La NASA vuole il tuo aiuto per progettare uno starshade starshade, una struttura gigante progettata per bloccare il bagliore delle stelle in modo che i futuri telescopi spaziali possano fotografare i pianeti.
La NASA vuole il tuo aiuto per progettare uno starshade per osservare gli esopianeti
Cercare nell’universo pianeti simili alla Terra è come cercare un ago in un pagliaio. Per promuovere questa esplorazione, la NASA sta supportando lo studio in fase iniziale di un concetto per un osservatorio ibrido che combinerebbe un telescopio terrestre con uno starshade spaziale. Questi dispositivi bloccano l’abbagliamento delle stelle quando si osservano pianeti al di fuori del nostro sistema solare, noti come esopianeti, da terra. L’ Hybrid Observatory for Earth-like Exoplanets (HOEE) converte i più grandi telescopi da terra nei più potenti planetfinder mai realizzati e il pubblico ha l’opportunità di prendere parte a questa impresa rivoluzionaria.
L’ Ultralight Starshade Structural Design Challenge chiede ai partecipanti di sviluppare una struttura leggera per paralume che potrebbe essere utilizzata come parte del concetto HOEE. Il design ideale consentirebbe un imballaggio compatto e un dispiegamento di successo una volta nella sua orbita terrestre. Deve anche avere la massa più bassa possibile in modo che i propulsori chimici possano mantenerlo allineato durante le osservazioni e i sistemi di propulsione possano cambiare la sua orbita per osservare bersagli diversi, il tutto utilizzando meno carburante possibile.
Un modo per individuare un esopianeta nella vasta oscurità dello spazio e determinarne la potenziale abitabilità è osservare la luce che riflette mentre orbita attorno alla sua stella. Questa luce è influenzata dai minerali di superficie, dagli oceani, dai continenti, dal tempo, dalla vegetazione e dai gas che compongono la sua atmosfera. Ma la stella produce spesso un bagliore quando osserva i pianeti dai telescopi terrestri, interrompendo le osservazioni. Starshades proietta un’ombra scura sulla stella senza bloccare la luce dei suoi pianeti, fornendo agli osservatori una visione migliore.
“L’osservatorio ibrido potrebbe aiutarci a rispondere ad alcune delle domande più urgenti sulla vita extraterrestre”, ha affermato il dottor John Mather, astrofisico senior presso il Goddard Space Flight Center della NASA a Greenbelt, nel Maryland, e scienziato di progetto senior per il James Webb Space Telescope . “L’osservazione di molti sistemi aiuterebbe a rispondere alla domanda sul motivo per cui configurazioni come la nostra sono rare e perché nessuno è proprio come a casa. È davvero emozionante che il pubblico possa essere parte di questo sforzo rivoluzionario. Non vedo l’ora di vedere quali idee portano in tavola”.
Le prime cinque candidature condivideranno un montepremi di $ 7.000. La scadenza del concorso è il 22 agosto. La sfida è gestita da GrabCAD. Per ulteriori informazioni sulla sfida, visitare: https://grabcad.com/challenge/nasa-challenge-ultralight-starshade-struc…
Questo concorso sostiene lo studio NASA Innovative Advanced Concepts ( NIAC ) del concetto HOEE. Il NASA Tournament Lab, parte del programma Prizes, Challenges e Crowdsourcing, gestisce la sfida. Il programma supporta concorsi pubblici e crowdsourcing come strumenti per far avanzare la ricerca e lo sviluppo della NASA e altre esigenze della missione. NIAC e il programma Prizes, Challenges e Crowdsourcing fanno parte della Space Technology Mission Directorate della NASA.
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 a 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 (alias 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 sugli 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 della 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. Il Dr. John Mather, un astrofisico senior presso il Goddard Space Flight Center della NASA e uno scienziato di progetto senior per il JWST:
“L’osservatorio ibrido potrebbe aiutarci a rispondere ad alcune delle domande più urgenti sulla vita extraterrestre. L’osservazione di molti sistemi aiuterebbe a rispondere alla domanda sul perché configurazioni come la nostra sono rare e perché nessuna è come casa. È davvero eccitante che il pubblico possa essere parte di questo sforzo rivoluzionario. Non vedo l’ora di vedere quali idee porteranno in tavola”.
La chiave dell’HOEE è la navicella spaziale “Starshade”, un concetto introdotto dall’Habitable Exoplanet Observatory (HabEx) presso la NASA JPL nel 2016. Inizialmente, si pensava che solo i telescopi spaziali come il James Webb e il Nancy Grace Roman Space Telescope (RST) potrebbe trarre vantaggio da un veicolo spaziale del tipo Starshade. Ma con il concetto HOEE, i telescopi terrestri che rientrano nella gamma di 30 metri (~100 piedi) potrebbero anche condurre rilevamenti di imaging diretto. Ciò include osservatori di nuova generazione come l’Extremely Large Telescope (ELT), il Giant Magellan Telescope (GMT) e il Thirty Meter Telescope (TMT).
Per l’Ultralight Starshade Structural Design Challenge, la NASA è alla ricerca di idee per un paralume leggero che possa svolgere proprio questo compito. Secondo la NASA, l’obiettivo di questa sfida è quello di sviluppare una “struttura di paralume stellare innovativa di piccola massa che possa soddisfare i requisiti di massa, forma, resistenza e rigidità”. I partecipanti sono liberi di scegliere tra quattro design suggeriti (o un ibrido di essi), che includono:
Versione ultraleggera dell’attuale concetto JPL HabEx
Ombrello con petali
Struttura gonfiabile rigida
Strutture a traliccio
Il design ideale, affermano, consentirà un imballaggio compatto e un dispiegamento di successo una volta nell’orbita terrestre. In altre parole, deve essere in grado di collassare e ripiegarsi in modo che il veicolo spaziale possa entrare in una carenatura del carico utile del razzo, quindi aprirsi una volta raggiunto lo spazio. Questo è simile a ciò che gli ingegneri hanno realizzato con James Webb, in particolare per quanto riguarda lo specchio principale e il parasole. Sottolineano inoltre che deve avere la massa più bassa possibile per essere più facile (ed economico) da lanciare, che i suoi propulsori chimici possono mantenerlo allineato durante le osservazioni e cambiare la sua orbita per osservare bersagli diversi.
Questi e altri dettagli (inclusa la distanza orbitale e il diametro dello starshade) sono specificati nella pagina della sfida:
“Un paralume in orbita (a 170.000 km di distanza) potrebbe proiettare un’ombra sulla stella centrale senza bloccare la luce riflessa dai suoi pianeti. Per poter essere utilizzato con i più grandi telescopi terrestri, il paralume deve avere un diametro di 100 m. Questa grande struttura deve essere ben imballata in modo da poter stare all’interno della carenatura di un grande razzo (ad esempio, Falcon Heavy o Starship).
“Deve anche avere la massa più bassa possibile in modo che i propulsori chimici possano mantenerlo allineato durante le osservazioni e il sistema di propulsione elettrica solare possa cambiare la sua orbita per osservare molti bersagli. La NASA cerca concetti meccanici/strutturali rivoluzionari per una massa dispiegabile, bassa, alta stabilità, e struttura a stella ad alta rigidità.”
Per essere ammessi a questa sfida, i partecipanti devono essere cittadini statunitensi o provenienti da un paese idoneo (specificato qui ). Le prime cinque candidature condivideranno un montepremi di $ 7.000. L’elenco completo dei requisiti della competizione e tutte le informazioni e la documentazione rilevanti sono pubblicate nella pagina della sfida di GrabCAD .
