p Qualquer pessoa que já viu uma aeronave em formação de vôo pode apreciar a façanha de permanecer altamente sincronizada durante o vôo. Em trabalho patrocinado pelo Programa de Exploração de Exoplanetas da NASA (ExEP), engenheiros do Laboratório de Propulsão a Jato em Pasadena, Califórnia, estão levando a formação de vôo a um novo extremo. p Seu trabalho representa um marco importante dentro de um programa maior para testar a viabilidade de uma tecnologia chamada starshade. Embora as starshades nunca tenham voado no espaço, eles têm o potencial de permitir observações inovadoras de planetas além do nosso sistema solar, incluindo fotos de planetas tão pequenos quanto a Terra.

p Uma futura missão starshade envolveria duas espaçonaves. Um deles seria um telescópio espacial em busca de planetas orbitando estrelas fora de nosso sistema solar. A outra espaçonave voaria cerca de 25, 000 milhas (40, 000 quilômetros) na frente dele, carregando um grande, sombra plana. A sombra se desdobrava como uma flor desabrochando - completa com "pétalas - e bloqueava a luz de uma estrela, permitindo que o telescópio tenha uma visão mais clara de quaisquer planetas em órbita. Mas funcionaria apenas se as duas espaçonaves ficassem, apesar da grande distância entre eles, alinhados a 3 pés (1 metro) um do outro. Mais, e a luz das estrelas vazaria em torno da sombra das estrelas para a visão do telescópio e sobrepujaria exoplanetas tênues.

p "As distâncias das quais estamos falando para a tecnologia starshade são meio difíceis de imaginar, "disse o engenheiro do JPL Michael Bottom." Se a starshade fosse reduzida ao tamanho de uma montanha-russa, o telescópio seria do tamanho de uma borracha de lápis e eles estariam separados por cerca de 60 milhas [100 quilômetros]. Agora imagine que esses dois objetos estão flutuando livremente no espaço. Ambos estão experimentando esses pequenos puxões e empurrões da gravidade e outras forças, e nessa distância estamos tentando mantê-los precisamente alinhados com cerca de 2 milímetros. "

p Os pesquisadores encontraram milhares de exoplanetas sem o uso de uma starshade, mas na maioria dos casos, os cientistas descobriram esses mundos indiretamente. O método de trânsito, por exemplo, detecta a presença de um planeta quando ele passa na frente de sua estrela-mãe e causa uma queda temporária no brilho da estrela. Apenas em relativamente poucos casos os cientistas obtiveram imagens diretas de exoplanetas.

p Bloquear a luz das estrelas é a chave para realizar imagens mais diretas e, eventualmente, para realizar estudos aprofundados de atmosferas planetárias ou encontrar dicas sobre as características da superfície de mundos rochosos. Esses estudos têm o potencial de revelar sinais de vida fora da Terra pela primeira vez.

p Procurando Sombra

p A ideia de usar uma starshade baseada no espaço para estudar exoplanetas foi inicialmente proposta na década de 1960, quatro décadas antes da descoberta dos primeiros exoplanetas. E embora a capacidade de apontar uma única nave espacial continuamente para um objeto distante não seja nova, qualquer, manter duas espaçonaves alinhadas uma com a outra em direção a um objeto de fundo representa um tipo diferente de desafio.

p Pesquisadores trabalhando no desenvolvimento de tecnologia Starshade da ExEP, conhecido como S5, foram incumbidos pela NASA de desenvolver a tecnologia de starshade para possíveis futuras missões de telescópio espacial. A equipe S5 está abordando três lacunas de tecnologia que precisariam ser fechadas antes que uma missão starshade pudesse estar pronta para ir para o espaço.

p O trabalho feito por Bottom e seu colega engenheiro do JPL Thibault Flinois fecha uma dessas lacunas, confirmando que os engenheiros poderiam realisticamente produzir uma missão starshade que atendesse a esses rigorosos requisitos de "detecção e controle de formação". Seus resultados são descritos no relatório S5 Milestone 4, disponível no site do ExEP.

p Entre em formação

p As especificações de uma missão starshade em particular - incluindo a distância exata entre as duas espaçonaves e o tamanho da sombra - dependeriam do tamanho do telescópio. O relatório S5 Milestone 4 analisou principalmente um intervalo de separação entre 12, 500 a 25, 000 milhas (20, 000 a 40, 000 quilômetros), com uma sombra de 26 metros de diâmetro. Esses parâmetros funcionariam para uma missão do tamanho do Wide Field Infrared Survey Telescope da NASA (WFIRST), um telescópio com um espelho primário de 2,4 metros de diâmetro definido para ser lançado em meados da década de 2020.

p WFIRST carregará uma tecnologia de bloqueio de luz estelar diferente, chamado coronógrafo, que fica dentro do telescópio e oferece seus próprios pontos fortes únicos no estudo de exoplanetas. Esta demonstração de tecnologia será o primeiro coronógrafo estelar de alto contraste a ir para o espaço, permitindo que o WFIRST crie imagens diretas de exoplanetas gigantes semelhantes a Netuno e Júpiter.

p As tecnologias Starshade e coronagraph funcionam separadamente, mas Bottom testou uma técnica pela qual o WFIRST pode detectar quando uma sombra estelar hipotética deriva sutilmente fora do alinhamento. Uma pequena quantidade de luz das estrelas inevitavelmente se curvaria em torno da sombra das estrelas e formaria um padrão claro e escuro na frente do telescópio. O telescópio veria o padrão usando uma câmera de pupila, que pode capturar a imagem da frente do telescópio de dentro - semelhante a fotografar um pára-brisa de dentro de um carro.

p Investigações de starshade anteriores consideraram esta abordagem, mas Bottom tornou isso realidade construindo um programa de computador capaz de reconhecer quando o padrão claro e escuro estava centralizado no telescópio e quando ele havia se desviado do centro. Bottom descobriu que a técnica funciona extremamente bem como uma forma de detectar o movimento da starshade.

p "Podemos sentir uma mudança na posição da sombra da estrela até uma polegada, mesmo nessas distâncias enormes, "Bottom disse.

p Mas detectar quando a starshade está fora de alinhamento é uma proposição totalmente diferente de mantê-la alinhada. Para esse fim, Flinois e seus colegas desenvolveram um conjunto de algoritmos que usam informações fornecidas pelo programa de Bottom para determinar quando os propulsores starshade devem disparar para empurrá-los de volta à posição. Os algoritmos foram criados para manter de forma autônoma a sombra das estrelas alinhada com o telescópio por dias a fio.

p Combinado com o trabalho de Bottom, isso mostra que manter as duas espaçonaves alinhadas é viável usando sensores automatizados e controles do propulsor. Na verdade, o trabalho de Bottom e Flinois demonstra que os engenheiros poderiam razoavelmente atender às demandas de alinhamento de uma starshade ainda maior (em conjunto com um telescópio maior), posicionado até 46, 000 milhas (74, 000 quilômetros) do telescópio.

p "Com uma gama tão grande de escalas em jogo aqui, it can be very counterintuitive that this would be possible at first glance, " Flinois said.

p A starshade project has not yet been approved for flight, but one could potentially join WFIRST in space in the late 2020s. Meeting the formation-flying requirement is just one step toward demonstrating that the project is feasible.

p "This to me is a fine example of how space technology becomes ever more extraordinary by building upon its prior successes, " said Phil Willems, manager of NASA's Starshade Technology Development activity. "We use formation flying in space every time a capsule docks at the International Space Station. But Michael and Thibault have gone far beyond that, and shown a way to maintain formation over scales larger than Earth itself."