Pour contribuer aux efforts futurs de localisation et d'étude des exoplanètes, les ingénieurs du Jet Propulsion Laboratory de la NASA - en collaboration avec le programme d'exploration des exoplanètes (ExEP) - travaillent à la création de Starshade. Une fois déployé, ce vaisseau spatial révolutionnaire aidera les télescopes de nouvelle génération en bloquant la lumière obscurcissante provenant d'étoiles lointaines afin que les exoplanètes puissent être imagées directement.
Bien que cela puisse sembler assez simple, le Starshade devra également s'engager dans un vol en formation sérieux afin de faire son travail efficacement. Telle était la conclusion du rapport Milestone 4 de l'équipe de développement technologique Starshade (alias S5), disponible sur le site Web d'ExEP. Comme l'indique le rapport, Starshade devra être parfaitement aligné avec les télescopes spatiaux, même à des distances extrêmes.
Alors que plus de quatre mille exoplanètes ont été découvertes à ce jour sans l'aide d'un Starshade, la grande majorité d'entre elles ont été découvertes par des moyens indirects. Les moyens les plus efficaces ont consisté à observer des étoiles éloignées pour des baisses périodiques de luminosité qui indiquent le passage des planètes (la méthode de transit) et à mesurer les mouvements d'une étoile dans les deux sens pour déterminer la présence d'un système planétaire (la méthode de la vitesse radiale).
Bien qu'efficaces pour détecter les exoplanètes et obtenir des estimations précises de leur taille, de leur masse et de leur période orbitale, ces méthodes ne sont pas très efficaces lorsqu'il s'agit de déterminer les conditions sur leurs surfaces. Pour ce faire, les scientifiques doivent être en mesure d'obtenir des informations spectrographiques sur l'atmosphère de ces planètes, ce qui est essentiel pour déterminer si elles pourraient réellement être habitables.
La seule manière fiable de le faire avec des planètes rocheuses plus petites (alias «semblables à la Terre») est l'imagerie directe. Mais comme les étoiles peuvent être des milliards de fois plus lumineuses que la lumière réfléchie par l'atmosphère d'une planète, c'est un processus incroyablement difficile à réaliser. Entrez dans le Starshade, qui bloquerait la lumière brillante des étoiles en utilisant une nuance qui se déploierait du vaisseau spatial comme les pétales d'une fleur.
Cela améliorera considérablement les chances des télescopes spatiaux repérant les planètes en orbite autour d'une étoile. Cependant, pour que cette méthode fonctionne, les deux vaisseaux spatiaux devront rester alignés à moins de 1 mètre (3 pieds), malgré le fait qu'ils voleront jusqu'à 40 000 km (24 850 mi) l'un de l'autre. Si ils sont
Comme l'explique l'ingénieur JPL Michael Bottom dans un récent communiqué de presse de la NASA:
"Les distances dont nous parlons pour la technologie des étoiles sont assez difficiles à imaginer. Si l'étoile était réduite à la taille d'un dessous de verre, le télescope aurait la taille d'une gomme à crayon et ils seraient séparés d'environ 60 miles [100 kilomètres]. Imaginez maintenant que ces deux objets flottent librement dans l'espace. Ils sont tous les deux confrontés à ces petits remorqueurs et coups de coude de la gravité et d'autres forces, et sur cette distance, nous essayons de les aligner avec précision à environ 2 millimètres près. »
Le rapport S5 Milestone 4 portait principalement sur une plage de séparation de 20 000 à 40 000 km (12 500 à 25 000 mi) et une ombre mesurant 26 mètres (85 pieds) de diamètre. À l'intérieur de ces paramètres, un vaisseau spatial Starshade pourrait travailler avec une mission comme le télescope à champ infrarouge à large champ de la NASA (WFIRST), un télescope avec un miroir principal mesurant 2,4 m (~ 16,5 pi) de diamètre qui devrait être lancé à la mi -2020s.
Après avoir déterminé l'alignement nécessaire entre les deux vaisseaux spatiaux, Bottom et son équipe ont également développé une manière innovante pour les télescopes comme WFIRST de déterminer si le Starshade devait dériver de l'alignement. Cela consistait à construire un programme informatique capable de reconnaître quand les motifs clairs et sombres étaient centrés sur le télescope et quand ils avaient dérivé décentré.
Bottom a constaté que la technique était très efficace pour détecter les moindres changements dans la position d'un Starshade, même aux distances extrêmes impliquées. Pour s'assurer qu'il reste aligné, son collègue ingénieur JPL Thibault Flinois et ses collègues ont développé un ensemble d'algorithmes qui s'appuient sur les informations fournies par le programme Bottom pour déterminer quand les propulseurs du Starshade devraient se déclencher pour le maintenir en alignement.
Combiné avec le travail de Bottom, ce rapport a montré qu'il est possible de maintenir les deux vaisseaux spatiaux alignés en utilisant des capteurs automatisés et des commandes de propulseur - même si une plus grande ombre stellaire et un télescope étaient utilisés et positionnés à 74000 km (46000 mi) l'un de l'autre. Bien que révolutionnaire en ce qui concerne les systèmes autonomes, cette proposition s'appuie sur une longue tradition pour les scientifiques de la NASA.
Comme Phil Willems, directeur de l'activité de développement de la technologie Starshade de la NASA, l'a expliqué:
«Pour moi, c'est un bel exemple de la façon dont la technologie spatiale devient de plus en plus extraordinaire en s'appuyant sur ses succès antérieurs. Nous utilisons le vol en formation dans l'espace chaque fois qu'une capsule accoste à la Station spatiale internationale. Mais Michael et Thibault sont allés bien au-delà et ont montré un moyen de maintenir la formation à des échelles plus grandes que la Terre elle-même. »
En confirmant que la NASA peut répondre à ces exigences strictes de «détection et contrôle des formations», Bottault et son collègue ingénieur du JPL, Thibault Flinois, ont comblé l'une des trois lacunes technologiques auxquelles est confrontée la mission Starshade - en particulier, comment les distances exactes impliquées sont liées à la taille de l'ombre lui-même et le miroir primaire du télescope.
En tant que l'un des télescopes spatiaux de nouvelle génération de la NASA qui montera dans les années à venir, le WFIRST sera la première mission à utiliser une autre forme de technologie de blocage de la lumière. Connu sous le nom de coronographe stellaire, cet instrument sera intégré dans le télescope et lui permettra de capturer directement des images d'exoplanètes de la taille de Neptune à Jupiter.
Bien qu'un projet Starshade n'ait pas encore été approuvé pour le vol, un pourrait potentiellement être envoyé pour travailler avec le WFIRST d'ici la fin des années 2020. Répondre à l'exigence de formation en vol n'est qu'une étape vers la démonstration de la faisabilité du projet. Assurez-vous de regarder cette vidéo cool qui explique comment une mission Starshade fonctionnerait, gracieuseté de NASA JPL:
