NASA telah mengubah banyak hal dalam beberapa tahun terakhir berkat konsep Misi Dunia Baru - alias. Starshade. Terdiri dari okulter berbentuk bunga raksasa, pesawat ruang angkasa yang diusulkan ini dimaksudkan untuk ditempatkan di samping teleskop ruang angkasa (kemungkinan besar James Webb Space Telescope). Ini kemudian akan memblokir sorotan bintang yang jauh, menciptakan gerhana buatan untuk membuatnya lebih mudah untuk mendeteksi dan mempelajari planet yang mengorbit mereka.
Satu-satunya masalah adalah, konsep ini diperkirakan menelan biaya yang cukup besar - diperkirakan $ 750 juta hingga $ 3 miliar pada saat ini! Karena itu mengapa Stanford Profesor Simone D'Amico (dengan bantuan ahli planet ekstrasurya Bruce Macintosh) mengusulkan versi konsep yang diperkecil untuk menunjukkan keefektifannya. Dikenal sebagai mDot, occulter ini akan melakukan pekerjaan yang sama, tetapi dengan biaya yang sangat murah.
Tujuan di balik penyembelihan sederhana. Ketika berburu untuk exoplanet, para astronom dipaksa untuk bergantung terutama pada metode tidak langsung - yang paling umum adalah Metode Transit. Ini melibatkan pemantauan bintang untuk kemiringan dalam luminositas, yang dikaitkan dengan planet yang lewat di antara mereka dan pengamat. Dengan mengukur laju dan frekuensi penurunan ini, para astronom dapat menentukan ukuran planet ekstrasurya dan periode orbitnya.
Seperti Simone D’Amico, yang labnya mengerjakan sistem gerhana ini, dijelaskan dalam pernyataan pers Universitas Stanford:
“Dengan pengukuran tidak langsung, Anda dapat mendeteksi objek di dekat bintang dan mengetahui periode orbitnya dan jaraknya dari bintang. Ini semua informasi penting, tetapi dengan pengamatan langsung Anda dapat menandai komposisi kimia planet ini dan berpotensi mengamati tanda-tanda aktivitas biologis - kehidupan. "
Namun, metode ini juga menderita tingkat positif palsu yang substansial dan umumnya mengharuskan bagian orbit planet memotong garis pandang antara bintang induk dan Bumi. Mempelajari exoplanet sendiri juga cukup sulit, karena cahaya yang datang dari bintang itu kemungkinan beberapa miliar kali lebih terang daripada cahaya yang dipantulkan dari planet ini.
Kemampuan untuk mempelajari cahaya yang dipantulkan ini sangat menarik, karena akan menghasilkan data berharga tentang atmosfer planet ekstrasurya. Karena itu, beberapa teknologi utama sedang dikembangkan untuk menghalangi cahaya bintang yang mengganggu. Sebuah pesawat ruang angkasa yang dilengkapi dengan occulter adalah salah satu teknologi tersebut. Dipasangkan dengan teleskop ruang angkasa, pesawat ruang angkasa ini akan membuat gerhana buatan di depan bintang sehingga benda-benda di sekitarnya (mis. Exoplanet) dapat terlihat dengan jelas.
Namun selain biaya bangunan yang signifikan, ada juga masalah ukuran dan penyebaran. Agar misi seperti itu berhasil, sang penyembah itu sendiri harus seukuran berlian bisbol - dengan diameter 27,5 meter (90 kaki). Itu juga perlu dipisahkan dari teleskop dengan jarak yang sama dengan beberapa diameter Bumi dan harus ditempatkan di luar orbit Bumi. Semua ini menambah misi yang agak mahal!
Dengan demikian, D'Amico - asisten profesor dan kepala Space Rendezvous Laboratory (SRL) di Stanford - dan dan Bruce Macintosh (profesor fisika Stanford) bekerja sama untuk membuat versi yang lebih kecil yang disebut Miniaturized Distributed Occulter / Telescope ( mDOT). Tujuan utama mDOT adalah untuk memberikan demonstrasi penerbangan berbiaya rendah dari teknologi, dengan harapan meningkatkan kepercayaan diri pada misi skala penuh.
Sebagaimana Adam Koenig, seorang mahasiswa pascasarjana dengan SRL, menjelaskan:
“Sejauh ini, belum ada misi yang diterbangkan dengan tingkat kecanggihan yang akan diperlukan untuk salah satu observatorium pencitraan planet ekstrasurya ini. Ketika Anda meminta markas besar beberapa miliar dolar untuk melakukan sesuatu seperti ini, akan sangat ideal untuk dapat mengatakan bahwa kami telah menerbangkan semua ini sebelumnya. Yang ini lebih besar. ”
Terdiri dari dua bagian, sistem mDOT mengambil keuntungan dari perkembangan terbaru dalam teknologi miniaturisasi dan satelit kecil (smallsat). Yang pertama adalah mikrosatelit 100 kg yang dilengkapi dengan Starshade berdiameter 3 meter. Yang kedua adalah 10 kg nanosatellite yang membawa teleskop berdiameter 10 cm (3,937 in). Kedua komponen akan ditempatkan di orbit Bumi yang tinggi dengan pemisahan nominal kurang dari 1.000 kilometer (621 mi).
Dengan bantuan rekan-rekan dari SRL, bentuk starshade mDOT diformulasikan ulang agar sesuai dengan kendala dari pesawat ruang angkasa yang jauh lebih kecil. Seperti yang dijelaskan Koenig, Starshade yang diperkecil dan dirancang khusus ini akan mampu melakukan pekerjaan yang sama dengan versi skala besar, berbentuk bunga - dan sesuai anggaran!
"Dengan bentuk geometris khusus ini, Anda bisa mendapatkan cahaya yang menyebar di sekitar tabir bintang untuk membatalkan dirinya sendiri," katanya. “Lalu, kamu mendapatkan bayangan yang sangat, sangat dalam di tengah. Bayangannya cukup dalam sehingga cahaya dari bintang tidak akan mengganggu pengamatan planet terdekat. "
Namun, karena bayangan yang diciptakan oleh Starshade mDOT hanya berdiameter puluhan sentimeter, nanosatellite akan melakukan beberapa manuver untuk tetap berada di dalamnya. Untuk tujuan ini, D'Amico dan SRL juga merancang sistem otonom untuk nanosatellite, yang akan memungkinkannya untuk melakukan manuver formasi dengan Starshade, memecah formasi saat dibutuhkan, dan bertemu dengannya lagi nanti.
Keterbatasan yang disayangkan pada teknologi adalah kenyataan bahwa itu tidak akan bisa menyelesaikan planet seperti Bumi. Terutama di mana bintang tipe-M (kurcaci merah) prihatin, planet-planet ini cenderung mengorbit terlalu dekat dengan bintang induknya untuk diamati dengan jelas. Namun, itu akan dapat menyelesaikan raksasa gas berukuran Jupiter dan membantu mengkarakterisasi konsentrasi debu eksozodiak di sekitar bintang-bintang terdekat - keduanya merupakan prioritas bagi NASA.
Sementara itu, D'Amico dan rekan-rekannya akan menggunakan Testbed untuk Rendezvous dan Optical Navigation (TRON) untuk menguji konsep mDOT mereka. Fasilitas ini dibangun khusus oleh D'Amico untuk mereplikasi jenis kondisi pencahayaan yang kompleks dan unik yang dihadapi oleh sensor di ruang angkasa. Di tahun-tahun mendatang, ia dan timnya akan bekerja untuk memastikan bahwa sistem bekerja sebelum membuat prototipe akhirnya.
Seperti yang dikatakan D'Amico tentang pekerjaan yang dia dan rekan-rekannya di SNL lakukan:
“Saya antusias tentang program penelitian saya di Stanford karena kami mengatasi tantangan penting. Saya ingin membantu menjawab pertanyaan mendasar dan jika Anda melihat ke semua arah saat ini tentang sains dan penjelajahan ruang angkasa - apakah kita mencoba mengamati planet luar, mempelajari tentang evolusi alam semesta, menyusun struktur di ruang angkasa atau memahami planet kita - pembentukan satelit- terbang adalah pemacu utama. ”
Proyek-proyek lain yang sedang dilakukan D'Amico dan SNL termasuk mengembangkan formasi yang lebih besar dari pesawat ruang angkasa kecil (alias "swarm satellites"). Di masa lalu, D'Amico juga telah berkolaborasi dengan NASA dalam proyek-proyek seperti GRACE - sebuah misi yang memetakan variasi dalam bidang gravitasi bumi sebagai bagian dari program NASA Earth System Science Pathfinder (ESSP) - dan TanDEM-X, yang disponsori oleh KLHS misi yang menghasilkan peta 3D Bumi.
Proyek-proyek ini dan lainnya yang berupaya memanfaatkan miniaturisasi demi eksplorasi ruang angkasa menjanjikan era baru dengan biaya lebih rendah dan aksesibilitas lebih besar. Dengan aplikasi mulai dari segerombolan kecil penelitian dan satelit komunikasi hingga nanocraft yang mampu melakukan perjalanan ke Alpha Centauri dengan kecepatan relativistik (Breakthrough Starshot), masa depan ruang terlihat cukup menjanjikan!
Pastikan untuk melihat video fasilitas TRON ini juga, dari Standford University:
