NASA, ötegezegenleri gözlemlemek için bir yıldız gölgesi tasarlamak için yardımınızı istiyor

Ötegezegen çalışması alanı son yıllarda uzun bir yol kat etti. Bugüne kadar, bizimkinin dışındaki 3.794 sistemde 5.063 ötegezegen onaylandı ve onay bekleyen 8.819 aday daha var. Önümüzdeki yıllarda, yeni nesil gözlemevleri sayesinde on binlerce gezegenin daha bulunması bekleniyor. Bu arayıştaki nihai amaç, “Dünya benzeri” gezegenleri bulmaktır, yani yaşamı destekleme şansları yüksektir. Bu kolay bir iş değil, çünkü ana yıldızlarının yaşanabilir bölgeleri (HZ’ler) içinde yer alan kayalık gezegenler yakın yörüngede dönme eğiliminde olduklarından onları görmeyi zorlaştırıyor.

Bu süreci kolaylaştırmak için NASA, bir yıldızın ışığını engelleyecek bir “Yıldız gölgesinden” oluşan bir hibrit gözlemevi tasarlıyor, böylece yer tabanlı bir teleskop, yörüngesindeki gezegenleri doğrudan görüntüleyebiliyor. Konsept olarak bilinir Dünya benzeri ötegezegenler için hibrit gözlemevi (HOEE) ve NASA bunu gerçeğe dönüştürmek için kamu girdisi arıyor. Bu amaçla başlattıkları Ultra Hafif Yıldız Gölgesi Yapısal Tasarım YarışmasıHOEE konseptinin bir parçası olarak kullanılabilecek hafif bir yıldız gölge yapısı için bir tasarım geliştirmeleri istenir.

Zorluk, mühendislik ekiplerinin Bilgisayar Destekli Tasarım (CAD) dosyalarını işbirliği yapmasına ve yönetmesine, görüntülemesine ve paylaşmasına yardımcı olan ücretsiz bir bulut tabanlı platforma ev sahipliği yapan Massachusetts merkezli bir girişim olan GrabCAD tarafından barındırılıyor. NASA Turnuva Laboratuvarı, HOEE konseptinin NASA Yenilikçi Gelişmiş Konseptler (NIAC) çalışmasını destekleyen mücadeleyi yönetiyor. Zorluk, NASA’nın Uzay Teknolojisi Misyon Müdürlüğü (STMD) tarafından denetlenen NASA’nın Ödüller, Zorluklar ve Kitle Kaynak Kullanımı programının bir parçasıdır.

Bugüne kadar, bilinen ötegezegenlerin çoğu dolaylı yöntemlerle doğrulanmıştır. Bunlar, bir yıldızın parlaklığındaki periyodik düşüşlerin, gözlemciye göre önünden geçen (geçiş yapan) bir veya daha fazla gezegenin varlığını tespit etmek için kullanıldığı Geçiş Yöntemini (aka. Geçiş Fotometrisi) içerir. Bir diğeri Radyal Hız Yöntemidir (aka. Doppler Spektroskopisi), bir yıldızın ileri geri hareketinin (gözlemciye göre) yıldız üzerinde hareket eden yerçekimi etkilerini (yani bir gezegen sistemi) belirlemek için kullanıldığı.

Kombinasyon halinde kullanıldığında, bu yöntemler, ötegezegenlerin boyut ve yörünge periyodunu (Transit Metodu) ve ilgili kütlelerini (Radyal Hız Metodu) sınırlamada çok etkilidir. Ancak, James Webb Uzay Teleskobu (JWST) gibi yeni nesil araçlarla gökbilimciler, ötegezegenlerin Doğrudan Görüntüleme çalışmalarını yürütebilirler. Bu durumda, uzak ötegezegenlerden gelen ışık doğrudan yakalanır ve bir spektrometre ile analiz edilir. Elde edilen spektrumlar, bir gezegenin yüzey mineralleri hakkında veri sağlayabilir ve okyanusların, kıtaların, hava sistemlerinin, bitki örtüsünün ve atmosferini oluşturan gazların varlığını belirleyebilir.

Bu veriler, gökbilimcilerin ve astrobiyologların ötegezegenleri karakterize etmelerine ve bir gezegenin “yaşanabilir” olup olmadığını güvenle söylemelerine olanak sağlayacaktır. Bu yöntemin önemli bir parçası, dış gezegen atmosferlerinden yansıyan ışığın kimyasal bileşimi belirlemek için spektrometreler kullanılarak görselleştirilip taranabilmesi için ana yıldızların parlamasını engelleyen bir araç olan koronagraftır. NASA’nın Goddard Uzay Uçuş Merkezi’nde kıdemli bir astrofizikçi ve JWST için kıdemli bir proje bilimcisi olan Dr. John Mather şunları söyledi:

“Karma gözlemevi, dünya dışı yaşamla ilgili en acil sorulardan bazılarını yanıtlamamıza yardımcı olabilir. Birçok sistemi gözlemlemek, bizimki gibi konfigürasyonların neden nadir olduğu ve neden hiçbirinin ev gibi olmadığı sorusunu yanıtlamaya yardımcı olabilir. Halkın bunu yapabilmesi gerçekten heyecan verici. Bu devrimci çabanın bir parçası olun. Masaya hangi fikirleri getireceklerini görmek için sabırsızlanıyorum.”

HOEE’nin anahtarı, 2016 yılında NASA JPL’de Habitable Exoplanet Observatory (HabEx) tarafından tanıtılan bir kavram olan “Starshade” uzay aracıdır. Başlangıçta, yalnızca James Webb ve Nancy Grace Roman Uzay Teleskobu gibi uzay teleskoplarının olduğu düşünülüyordu. (RST), yıldız gölgesi tipi bir uzay aracından yararlanabilir. Ancak HOEE konseptiyle, 30 metre sınıfı (~ 100 ft) aralığına giren yer tabanlı teleskoplar da Doğrudan Görüntüleme araştırmaları yapabilir. Buna Aşırı Büyük Teleskop (ELT), Dev Magellan Teleskobu (GMT) ve Otuz Metre Teleskop (TMT) gibi yeni nesil gözlemevleri dahildir.

Ultralight Starshade Structural Design Challenge için NASA, bu görevi yerine getirebilecek hafif bir yıldız gölgesi için fikirler arıyor. NASA’ya göre, bu zorluğun amacı “kütle, şekil, güç ve sertlik gereksinimlerini karşılayabilecek yenilikçi bir düşük kütleli yıldız gölge yapısı” geliştirmektir. Katılımcılar, aşağıdakileri içeren dört önerilen tasarım (veya bunların bir karışımı) arasından seçim yapmakta özgürdür:

1. Mevcut JPL HabEx konseptinin ultra hafif versiyonu
2. yaprakları ile şemsiye
3. Sertleştirilebilir şişirilmiş yapı
4. Kafes tabanlı yapılar

İdeal tasarımın, kompakt paketlemeye ve Dünya yörüngesinde bir kez başarılı dağıtıma izin vereceğini belirtiyorlar. Başka bir deyişle, uzay aracının bir roket yükü kaportasının içine sığabilmesi için çökebilmeli ve katlanabilmelidir, ardından uzaya ulaştığında açılmalıdır. Bu, mühendislerin James Webb ile başardıklarına benzer, özellikle de ana aynası ve güneşliği söz konusu olduğunda. Ayrıca, fırlatmanın daha kolay (ve daha ucuz) olması için mümkün olan en düşük kütleye sahip olması gerektiğini, kimyasal iticilerinin gözlemler sırasında onu hizada tutabileceğini ve farklı hedefleri gözlemlemek için yörüngesini değiştirebileceğini vurguluyorlar.

Bu ve diğer ayrıntılar (yörünge mesafesi ve yıldız gölgesinin çapı dahil) yarışma sayfasında belirtilmiştir:

“Yörüngedeki bir yıldız gölgesi (170.000 km uzaklıkta), gezegenlerinden yansıyan ışığı engellemeden merkezi yıldızın gölgesini oluşturabilir. Yere dayalı en büyük teleskoplarla kullanılabilmesi için yıldız gölgesinin 100 m çapında olması gerekir. Bu büyük yapı, büyük bir roketin (örneğin, Falcon Heavy veya Starship) kaportasının içine sığabilmesi için sıkıca paketlenmelidir.

“Ayrıca mümkün olan en düşük kütleye sahip olmalı ki kimyasal iticiler onu gözlemler sırasında hizalı tutabilsin ve güneş enerjisiyle çalışan elektrik tahrik sistemi birçok hedefi gözlemlemek için yörüngesini değiştirebilsin. NASA, konuşlandırılabilir, düşük kütleli, yüksek stabilite için çığır açan mekanik/yapısal konseptler arıyor. ve yüksek sertlikte yıldız gölge yapısı.”

Bu yarışmaya hak kazanabilmek için katılımcıların ya ABD vatandaşı olması ya da uygun bir ülkeden (belirtilen burada). İlk beş başvuru, 7.000 dolarlık bir ödül çantasını paylaşacak. Yarışma gerekliliklerinin tam listesi ve ilgili tüm bilgi ve belgeler, GrabCAD meydan okuma sayfası.