lugar que o astrônomo quisesse apontar o telescópio.

p "Agora estamos estendendo essa ideia, mas em vez de apontar um laser do solo para o espaço, estamos brilhando do espaço, em um telescópio no espaço, "Douglas diz. Os telescópios terrestres precisam de estrelas-guia para conter os efeitos atmosféricos, mas os telescópios espaciais para geração de imagens de exoplanetas precisam conter mudanças mínimas na temperatura do sistema e quaisquer distúrbios devido ao movimento.

p A ideia de estrela guia de laser baseada no espaço surgiu de um projeto financiado pela NASA. A agência está considerando projetos para grandes, telescópios segmentados no espaço e encarregou os pesquisadores de encontrar maneiras de reduzir o custo dos observatórios massivos.

p "A razão pela qual isso é pertinente agora é que a NASA tem que decidir nos próximos dois anos se esses grandes telescópios espaciais serão nossa prioridade nas próximas décadas, "Douglas diz." Essa tomada de decisão está acontecendo agora, assim como a tomada de decisão para o Telescópio Espacial Hubble aconteceu na década de 1960, mas não foi lançado até a década de 1990. '"

p Frota estelar

p O laboratório de Cahoy tem desenvolvido comunicações a laser para uso em CubeSats, que são satélites do tamanho de uma caixa de sapatos que podem ser construídos e lançados no espaço por uma fração do custo de uma espaçonave convencional.

p Para este novo estudo, os pesquisadores analisaram se um laser, integrado em um CubeSat ou SmallSat ligeiramente maior, pode ser usado para manter a estabilidade de um grande, telescópio espacial segmentado modelado a partir do LUVOIR da NASA (para Large UV Optical Infrared Surveyor), um projeto conceitual que inclui vários espelhos que seriam montados no espaço.

p Os pesquisadores estimaram que tal telescópio teria que permanecer perfeitamente imóvel, dentro de 10 picômetros - cerca de um quarto do diâmetro de um átomo de hidrogênio - para que um coronógrafo a bordo faça medições precisas da luz de um planeta, além de sua estrela.

p "Qualquer perturbação na espaçonave, como uma ligeira mudança no ângulo do sol, ou uma peça eletrônica ligando e desligando e mudando a quantidade de calor dissipado pela espaçonave, causará ligeira expansão ou contração da estrutura, "Douglas diz." Se você tiver distúrbios maiores do que cerca de 10 picômetros, você começa a ver uma mudança no padrão da luz das estrelas dentro do telescópio, e as mudanças significam que você não pode subtrair perfeitamente a luz das estrelas para ver a luz refletida do planeta. "

p A equipe elaborou um projeto geral para uma estrela guia de laser que estaria longe o suficiente de um telescópio para ser vista como uma estrela fixa - cerca de dezenas de milhares de quilômetros de distância - e que apontaria para trás e enviaria sua luz em direção ao telescópio espelhos, cada um dos quais refletiria a luz do laser em direção a uma câmera integrada. Essa câmera mede a fase dessa luz refletida ao longo do tempo. Qualquer mudança de 10 picômetros ou mais sinalizaria um compromisso para a estabilidade do telescópio que, os atuadores integrados poderiam então corrigir rapidamente.

p Para ver se esse design de estrela guia de laser seria viável com a tecnologia de laser de hoje, Douglas e Cahoy trabalharam com colegas da Universidade do Arizona para encontrar diferentes fontes de brilho, para descobrir, por exemplo, quão brilhante um laser teria que ser para fornecer uma certa quantidade de informações sobre a posição de um telescópio, ou para fornecer estabilidade usando modelos de estabilidade de segmento de grandes telescópios espaciais. Eles então elaboraram um conjunto de transmissores de laser existentes e calcularam o quão estável, Forte, e cada laser teria que estar longe do telescópio para funcionar como uma estrela-guia confiável.

p Em geral, eles descobriram que projetos de estrelas de guia a laser são viáveis ​​com as tecnologias existentes, e que o sistema poderia caber inteiramente em um SmallSat do tamanho de um pé cúbico. Douglas diz que uma única estrela guia poderia seguir o olhar de um telescópio ", "viajando de uma estrela para a próxima enquanto o telescópio muda seus alvos de observação. No entanto, isso exigiria que a espaçonave menor viajasse centenas de milhares de milhas emparelhadas com o telescópio à distância, conforme o telescópio se reposiciona para olhar para estrelas diferentes.

p Em vez de, Douglas diz que uma pequena frota de estrelas-guia poderia ser implantada, acessível, e espaçados no céu, para ajudar a estabilizar um telescópio enquanto ele examina vários sistemas exoplanetários. Cahoy aponta que o recente sucesso do MARCO CubeSats da NASA, que apoiava a sonda Mars Insight como um relé de comunicação, demonstra que CubeSats com sistemas de propulsão podem funcionar no espaço interplanetário, para durações mais longas e em grandes distâncias.

p "Agora estamos analisando os sistemas de propulsão existentes e descobrindo a maneira ideal de fazer isso, e quantas espaçonaves desejaríamos superando umas às outras no espaço, "Douglas diz." Em última análise, achamos que esta é uma maneira de reduzir o custo dessas grandes, telescópios espaciais segmentados. "