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Starshade con observatorio espacial durante el despliegue
Video de demostración de la sombra estelar
Prueba de ocultor de sombra de estrellas, 2014

La Misión de los Nuevos Mundos es un proyecto propuesto que comprende un gran ocultor volando en formación diseñado para bloquear la luz de las estrellas cercanas con el fin de observar sus exoplanetas en órbita . Las observaciones podrían tomarse con un telescopio espacial existente, posiblemente el telescopio espacial James Webb cuando se lance, o con un telescopio óptico de luz visible diseñado de manera óptima para la tarea de encontrar exoplanetas. Un proyecto de investigación preliminar fue financiado desde 2005 [1] hasta 2008 por el Instituto de Conceptos Avanzados de la NASA (NIAC) y dirigido por Webster Cash de la Universidad de Colorado en Boulder junto conBall Aerospace & Technologies Corp. , Northrop Grumman , Southwest Research Institute y otros. Desde 2010, el proyecto ha estado buscando financiamiento adicional de la NASA y otras fuentes por un monto de aproximadamente US $ 3 mil millones, incluido su propio telescopio de cuatro metros, [2] o $ 750 millones para una pantalla estelar que se utilizará con el telescopio espacial James Webb. [3] Si se financia y se lanza, funcionaría durante cinco años.

Propósito [ editar ]

Actualmente, la detección directa de planetas extrasolares (o exoplanetas) es extremadamente difícil. Esto se debe principalmente a:

  • Los exoplanetas aparecen extremadamente cerca de sus estrellas anfitrionas cuando se observan a distancias astronómicas. Incluso las estrellas más cercanas están a varios años luz de distancia. Esto significa que en la búsqueda de exoplanetas, uno sería típicamente observando ángulos muy pequeños de la estrella, del orden de varias decenas de mili - segundos de arco . Los ángulos tan pequeños son imposibles de resolver desde el suelo debido a la visión astronómica .
  • Los exoplanetas son extremadamente tenues en comparación con sus estrellas anfitrionas. Normalmente, la estrella será aproximadamente mil millones de veces más brillante que el planeta en órbita. Esto hace que sea casi imposible ver planetas contra el resplandor de la estrella.

La dificultad de observar un planeta tan tenue tan cerca de una estrella brillante es el obstáculo que ha impedido a los astrónomos fotografiar exoplanetas directamente. Hasta la fecha, solo se han fotografiado un puñado de exoplanetas. [4] El primer exoplaneta fotografiado, 2M1207b , está en órbita alrededor de una estrella llamada 2M1207 . Los astrónomos solo pudieron fotografiar este planeta porque es un planeta muy inusual que está muy lejos de su estrella anfitriona, aproximadamente 55 unidades astronómicas (aproximadamente el doble de la distancia de Neptuno ). Además, el planeta está orbitando una estrella muy tenue, conocida como enana marrón .

Para superar la dificultad de distinguir más planetas similares a la Tierra en las proximidades de una estrella brillante, la Misión de los Nuevos Mundos bloquearía la luz de la estrella con un ocultor . El ocultador bloquearía toda la luz de las estrellas para que no llegara al observador, al tiempo que permitiría que la luz del planeta pasara sin ser molestada. La pantalla estelar tendría decenas de metros de diámetro y probablemente estaría hecha de Kapton , un material liviano similar a Mylar . [5]

Métodos [ editar ]

Artículo principal: Métodos de detección de planetas extrasolares.

Los métodos tradicionales de detección de exoplanetas se basan en medios indirectos para inferir la existencia de cuerpos en órbita. Estos métodos incluyen:

  • Astrometría : observar cómo una estrella se mueve ligeramente debido a la influencia gravitacional de un planeta cercano.
  • Observación de cambios Doppler del espectro de la estrella debido al movimiento de la estrella.
  • Observar la cantidad de luz de una estrella cambia a medida que un planeta extrasolar transita por la estrella, evitando que una parte de la luz llegue al observador.
  • Sincronización del pulsar
  • Microlente gravitacional
  • Observación de la radiación de los discos circunestelares en el infrarrojo.

Todos estos métodos proporcionan evidencia convincente de la existencia de planetas extrasolares, pero ninguno de ellos proporciona imágenes reales de los planetas.

El círculo amarillo representa la estrella, cuya luz está bloqueada por el ocultador. El círculo azul representa el planeta, cuya luz pasa al observador sin ser molestado.

El objetivo de New Worlds Mission es bloquear la luz procedente de estrellas cercanas con un ocultor. Esto permitiría la observación directa de planetas en órbita. El ocultor sería una gran hoja de disco volada miles de kilómetros a lo largo de la línea de visión. El disco probablemente tendría varias decenas de metros de diámetro y cabría dentro de los vehículos de lanzamiento desechables existentes y se desplegaría después del lanzamiento.

Una dificultad con este concepto es que la luz proveniente de la estrella objetivo se difractaría alrededor del disco e interferiría constructivamente a lo largo del eje central. Por lo tanto, la luz de las estrellas aún sería fácilmente visible, lo que haría imposible la detección de planetas. Este concepto fue teorizado por primera vez por Siméon Poisson para refutar la teoría ondulatoria de la luz, ya que pensaba que la existencia de un punto brillante en el centro de la sombra no tenía sentido. Sin embargo Dominique Arago verificó experimentalmente la existencia de la mancha de Arago . Este efecto se puede negar dando forma específica al ocultador. Al agregar pétalos de formas especiales al borde exterior del disco, la mancha de Arago desaparecerá, permitiendo la supresión de la luz de la estrella.

Esta técnica haría posible la detección planetaria de estrellas dentro de aproximadamente 10 parsecs (unos 32 años luz ) de la Tierra. Se estima que podría haber hasta varios miles de exoplanetas dentro de esa distancia. La pantalla estelar es similar pero no debe confundirse con el Aragoscopio , [6] que es un dispositivo de imagen propuesto diseñado para usar la difracción de la luz alrededor de un escudo de luz perfectamente circular para producir una imagen. La sombra estelar es un disco coronógrafo en forma de girasol propuesto que fue diseñado para bloquear la luz de las estrellas que interfiere con las observaciones telescópicas . de otros mundos. Los "pétalos" de la forma de "girasol" de la pantalla estelar están diseñados para eliminar la difracción que es la característica central de un aragoscopio .

La pantalla estelar es una nave espacial diseñada por Webster Cash, astrofísico de la Universidad de Colorado en el Centro de Astrofísica y Astronomía Espacial de Boulder . [7] La nave espacial propuesta está diseñada para trabajar en conjunto con telescopios espaciales como el telescopio James Webb o un nuevo telescopio de 4 metros. [5] Volaría 72.000 km (45.000 millas) frente a un telescopio espacial (entre el telescopio y una estrella objetivo ) y aproximadamente a 238.600 millas (384.000 km) de la Tierra, fuera de la órbita heliocéntrica de la Tierra. [8] Cuando se despliega, la sombra estelar se asemeja a un girasol., con protuberancias puntiagudas alrededor de su circunferencia. La sombra estelar actúa como un coronógrafo muy grande : bloquea la luz de una estrella distante, lo que facilita la observación de los planetas asociados . La pantalla estelar desplegada podría reducir la luz recolectada de estrellas brillantes hasta en 10 mil millones de veces. La luz que se "filtra" alrededor de los bordes sería utilizada por el telescopio mientras escanea el sistema objetivo en busca de planetas . Con la reducción de la luz intensa, los astrónomos podrán comprobar las atmósferas de exoplanetas a decenas de billones de millas de distancia en busca de posibles firmas químicas de la vida . [1]

Objetivos [ editar ]

Visión artística que muestra el contorno del ocultista delante de un telescopio espacial, con exoplanetas en órbita añadidos estilísticamente (no a escala)

La misión New Worlds tiene como objetivo descubrir y analizar planetas extrasolares terrestres :

  1. Detección: Primero, usando el telescopio espacial y la 'sombra estelar', u ocultor, los sistemas exoplanetarios serán detectados directamente.
  2. Mapeo del sistema: después de la detección, el mapeo del sistema implicaría el mapeo directo de los sistemas planetarios a través de la detección de la luz planetaria separada de la estrella madre. En una imagen de calidad suficientemente alta, los planetas aparecerían como objetos individuales similares a estrellas. Una serie de imágenes del sistema planetario permitiría medir las órbitas planetarias, y el brillo y los colores de banda ancha de los planetas proporcionarían información sobre su naturaleza básica.
  3. Estudios de planetas: en esta etapa, se llevaría a cabo un estudio detallado de planetas individuales. Con un nivel de ruido bajo y una señal modesta, se puede realizar espectroscopia y fotometría . La espectroscopía permite a los científicos realizar análisis químicos de atmósferas y superficies , lo que podría contener pistas sobre la existencia de vida en otras partes del universo . La fotometría mostrará variaciones en el color y la intensidad a medida que las características de la superficie giran dentro y fuera del campo de visión, lo que permite la detección de océanos, continentes, casquetes polares y nubes.
  4. Imágenes de planetas: se necesita un gran aumento en la capacidad para lograr imágenes de planetas verdaderas. Sin embargo, las técnicas de interferometría muestran que, en principio, esto es posible. Teóricamente, se podría cartografiar del cincuenta al cien por ciento de la superficie de un planeta, dependiendo de la inclinación del planeta .
  5. Evaluación planetaria: el paso final en los estudios de planetas extrasolares sería la capacidad de estudiar estos mundos distantes de la misma manera que los sistemas de observación de la Tierra estudian la superficie de la Tierra. Tal telescopio necesitaría ser extremadamente grande, para recolectar suficiente luz para resolver y analizar pequeños detalles en la superficie del planeta. Sin embargo, este tipo de estudios no se encuentran en el futuro previsible, ya que se necesitan kilómetros cuadrados de área de recolección para capturar la señal necesaria.

Además de encontrar y analizar planetas terrestres, también puede descubrir y analizar gigantes gaseosos . La Misión New Worlds también encontrará lunas y anillos orbitando planetas extrasolares. Esta técnica implicará imágenes directas de los planetas bloqueando la luz de las estrellas con una pantalla estelar. Estudiará las lunas y los anillos en detalle y descubrirá si las lunas también pueden albergar vida si los planetas gigantes gaseosos orbitan en las zonas habitables de las estrellas madre.

Arquitectura [ editar ]

Hay muchas posibilidades para varias misiones del Nuevo Mundo, tres de las cuales son:

  1. New Worlds Discoverer propuso utilizar un telescopio espacial existente (como el telescopio James Webb que pronto se lanzará) para encontrar exoplanetas. El tamaño de la pantalla estelar podría optimizarse para el telescopio de observación.
  2. New Worlds Observer usaría dos naves espaciales, una que tiene un telescopio dedicado y otra con una pantalla estelar para encontrar exoplanetas. La posibilidad de dos sombras estelares también es una consideración. Una sombra estelar para apuntar hacia el objetivo deseado mientras que la otra se mueve a la posición para el siguiente objetivo. Esto eliminaría parte del retraso en la observación de diferentes sistemas y permitiría observar muchos más objetivos en el mismo período de tiempo. [2]
  3. New Worlds Imager usaría muchas naves espaciales / sombras estelares. Esto permitiría a los observadores resolver el planeta y obtener verdaderas imágenes planetarias.

Ver también [ editar ]

  • Coronagrafíe un accesorio telescópico para bloquear la luz de una estrella para que los objetos cercanos puedan resolverse
  • Parasol espacial
  • Aragoscopio

Referencias [ editar ]

  1. ^ a b La propuesta de CU para crear imágenes de planetas distantes se financia para la segunda ronda de estudio Archivado el 2 de julio de 2014 en Wayback Machine
  2. ^ a b El observador de nuevos mundos . (PDF) Dr. Webster Cash. Universidad de Colorado, Boulder 2010.
  3. ^ Desarrollo de tecnología de nuevos mundos para el observador de nuevos mundos Archivado el 5 de marzo de 2016 en Wayback Machine , (PDF) Dr. Webster Cash. Universidad de Colorado, Boulder 2011.
  4. ^ "La enciclopedia de planetas extrasolares" . Sociedad planetaria. 2007-11-27 . Consultado el 24 de enero de 2008 .
  5. ↑ a b Berger, Brian (4 de diciembre de 2006). "Concepto de Northrop Grumman utiliza sombra para encontrar nuevos planetas" . Espacio . Consultado el 17 de noviembre de 2015 .
  6. ^ Cash, Webster (23 de enero de 2015). "El nuevo concepto de telescopio espacial podría obtener imágenes de objetos con una resolución mucho más alta que el Hubble" . Phys Org . Consultado el 26 de enero de 2015 .
  7. ^ Sitio web de New Worlds
  8. ^ Especificaciones de Starshade

Enlaces externos [ editar ]

  • Sitio web oficial del Nuevo Mundo en la Universidad de Colorado, Boulder
  • Cámara estenopeica para crear imágenes del Nuevo Mundo
  • Encontrar planetas a través de un agujero de alfiler
  • La cámara estenopeica más grande de la historia
  • Planetas alienígenas posarán para una cámara estenopeica gigante en el espacio