Idea artistica del prototipo di starshade, una struttura gigante progettata per bloccare il bagliore delle stelle in modo che i futuri telescopi spaziali possano fotografare i pianeti. Credito:NASA/JPL
Il campo dello studio degli esopianeti ha fatto molta strada negli ultimi decenni. Ad oggi, sono stati confermati 5.063 esopianeti in 3.794 sistemi oltre il nostro, con altri 8.819 candidati in attesa di conferma. Nei prossimi anni si prevede di trovare decine di migliaia di pianeti in più, grazie agli osservatori di prossima generazione. L'obiettivo finale di questa ricerca è trovare pianeti "simili alla Terra", il che significa che hanno buone possibilità di sostenere la vita. Questo non è un compito facile, poiché i pianeti rocciosi situati all'interno delle zone abitabili (HZ) della loro stella madre tendono ad orbitare da vicino, rendendoli più difficili da vedere.
Per facilitare questo processo, la NASA sta progettando un osservatorio ibrido costituito da uno "Starshade" che bloccherà la luce di una stella in modo che un telescopio terrestre possa visualizzare direttamente i pianeti in orbita. Il concetto è noto come Hybrid Observatory for Earth-like Exoplanets (HOEE) e la NASA sta cercando un contributo pubblico per renderlo realtà. A tal fine, hanno lanciato l'Ultralight Starshade Structural Design Challenge, in cui ai partecipanti viene chiesto di sviluppare un progetto per una struttura leggera di un paralume che potrebbe essere utilizzata come parte del concetto HOEE.
La sfida è ospitata da GrabCAD, una startup con sede nel Massachusetts che ospita una piattaforma gratuita basata su cloud che aiuta i team di ingegneri a collaborare e gestire, visualizzare e condividere file CAD (Computer-Aided Design). Il NASA Tournament Lab sta gestendo la sfida, che supporta lo studio NASA Innovative Advanced Concepts (NIAC) del concetto HOEE. La sfida fa parte del programma Prizes, Challenges e Crowdsourcing della NASA, supervisionato dalla Space Technology Mission Directorate (STMD) della NASA.
Ad oggi, gli esopianeti più conosciuti sono stati confermati attraverso metodi indiretti. Questi includono il metodo di transito (aka Fotometria di transito), in cui vengono utilizzati cali periodici nella luminosità di una stella per rilevare la presenza di uno o più pianeti che passano davanti ad essa (in transito) rispetto all'osservatore. Un altro è il metodo della velocità radiale (aka Spettroscopia Doppler), in cui il movimento di una stella avanti e indietro (rispetto all'osservatore) viene utilizzato per determinare le influenze gravitazionali che agiscono sulla stella (cioè un sistema di pianeti).
Se usati in combinazione, questi metodi sono molto efficaci nel vincolare le dimensioni e il periodo orbitale degli esopianeti (Metodo di transito) e le loro rispettive masse (Metodo della velocità radiale). Tuttavia, con strumenti di nuova generazione come il James Webb Space Telescope (JWST), gli astronomi possono condurre studi di imaging diretto degli esopianeti. In questo caso, la luce di esopianeti distanti viene catturata direttamente e analizzata con uno spettrometro. Gli spettri ottenuti possono fornire dati sui minerali di superficie di un pianeta e determinare la presenza di oceani, continenti, sistemi meteorologici, vegetazione e gas che compongono la sua atmosfera.
Questi dati consentiranno ad astronomi e astrobiologi di caratterizzare gli esopianeti e di dire con sicurezza se un pianeta è "abitabile" o meno. Una parte importante di questo metodo è il coronografo, uno strumento che blocca il bagliore delle stelle madri in modo che la luce riflessa dalle atmosfere degli esopianeti possa essere visualizzata e scansionata utilizzando spettrometri per determinare la composizione chimica. Said Dr. John Mather, a senior astrophysicist at NASA's Goddard Space Flight Center and a senior project scientist for the JWST:
"The hybrid observatory might help us answer some of the most pressing questions about extraterrestrial life. Observing many systems would help answer the question of why configurations like our own are rare and why none is quite like home. It is truly exciting that the public can be part of this revolutionary effort. I can't wait to see what ideas they bring to the table."
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:
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. + Esplora ulteriormente
