Помогите НАСА разработать звездную тень для наблюдения за экзопланетами
Область изучения экзопланет прошла долгий путь за последние десятилетия. На сегодняшний день 5063 экзопланеты были подтверждены в 3794 системах за пределами нашей, еще 8819 кандидатов ожидают подтверждения. Ожидается, что в ближайшие годы благодаря обсерваториям нового поколения будут обнаружены еще десятки тысяч планет. Конечная цель этого поиска — найти планеты, которые «землеподобны», а это означает, что они имеют хорошие шансы на существование жизни. Это непростая задача, поскольку каменистые планеты, расположенные в пределах обитаемых зон (HZ) своих родительских звезд, имеют тенденцию вращаться близко друг к другу, что затрудняет их обнаружение.
Чтобы упростить этот процесс, НАСА разрабатывает гибридную обсерваторию, состоящую из «Звездной тени», которая будет блокировать свет звезды, чтобы наземный телескоп мог напрямую отображать планеты, вращающиеся вокруг нее. Эта концепция известна как Гибридная обсерватория для экзопланет, подобных Земле (HOEE), и НАСА ищет мнения общественности, чтобы воплотить ее в жизнь. С этой целью они запустили конкурс Ultralight Starshade Structural Design Challenge, в котором участников просят разработать дизайн легкой конструкции Starshade, которую можно было бы использовать как часть концепции HOEE.
Конкурс проводится GrabCAD, стартапом из Массачусетса, на котором размещена бесплатная облачная платформа, которая помогает командам инженеров сотрудничать, а также управлять, просматривать и обмениваться файлами автоматизированного проектирования (САПР). Лаборатория NASA Tournament Lab решает эту задачу, которая поддерживает исследование NASA Innovative Advanced Concepts (NIAC) концепции HOEE. Задача является частью программы НАСА «Призы, вызовы и краудсорсинг», курируемой Управлением космических технологий НАСА (STMD).
На сегодняшний день большинство известных экзопланет были подтверждены косвенными методами. К ним относится метод транзита (также известный как транзитная фотометрия), при котором периодические провалы в яркости звезды используются для обнаружения присутствия одной или нескольких планет, проходящих перед ней (транзитных) относительно наблюдателя. Другим является метод радиальной скорости (также известный как доплеровская спектроскопия), в котором движение звезды вперед и назад (относительно наблюдателя) используется для определения гравитационных воздействий, действующих на звезду (то есть на систему планет).
При совместном использовании эти методы очень эффективны для ограничения размера и периода обращения экзопланет (метод транзита) и их соответствующих масс (метод радиальной скорости). Однако с помощью инструментов следующего поколения, таких как космический телескоп Джеймса Уэбба (JWST), астрономы могут проводить исследования экзопланет с помощью прямой визуализации. В этом случае свет от далеких экзопланет улавливается напрямую и анализируется с помощью спектрометра. Полученные спектры могут дать данные о поверхностных минералах планеты и определить наличие океанов, континентов, погодных систем, растительности и газов, составляющих ее атмосферу.
Эти данные позволят астрономам и астробиологам охарактеризовать экзопланеты и с уверенностью сказать, является ли планета «обитаемой» или нет. Важной частью этого метода является коронограф, инструмент, который блокирует блики родительских звезд, чтобы свет, отраженный от атмосфер экзопланет, можно было визуализировать и сканировать с помощью спектрометров для определения химического состава. Доктор Джон Мазер, старший астрофизик Центра космических полетов имени Годдарда НАСА и старший научный сотрудник JWST, сказал: «Гибридная обсерватория может помочь нам ответить на некоторые из самых насущных вопросов о внеземной жизни. Наблюдение за многими системами поможет ответить на вопрос, почему конфигурации, подобные нашей, редки и почему ни одна из них не похожа на домашнюю. быть частью этих революционных усилий. Мне не терпится увидеть, какие идеи они принесут на стол».
Ключом к HOEE является космический корабль «Звездная тень», концепция, представленная Обсерваторией обитаемых экзопланет (HabEx) в НАСА JPL еще в 2016 году. Первоначально считалось, что только космические телескопы, такие как Джеймс Уэбб и римский космический телескоп Нэнси Грейс. (RST) может извлечь выгоду из космического корабля типа «звездная тень». Но с концепцией HOEE наземные телескопы, которые попадают в диапазон 30-метрового класса (~ 100 футов), также могут проводить съемки Direct Imaging. Сюда входят обсерватории нового поколения, такие как Чрезвычайно большой телескоп (ELT), Гигантский Магелланов телескоп (GMT) и Тридцатиметровый телескоп (TMT).
Для проекта Ultralight Starshade Structural Design Challenge НАСА ищет идеи для легкого звездного щита, который мог бы выполнить эту задачу. Согласно НАСА, цель этой задачи состоит в том, чтобы разработать «инновационную конструкцию звездного щита с малой массой, которая могла бы соответствовать требованиям по массе, форме, прочности и жесткости». Участники могут свободно выбирать из четырех предложенных дизайнов (или их гибридов), в том числе:
- Сверхлегкая версия текущей концепции JPL HabEx
- Зонт с лепестками
- Жесткая надувная конструкция
- Ферменные конструкции
Они заявляют, что идеальная конструкция позволит компактно упаковать и успешно развернуть ее после выхода на орбиту Земли. Другими словами, он должен иметь возможность складываться и складываться, чтобы космический корабль мог поместиться внутри обтекателя полезной нагрузки ракеты, а затем развернуться, как только он достигнет космоса. Это похоже на то, что инженеры сделали с Джеймсом Уэббом, особенно в том, что касается его основного зеркала и солнцезащитного козырька. Они также подчеркивают, что он должен иметь наименьшую возможную массу, чтобы его было легче (и дешевле) запускать, что его химические двигатели могут удерживать его на одном уровне во время наблюдений и изменять его орбиту для наблюдения за различными целями. Эти и другие детали (включая орбитальное расстояние и диаметр звездного неба) указаны на странице задания:
«Звездная тень на орбите (170 000 км) может отбрасывать тень от центральной звезды, не блокируя отраженный свет от ее планет. Чтобы ее можно было использовать с самыми большими наземными телескопами, звездная тень должна быть 100 м в диаметре. Эта большая конструкция должна быть плотно упакована, чтобы она могла поместиться внутри обтекателя большой ракеты (например, Falcon Heavy или Starship). «Он также должен иметь наименьшую возможную массу, чтобы химические двигатели могли поддерживать его выравнивание во время наблюдений, а солнечная электрическая двигательная установка могла изменять свою орбиту для наблюдения за многими целями. и звездчатая конструкция высокой жесткости». Чтобы иметь право на участие в этом испытании, участники должны быть либо гражданами США, либо из соответствующей страны (список "белых" стран прилагается). Пять лучших работ разделят между собой призовой фонд в размере 7000 долларов.
