Để hỗ trợ các nỗ lực trong tương lai để định vị và nghiên cứu các ngoại hành tinh, các kỹ sư của Phòng thí nghiệm Động cơ phản lực của NASA - kết hợp với Chương trình khám phá Exoplanet (ExEP) - đang làm việc để tạo ra Starshade. Sau khi được triển khai, tàu vũ trụ mang tính cách mạng này sẽ giúp các kính viễn vọng thế hệ tiếp theo bằng cách ngăn chặn ánh sáng che khuất đến từ các ngôi sao xa xôi để các ngoại hành tinh có thể được chụp trực tiếp.
Mặc dù điều này nghe có vẻ khá đơn giản, Starshade cũng sẽ cần phải tham gia vào một số đội hình nghiêm túc bay để thực hiện công việc của mình một cách hiệu quả. Đó là kết luận đạt được của nhóm Phát triển Công nghệ Starshade (hay còn gọi là S5) Báo cáo Mốc 4 - có sẵn thông qua trang web ExEP. Như báo cáo đã nêu, Starshade sẽ cần phải được liên kết hoàn hảo với kính viễn vọng không gian, ngay cả ở khoảng cách cực xa.
Trong khi hơn bốn ngàn ngoại hành tinh đã được phát hiện cho đến nay mà không có sự trợ giúp của Starshade, phần lớn trong số chúng được phát hiện bằng các phương tiện gián tiếp. Các phương tiện hiệu quả nhất có liên quan đến việc quan sát các ngôi sao ở xa để giảm độ sáng định kỳ cho thấy sự đi qua của các hành tinh (Phương pháp vận chuyển) và đo một chuyển động của ngôi sao qua lại để xác định sự hiện diện của một hệ hành tinh (Phương pháp vận tốc xuyên tâm).
Mặc dù hiệu quả trong việc phát hiện các ngoại hành tinh và thu được các ước tính chính xác về kích thước, khối lượng và chu kỳ quỹ đạo của chúng, các phương pháp này không hiệu quả lắm khi xác định các điều kiện như thế nào trên bề mặt của chúng. Để làm được điều này, các nhà khoa học cần có khả năng thu được thông tin quang phổ trên bầu khí quyển của các hành tinh này, đây là chìa khóa để xác định xem chúng có thực sự có thể ở được hay không.
Cách đáng tin cậy duy nhất để làm điều này với các hành tinh nhỏ hơn, bằng đá (hay còn gọi là Hồi giống như Trái đất) là thông qua hình ảnh trực tiếp. Nhưng vì các ngôi sao có thể sáng hơn hàng tỷ lần so với ánh sáng phản chiếu từ bầu khí quyển hành tinh, nên đây là một quá trình cực kỳ khó thực hiện. Bước vào Starshade, nơi sẽ chặn ánh sáng rực rỡ của các ngôi sao bằng cách sử dụng bóng râm mở ra từ tàu vũ trụ như cánh hoa của một bông hoa.
Điều này sẽ cải thiện đáng kể tỷ lệ các kính viễn vọng không gian phát hiện ra bất kỳ hành tinh nào quay quanh một ngôi sao. Tuy nhiên, để phương pháp này hoạt động, hai tàu vũ trụ sẽ cần được giữ thẳng hàng trong phạm vi 1 mét (3 feet), mặc dù thực tế là chúng sẽ bay cách nhau tới 40.000 km (24.850 dặm). Nếu họ là
Như kỹ sư JPL Michael bottom đã giải thích trong một thông cáo báo chí gần đây của NASA:
Những khoảng cách mà chúng tôi nói về công nghệ starhade là một điều khó tưởng tượng. Nếu starshade được thu nhỏ lại với kích thước của một coaster uống, kính thiên văn sẽ là kích thước của một cục tẩy bút chì và họ sẽ được ngăn cách bởi khoảng 60 dặm [100 km]. Bây giờ hãy tưởng tượng hai vật thể đó đang trôi nổi tự do trong không gian. Cả hai họ đều trải qua những cú giật và lực đẩy nhỏ từ trọng lực và các lực khác, và trên khoảng cách đó, chúng tôi đang cố gắng giữ cả hai được căn chỉnh chính xác trong khoảng 2 mm.
Báo cáo của Cột mốc S5 4 chủ yếu nhìn vào phạm vi phân tách từ 20.000 đến 40.000 km (12.500 đến 25.000 mi) và một bóng râm có đường kính 26 mét (85 feet). Trong các thông số này, một tàu vũ trụ Starshade sẽ có thể hoạt động với một nhiệm vụ như Kính viễn vọng hồng ngoại trường rộng của NASA (WFIRST), một kính viễn vọng có gương chính có đường kính 2,4 m (~ 16,5 ft) được đặt ở giữa -2020s.
Sau khi xác định sự liên kết cần thiết giữa hai tàu vũ trụ, bottom và nhóm của ông cũng đã phát triển một cách sáng tạo cho các kính viễn vọng như WFIRST để xác định xem Starshade có bị trôi ra khỏi vị trí không. Điều này bao gồm việc xây dựng một chương trình máy tính có thể nhận ra khi nào các mẫu sáng và tối tập trung vào kính viễn vọng và khi chúng trôi ra khỏi trung tâm.
Dưới cùng thấy rằng kỹ thuật này rất hiệu quả trong việc cảm nhận những thay đổi nhỏ nhất ở vị trí của một Starshade, ngay cả ở những khoảng cách cực xa liên quan. Để đảm bảo rằng nó giữ cho nó thẳng hàng, kỹ sư JPL, Thibault Flinois và các đồng nghiệp của ông đã phát triển một bộ thuật toán dựa trên thông tin được cung cấp bởi chương trình Chạm đáy để xác định khi nào các bộ đẩy Starshade nên bắn để giữ cho nó thẳng hàng.
Kết hợp với công việc Dưới cùng, báo cáo này cho thấy việc giữ hai tàu vũ trụ thẳng hàng là khả thi khi sử dụng cảm biến tự động và điều khiển lực đẩy - ngay cả khi sử dụng một kính sao và kính viễn vọng lớn hơn và cách nhau 74.000 km (46.000 dặm). Trong khi các hệ thống tự trị có liên quan đến cách mạng, đề xuất này được xây dựng dựa trên truyền thống lâu đời của các nhà khoa học NASA.
Như Phil Willems, người quản lý hoạt động Phát triển Công nghệ Starshade của NASA, đã giải thích:
Đây là một ví dụ điển hình về cách công nghệ vũ trụ trở nên phi thường hơn bao giờ hết bằng cách xây dựng những thành công trước đó. Chúng tôi sử dụng đội hình bay trong không gian mỗi khi một viên nang ở Trạm vũ trụ quốc tế. Nhưng Michael và Thibault đã vượt xa điều đó, và chỉ ra một cách để duy trì sự hình thành trên quy mô lớn hơn chính Trái đất.
Bằng cách xác nhận rằng NASA có thể đáp ứng các yêu cầu về cảm biến và kiểm soát sự hình thành nghiêm ngặt này, Thibault Flinois đã giải quyết một trong ba lỗ hổng công nghệ đối với nhiệm vụ Starshade - cụ thể là khoảng cách chính xác liên quan đến kích thước của bóng râm chính nó và gương chính của kính viễn vọng.
Là một trong những kính viễn vọng không gian thế hệ tiếp theo của NASA sẽ phát triển trong những năm tới, WFIRST sẽ là sứ mệnh đầu tiên sử dụng một dạng công nghệ chặn ánh sáng khác. Được biết đến như một vành sao, thiết bị này sẽ được tích hợp vào kính viễn vọng và cho phép nó chụp trực tiếp hình ảnh của sao Hải Vương với các ngoại hành tinh có kích thước sao Mộc.
Trong khi một dự án Starshade chưa được phê duyệt cho chuyến bay, một người có khả năng có thể được gửi đến để làm việc với WFIRST vào cuối những năm 2020. Đáp ứng yêu cầu bay theo đội hình chỉ là một bước để chứng minh rằng dự án là khả thi. Hãy chắc chắn xem video tuyệt vời này giải thích cách hoạt động của một nhiệm vụ Starshade, với sự giúp đỡ của NASA JPL:
