لقد وجهت وكالة ناسا الكثير من الرؤوس في السنوات الأخيرة بفضل مفهوم مهمة New Worlds Mission - المعروف أيضًا. Starshade. تتكون هذه المركبة الفضائية المقترحة من غطاء غامض على شكل زهرة ، ويقصد نشرها بجانب تلسكوب فضائي (على الأرجح تلسكوب جيمس ويب الفضائي). بعد ذلك ، سيحجب وهج النجوم البعيدة ، ويخلق كسوفًا اصطناعيًا لتسهيل اكتشاف ودراسة الكواكب التي تدور حولها.
المشكلة الوحيدة هي أنه من المتوقع أن يكلف هذا المفهوم بنسًا جميلًا - يقدر بـ 750 مليون دولار إلى 3 مليارات دولار في هذه المرحلة! ولهذا السبب يقترح أستاذ ستانفورد سيمون داميكو (بمساعدة خبير الكواكب الخارجية بروس ماكنتوش) نسخة مصغرة من المفهوم لإثبات فعاليته. يُعرف هذا الغامض ، المعروف باسم mDot ، بنفس المهمة ، ولكن بجزء بسيط من التكلفة.
الغرض من وراء الغامض بسيط. عند البحث عن الكواكب الخارجية ، يضطر الفلكيون إلى الاعتماد في الغالب على الطرق غير المباشرة - وأكثرها شيوعًا هو طريقة العبور. وهذا يشمل مراقبة النجوم للهبوط في اللمعان ، والتي تُعزى إلى الكواكب التي تمر بينها وبين المراقب. من خلال قياس معدل وتواتر هذه الانخفاضات ، يستطيع الفلكيون تحديد أحجام الكواكب الخارجية وفتراتها المدارية.
كما أوضح Simone D’Amico ، الذي يعمل مختبره على هذا النظام الكسوف ، في بيان صحفي لجامعة ستانفورد:
"من خلال القياسات غير المباشرة ، يمكنك اكتشاف الأجسام القريبة من النجم ومعرفة فترة مدارها ومدى بعدها عن النجم. هذه كلها معلومات مهمة ، ولكن من خلال المراقبة المباشرة ، يمكنك تمييز التركيب الكيميائي للكوكب واحتمال ملاحظة علامات النشاط البيولوجي - الحياة ".
ومع ذلك ، تعاني هذه الطريقة أيضًا من معدل كبير من الإيجابيات الخاطئة وتتطلب عمومًا أن يتقاطع جزء من مدار الكوكب مع خط البصر بين النجم المضيف والأرض. كما أن دراسة الكواكب الخارجية نفسها أمر صعب للغاية ، حيث من المرجح أن يكون الضوء القادم من النجم أكثر إشراقًا بمليارات المرات من الضوء المنعكس من الكوكب.
إن القدرة على دراسة هذا الضوء المنعكس ذات أهمية خاصة ، لأنها ستنتج بيانات قيمة عن أجواء الكواكب الخارجية. على هذا النحو ، يتم تطوير العديد من التقنيات الرئيسية لمنع الضوء المتداخل للنجوم. المركبة الفضائية المجهزة بمقلب هي إحدى هذه التقنيات. عند إقرانها بتلسكوب فضائي ، ستخلق هذه المركبة الفضائية كسوفًا صناعيًا أمام النجم بحيث يمكن رؤية الأجسام المحيطة به (أي الكواكب الخارجية) بوضوح.
ولكن بالإضافة إلى التكلفة الكبيرة لبناء واحد ، هناك أيضًا مشكلة الحجم والنشر. لكي تنجح مثل هذه المهمة ، يجب أن يكون حجم الغطس نفسه بحجم ماس بيسبول يبلغ قطره 27.5 مترًا (90 قدمًا). كما يجب فصله عن التلسكوب بمسافة تساوي أقطارًا متعددة للأرض ويجب نشره خارج مدار الأرض. كل هذا يضيف إلى مهمة باهظة الثمن إلى حد ما!
على هذا النحو ، تعاونت D'Amico - أستاذ مساعد ورئيس مختبر Space Rendezvous (SRL) في ستانفورد - وبروس ماكنتوش (أستاذ في الفيزياء في ستانفورد) لإنشاء نسخة أصغر تسمى المنغمس الموزع / التلسكوب المصغر ( mDOT). الغرض الأساسي من mDOT هو توفير عرض طيران منخفض التكلفة للتكنولوجيا ، على أمل زيادة الثقة في مهمة كاملة.
كما أوضح آدم كونيج ، وهو طالب دراسات عليا في SRL:
"حتى الآن ، لم تكن هناك رحلة جوية بدرجة التعقيد التي ستكون مطلوبة لأحد مراصد تصوير الكواكب الخارجية. عندما تطلب من المقر الرئيسي بضعة مليارات من الدولارات للقيام بشيء من هذا القبيل ، سيكون من المثالي أن نقول أننا قمنا بالفعل برحلات كل هذا من قبل. هذا أكبر فقط. "
يتألف نظام mDOT من جزأين ، ويستفيد من التطورات الأخيرة في التصغير وتكنولوجيا الأقمار الصناعية الصغيرة (smallsat). الأول هو ساتل ميكروسكوبي يبلغ وزنه 100 كيلوغرام ومجهز بغطاء نجمي بقطر 3 أمتار. والثاني هو ساتل نانوي يبلغ وزنه 10 كيلوغرامات يحمل تلسكوب يبلغ قطره 10 سم (3.937 بوصة). سيتم نشر كلا المكونين في مدار أرضي مرتفع مع فصل اسمي أقل من 1000 كيلومتر (621 ميل).
بمساعدة زملاء من SRL ، تمت إعادة تشكيل شكل ستار mDOT ليتناسب مع قيود مركبة فضائية أصغر بكثير. كما أوضح كونيج ، فإن هذا النجوم المصغر والمصمم خصيصًا سيكون قادرًا على القيام بنفس المهمة مثل النسخة الكبيرة على شكل زهرة - وعلى الميزانية!
وقال: "بهذا الشكل الهندسي الخاص ، يمكنك الحصول على الضوء المتشتت حول الظل النجمي لإلغاء نفسه". "ثم ، تحصل على ظل عميق جدًا جدًا في المنتصف. الظل عميق بما يكفي بحيث لا يتداخل ضوء النجم مع ملاحظات كوكب قريب ".
ومع ذلك ، نظرًا لأن الظل الناتج عن الظل النجمي لـ mDOT يبلغ قطره عشرات السنتيمترات فقط ، فإن القمر الصناعي النانوي سوف يقوم ببعض المناورة الدقيقة للبقاء داخله. لهذا الغرض ، قام D’Amico و SRL أيضًا بتصميم نظام مستقل للقمر الصناعي النانوي ، والذي سيسمح له بإجراء مناورات تكوين مع الظل النجمي ، وكسر التكوين عند الحاجة ، والتلاقي معه مرة أخرى لاحقًا.
من القيود المؤسفة على التكنولوجيا أنها لن تتمكن من حل الكواكب الشبيهة بالأرض. خاصة فيما يتعلق بالنجوم من النوع M (القزم الأحمر) ، من المرجح أن تدور هذه الكواكب بالقرب من النجوم الأم بحيث لا يمكن ملاحظتها بوضوح. ومع ذلك ، سيكون قادرًا على حل عمالقة الغاز بحجم كوكب المشتري والمساعدة في تحديد تركيزات الغبار خارج الأوعية حول النجوم القريبة - وكلاهما من أولويات وكالة ناسا.
في هذه الأثناء ، سيستخدم D’Amico وزملاؤه Testbed لـ Rendezvous و Visual Navigation (TRON) لاختبار مفهوم mDOT الخاص بهم. تم إنشاء هذا المرفق خصيصًا من قبل D'Amico لتكرار أنواع ظروف الإضاءة المعقدة والفريدة التي تواجهها أجهزة الاستشعار في الفضاء. في السنوات المقبلة ، سيعمل هو وفريقه لضمان عمل النظام قبل إنشاء نموذج أولي في نهاية المطاف.
كما قال داميكو عن العمل الذي يقوم به هو وزملاؤه في SNL:
"أنا متحمس لبرنامجي البحثي في ستانفورد لأننا نتعامل مع تحديات مهمة. أريد المساعدة في الإجابة عن الأسئلة الأساسية ، وإذا نظرت في جميع الاتجاهات الحالية لعلوم الفضاء والاستكشاف - سواء كنا نحاول مراقبة الكواكب الخارجية ، أو التعرف على تطور الكون ، أو تجميع الهياكل في الفضاء أو فهم كوكبنا - تكوين الأقمار الصناعية - الطيران هو العامل الأساسي. "
تشمل المشاريع الأخرى التي تشارك فيها D'Amico و SNL حاليًا تطوير تشكيلات أكبر من المركبات الفضائية الصغيرة (المعروفة أيضًا باسم "سواتل السرب"). في الماضي ، تعاونت D'Amico أيضًا مع وكالة ناسا في مشروعات مثل GRACE - وهي مهمة حددت الاختلافات في مجال جاذبية الأرض كجزء من برنامج NASA Earth System Science Pathfinder (ESSP) - و TanDEM-X ، برعاية SEA المهمة التي أسفرت عن خرائط ثلاثية الأبعاد للأرض.
هذه المشاريع وغيرها من المشاريع التي تسعى إلى الاستفادة من التصغير من أجل استكشاف الفضاء تعد بعهد جديد بتكاليف أقل وإمكانية وصول أكبر. مع تطبيقات تتراوح من أسراب من أقمار البحث والاتصالات الصغيرة إلى الحرف النانوية القادرة على القيام برحلة إلى Alpha Centauri بسرعات نسبية (Breakthrough Starshot) ، يبدو مستقبل الفضاء واعدًا جدًا!
تأكد من مشاهدة هذا الفيديو الخاص بمرفق TRON أيضًا ، بإذن من جامعة Standford:
