O campo de estudo de exoplanetas percorreu um longo caminho nas últimas décadas. Até o momento, 5.063 exoplanetas foram confirmados em 3.794 sistemas além do nosso, com outros 8.819 candidatos aguardando confirmação. Nos próximos anos, espera-se que dezenas de milhares de planetas sejam encontrados, graças aos observatórios da próxima geração. O objetivo final desta busca é encontrar planetas que sejam "semelhantes à Terra", o que significa que eles têm uma boa chance de sustentar a vida. Esta não é uma tarefa fácil, já que planetas rochosos localizados dentro das zonas habitáveis ​​de sua estrela-mãe (HZs) tendem a orbitar de perto, tornando-os mais difíceis de ver.
Para facilitar esse processo, a NASA está projetando um observatório híbrido que consiste em um "Starshade" que bloqueará a luz de uma estrela para que um telescópio terrestre possa visualizar diretamente os planetas que a orbitam. O conceito é conhecido como Observatório Híbrido para Exoplanetas Semelhantes à Terra (HOEE), e a NASA está procurando por contribuições do público para torná-lo realidade. Para esse fim, eles lançaram o Ultralight Starshade Structural Design Challenge, onde os participantes são convidados a desenvolver um projeto para uma estrutura leve que possa ser usada como parte do conceito HOEE.

O desafio está sendo hospedado pela GrabCAD, uma startup sediada em Massachusetts que hospeda uma plataforma gratuita baseada em nuvem que ajuda as equipes de engenharia a colaborar e gerenciar, visualizar e compartilhar arquivos de CAD (Computer-Aided Design). O NASA Tournament Lab está gerenciando o desafio, que apoia o estudo NASA Innovative Advanced Concepts (NIAC) do conceito HOEE. O desafio faz parte do programa Prêmios, Desafios e Crowdsourcing da NASA, supervisionado pelo Space Technology Mission Directorate (STMD) da NASA.

Até o momento, a maioria dos exoplanetas conhecidos foram confirmados por métodos indiretos. Estes incluem o Método de Trânsito (também conhecido como Fotometria de Trânsito), onde mergulhos periódicos no brilho de uma estrela são usados ​​para detectar a presença de um ou mais planetas passando na frente dela (em trânsito) em relação ao observador. Outro é o Método da Velocidade Radial (também conhecido como Espectroscopia Doppler), onde o movimento de uma estrela para frente e para trás (em relação ao observador) é usado para determinar as influências gravitacionais que atuam na estrela (ou seja, um sistema de planetas).

Quando usados ​​em combinação, esses métodos são muito eficazes para restringir o tamanho e o período orbital dos exoplanetas (Método do Trânsito) e suas respectivas massas (Método da Velocidade Radial). No entanto, com instrumentos de próxima geração, como o Telescópio Espacial James Webb (JWST), os astrônomos podem realizar estudos de imagem direta de exoplanetas. Nesse caso, a luz de exoplanetas distantes é capturada diretamente e analisada com um espectrômetro. Os espectros obtidos podem fornecer dados sobre os minerais da superfície de um planeta e determinar a presença de oceanos, continentes, sistemas climáticos, vegetação e os gases que compõem sua atmosfera.

Esses dados permitirão que astrônomos e astrobiólogos caracterizem exoplanetas e digam com confiança se um planeta é "habitável" ou não. Uma parte importante desse método é o coronógrafo, um instrumento que bloqueia o brilho das estrelas-mãe para que a luz refletida das atmosferas dos exoplanetas possa ser visualizada e escaneada usando espectrômetros para determinar a composição química. Disse o Dr. John Mather, astrofísico sênior do Goddard Space Flight Center da NASA e cientista sênior do projeto do JWST:

"O observatório híbrido pode nos ajudar a responder a algumas das questões mais urgentes sobre a vida extraterrestre. Observar muitos sistemas ajudaria a responder a questão de por que configurações como a nossa são raras e por que nenhuma é como o lar. É realmente emocionante que o público possa fazer parte deste esforço revolucionário. Mal posso esperar para ver que ideias eles trazem para a mesa."

The key to the HOEE is the "Starshade" spacecraft, a concept introduced by the Habitable Exoplanet Observatory (HabEx) at NASA JPL back in 2016. Initially, it was thought that only space telescopes like the James Webb and the Nancy Grace Roman Space Telescope (RST) could benefit from a starshade-type spacecraft. But with the HOEE concept, ground-based telescopes that fall into the 30-meter-class (~100 ft) range could also conduct Direct Imaging surveys. This includes next-generation observatories like the Extremely Large Telescope (ELT), Giant Magellan Telescope (GMT), and the Thirty Meter Telescope (TMT).

For the Ultralight Starshade Structural Design Challenge, NASA is looking for ideas for a lightweight starshade that could accomplish that very task. According to NASA, the goal of this challenge is to develop an "innovative low-mass starshade structure that could meet the mass, shape, strength, and stiffness requirements." Participants are free to choose from four suggested designs (or a hybrid thereof), which include:

1. Ultralight version of the current JPL HabEx concept
2. Umbrella with petals
3. Rigidizable inflated structure
4. Truss-based structures

The ideal design, they state, will allow for compact packaging and successful deployment once in Earth's orbit. In other words, it must be able to collapse and fold up so the spacecraft can fit inside a rocket payload fairing, then unfurl once it reaches space. This is similar to what engineers accomplished with James Webb, especially where its primary mirror and sunshield were concerned. They also stress that it must have the lowest possible mass to be easier (and cheaper) to launch, that its chemical thrusters can keep it aligned during observations, and change its orbit to observe different targets.

These and other details (including orbital distance and the starshade's diameter) are specified on the challenge page:

"An orbiting starshade (170,000 km away) could cast a shadow of the central star without blocking the reflected light from its planets. So that it can be used with the largest ground-based telescopes, the starshade needs to be 100 m in diameter. This large structure must be tightly packaged so that it can fit inside the fairing of a large rocket (e.g., Falcon Heavy or Starship).

"It must also have the lowest possible mass so that chemical thrusters can keep it aligned during observations and solar electric propulsion system can change its orbit to observe many targets. NASA seeks breakthrough mechanical/structural concepts for a deployable, low mass, high stability, and high stiffness starshade structure."

In order to be eligible for this challenge, participants must either be U.S. citizens or from an eligible country (specified here). The top five submissions will share a prize purse of $7,000. The full list of the competition requirements and all relevant information and documentation are posted on the GrabCAD challenge page. + Explorar mais

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