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La NASA quiere ayudarte a diseñar sombras estelares para observar exoplanetas

La NASA quiere ayudarte a diseñar sombras estelares para observar exoplanetas

El campo del estudio de los exoplanetas ha recorrido un largo camino en las últimas décadas. Incluso hoy, 5063 exoplaneta Ha sido confirmado en 3.794 sistemas distintos al nuestro, con 8.819 candidatos más en espera de confirmación. En los próximos años, se espera encontrar decenas de miles de otros planetas, gracias a los observatorios de próxima generación. El objetivo final de esta investigación es encontrar planetas «similares a la Tierra», lo que significa que tienen buenas posibilidades de albergar vida. Esta no es una tarea fácil, ya que los planetas rocosos ubicados dentro de las zonas habitables de su estrella madre tienden a orbitar cerca, lo que los hace más difíciles de ver.

Para facilitar este proceso, la NASA está diseñando un observatorio híbrido que consta de una «estrella sombreada» que bloquea la luz de la estrella para que el telescopio terrestre pueda obtener imágenes directamente de los planetas que la orbitan. El concepto se conoce como Observatorio híbrido de exoplanetas similares a la Tierra (HOEE), y la NASA está buscando comentarios del público para hacerlo realidad. Con este fin, lanzaron Desafío de diseño estructural ultraligero Starshadedonde se pide a los participantes que desarrollen un diseño para una estructura ligera de sombra de estrellas que se pueda utilizar como parte del concepto HOEE.

El desafío está organizado por GrabCADuna startup con sede en Massachusetts que aloja una plataforma gratuita basada en la nube que ayuda a los equipos de ingeniería a colaborar, administrar, mostrar y compartir diseño asistido por ordenador (CAD) archivos. los Laboratorio de campeonato de la NASA Es la gestión del desafío lo que apoya Conceptos innovadores avanzados de la NASA (NIAC) Estudio de concepto HOEE. El reto es parte de la NASA Premios, retos y crowdsourcing Programa supervisado por la NASA Dirección de Misión de Tecnología Espacial (STDM).

Hasta la fecha, la mayoría de los exoplanetas conocidos han sido confirmados por métodos indirectos. Éstos incluyen método de tránsito (también conocida como fotometría de tránsito), las caídas periódicas en el brillo de una estrella se utilizan para detectar la presencia de uno o más planetas que pasan frente a ella (en tránsito) en relación con el observador. otro es Método de velocidad radial (también conocida como espectroscopia Doppler), en la que se utiliza el movimiento de la estrella hacia adelante y hacia atrás (en relación con el observador) para determinar los efectos de la gravedad que actúa sobre la estrella (es decir, el sistema planetario).

Cuando se usan juntos, estos métodos son muy efectivos para restringir el tamaño y el período orbital de los exoplanetas (método de tránsito) y sus respectivas masas (método de velocidad radial). Sin embargo, con herramientas de próxima generación como Telescopio espacial James Webb (JWST), los astrónomos pueden hacer Disparos en vivo Estudios de exoplanetas. En este caso, la luz de exoplanetas distantes se captura directamente y se analiza con un espectrómetro. Los espectros obtenidos pueden producir datos sobre los minerales de la superficie del planeta y determinar la presencia de océanos, continentes, sistemas meteorológicos, plantas y gases que componen su atmósfera.

Estos datos permitirán a los astrónomos y astrobiólogos caracterizar los exoplanetas y decir con confianza si un planeta es «habitable» o no. Una parte importante de este método es el coronógrafo, un instrumento que bloquea el resplandor de las estrellas madre para que la luz reflejada en las atmósferas de los exoplanetas pueda visualizarse y escanearse con un espectrómetro para determinar la composición química. El Dr. John Mather, astrofísico jefe del Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA y científico principal del proyecto en JWST, dijo:

El Observatorio Híbrido puede ayudarnos a responder algunas de las preguntas más urgentes sobre la vida extraterrestre. Monitorear varios sistemas ayudará a responder la pregunta de por qué las configuraciones como la nuestra son tan raras y por qué nada como el hogar. Es realmente emocionante para el público poder participar en este esfuerzo revolucionario. No puedo esperar a ver qué ideas traen a la mesa».

La NASA está buscando diseños para una estructura de sombra estelar ultraligera para apoyar un estudio de Conceptos Avanzados Innovadores (NIAC) de la NASA llamado Observatorio Híbrido para Exoplanetas Similares a la Tierra (HOEE). Crédito: NASA/NAIC

La clave de HOEE es la nave espacial «Starshade», un concepto introducido por Observatorio de Exoplanetas Habitables (HabEx) en el JPL de la NASA De vuelta en 2016. Al principio, se pensó que solo los telescopios espaciales como james webb y el Telescopio espacial romano Nancy Grace (RST) podría aprovechar una nave espacial tipo sombra de estrella. Pero con el concepto de HOEE, telescopios terrestres que están dentro del rango de categoría de 30 m (alrededor de 100 pies) también pueden realizar estudios de imágenes en vivo. Esto incluye observatorios de próxima generación como telescopio muy grande (ELT), Telescopio Magallanes Gigante (GMT) y Telescopio de treinta metros (TMT).

Para el Desafío de Diseño Estructural de Sombra Estelar Ultraligera, la NASA está buscando ideas para sombras estelares livianas que puedan realizar esta misma tarea. Según la NASA, el objetivo de este desafío es desarrollar una «estructura innovadora de estrella estelar de baja masa que pueda cumplir con los requisitos de masa, forma, resistencia y rigidez». Los participantes son libres de elegir entre cuatro diseños propuestos (o una combinación de ellos), que incluyen:

1. Versión ligera del concepto JPL HabEx actual
2. Paraguas con pétalos
3. Estructura inflada rígida
4. Estructuras basadas en trusses

El diseño perfecto, dicen, permitiría un empaque compacto y un despliegue exitoso una vez en la órbita de la Tierra. En otras palabras, debe poder colapsarse y plegarse para que la nave espacial pueda caber dentro de la aerodinámica de carga útil del cohete, y luego desplegarse una vez en el espacio. Esto es similar a lo que lograron los ingenieros con James Webb, especialmente con respecto al espejo base y el protector solar. También enfatizan que debe tener la masa más baja posible para ser más fácil (y más barato) de lanzar, y que sus propulsores químicos pueden sostenerlo durante las observaciones, cambiando su órbita para monitorear varios objetivos.

Estos y otros detalles (incluida la distancia orbital y el diámetro de la sombra estelar) se especifican en la página del desafío:

Las sombras de las estrellas que orbitan a su alrededor (a 170.000 km de distancia) pueden proyectar una sombra sobre la estrella central sin bloquear la luz reflejada por sus planetas. Para ser utilizada con los telescopios terrestres más grandes, la sombra de la estrella debe tener un diámetro de 100 metros. Este gran casco debe estar bien envuelto para que pueda caber dentro de un gran cohete aerodinámico (por ejemplo, un Falcon Heavy o Starship).

«También debe tener la masa más baja posible para que los impulsos químicos puedan mantenerlo equilibrado durante las observaciones y el sistema de propulsión eléctrica solar pueda cambiar su órbita para monitorear muchos objetivos. La NASA está siguiendo los conceptos mecánicos/estructurales sobrenaturales de baja, desplegable, alta». estabilidad y alta rigidez de la sombra estelar».

Para ser elegible para este desafío, los participantes deben ser ciudadanos estadounidenses o de un país elegible (especificado aqui). Las primeras cinco entradas participarán en una cartera de premios de $7,000. La lista completa de requisitos de competencia y toda la información y los documentos relevantes se publican en Página del desafío de GrabCAD.

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