Flower Power: Riesige 'Starshades' für Exoplaneten-Jagd vorbereitet

Sonnenblumenförmiger Sternenschatten

Künstlerische Darstellung eines sonnenblumenförmigen Sternenschirms, der Weltraumteleskopen helfen könnte, fremde Planeten zu finden und zu charakterisieren. (Bildnachweis: NASA/JPL/Caltech)



In dem Versuch, Planeten außerhalb des Sonnensystems besser zu charakterisieren, wenden sich einige Wissenschaftler großen, blumenförmigen Scheiben zu, die als Sternenschatten bekannt sind.



Vorgesehen für den Einsatz im Weltraum in Kombination mit einem separat fliegenden Teleskop, a Sternenschatten würde das Licht eines Muttersterns blockieren, sodass schwache Exoplaneten beobachtet und untersucht werden können. Doch bevor der erste Sternenschatten ins All geschickt werden kann, muss die Technologie auf der Erde getestet werden – und das ist keine triviale Aufgabe.

„Die einzigartige Architektur des Sternenschirms – nämlich die erforderliche Größe und Trennung – macht es schwierig, kostengünstig zu testen“, sagte Anthony Harness, ein Doktorand an der University of Colorado, Boulder, gegenüber demokratija.eu. [ Die seltsamsten außerirdischen Planeten ]



Harness arbeitet mit Tiffany Glassman und Steve Warwick vom Luft- und Raumfahrtunternehmen Northrop Grumman zusammen, um Sternenschatten auf der Erde in trockenen Seebetten und auf Berggipfeln zu testen. Harness präsentierte im April einige der Testergebnisse auf dem Symposium Emerging Researchers in Exoplanet Science (ERES) an der Pennsylvania State University.

Ursprünglich wurde ein Zeppelin vorgeschlagen, um den Sternenschirm in die Luft zu heben, aber er erwies sich als unzuverlässig.

Ursprünglich wurde ein Zeppelin vorgeschlagen, um den Sternenschirm in die Luft zu heben, aber er erwies sich als unzuverlässig.(Bildnachweis: Anthony Harness)

Sternenschatten in der Luft



Erdähnliche außerirdische Planeten sind bis zu 10 Milliarden Mal lichtschwächer als die Sterne, die sie umkreisen, was es zu einer Herausforderung macht, sie zu untersuchen.

'Wenn Sie Ihr Teleskop auf einen Stern richten, werden Sie einfach vom Sternenlicht überwältigt', sagte Harness in seiner Präsentation.

Ein Starshade, auch bekannt als externer Okkulter, würde diesem Effekt entgegenwirken, indem er das Licht eines Sterns blockiert, ähnlich wie wenn Sie Ihre Hand über die Sonne legen, können Sie andere Objekte am Himmel sehen. Sternenschatten können eine Vielzahl von Größen haben; ein typisches Teleskop könnte 30 Meter breit sein und Zehntausende von Meilen von seinem Partnerteleskop entfernt fliegen.



Und der Sternenschatten wäre kein perfekter Kreis. Stattdessen hätte es blütenblattartige Vorsprünge, die eine weichere Kante erzeugen würden, was zu einer geringeren Lichtbiegung (und damit zu einem dunkleren Schatten) führt.

Starshades könnten mit jedem Weltraumteleskop verwendet werden, vom James Webb-Weltraumteleskop bis hin zu einem zukünftigen Instrument, sagen Befürworter.

Die NASA hat kürzlich eine Studie namens Exo-S durchgeführt, in der eine potenzielle 1-Milliarde-Dollar-Weltraumteleskop-Mission bewertet wurde. Aber bevor so viel Geld ausgegeben wird, müssen ernsthafte Tests auf der Erde durchgeführt werden, um zu überprüfen, ob das Sternenschattenkonzept funktioniert. [ Wie sich der planetenjagdliche Sternenschatten im Weltraum entfaltet (Video) ]

Schema eines von einer Rakete aufgewirbelten Sternenschirms. Ein Führungsteleskop wird die Rakete lenken, während ein Wissenschaftsteleskop den Himmel dahinter untersucht.

Schema eines von einer Rakete aufgewirbelten Sternenschirms. Ein Führungsteleskop wird die Rakete lenken, während ein Wissenschaftsteleskop den Himmel dahinter untersucht.(Bildnachweis: Anthony Harness)

'Wir wollen diesen Angstfaktor loswerden, an den jeder denkt, wenn er an eine 30-Meter-Disk im Weltraum denkt', sagte Harness.

Das Grundkonzept der Tests sieht ein kleines Teleskop am Boden vor, in dem ein Sternenschirm in kurzer Entfernung aufgehängt ist. Ursprünglich begann das Team mit der Idee, die Scheibe an einem Zeppelin aufzuhängen. Es stellte sich jedoch heraus, dass das Luftschiff mit der nötigen Präzision schwer zu kontrollieren war.

'Es stellte sich heraus, dass man einen riesigen Ballon nicht zentimetergenau halten kann', sagte Harness.

Bevor die Probleme gelöst werden konnten, ging die Firma, die die Zeppeline herstellte, aus dem Geschäft.

Daher plant das Team, bei Tests, die bald durchgeführt werden sollen, wiederverwendbare Raketen zu verwenden. Auf dem Boden stehen zwei Teleskope. Einer wird die notwendige Wissenschaft durchführen, während der andere Zielfernrohr Infrarotlichter an der Rakete anvisiert, um sie präzise zu positionieren. (Ein in den Weltraum gestarteter Sternenschirm würde das Wissenschaftsteleskop nutzen, um bei seiner Positionierung zu helfen, sagte Harness.)

Sternenschatten auf einem Berg

Sternenschirme am Himmel schweben zu lassen, ist nicht die einzige Möglichkeit, die Technologie zu testen.

'Die nächstbeste Option ist, diese lästigen Fahrzeuge und ihre Stabilität loszuwerden und einfach einen Sternenschirm auf einem Berg zu montieren', sagte Harness.

Das Team hat mehrere Starshade-Tests auf trockenen Seeböden in der Wüste durchgeführt und einen Starshade 2 Kilometer vom Teleskop entfernt platziert.

In den Wüstentests wurde keine Astronomie durchgeführt. Stattdessen diente eine extrem helle Lichtquelle als „Stern“, während ein weit dunkleres LED-Licht als „Planet“ fungierte.

'Der ganze Zweck dieser Tests war, zu zeigen, dass wir einen milliardenfachen Kontrast erzielen können', sagte Harness.

Ein abgewickeltes Teleskop könnte auf einem Berg platziert werden, während sich ein Teleskop auf dem Boden mit der Erde bewegt, um den Himmel dahinter zu untersuchen.

Ein abgewickeltes Teleskop könnte auf einem Berg platziert werden, während sich ein Teleskop auf dem Boden mit der Erde bewegt, um den Himmel dahinter zu untersuchen.(Bildnachweis: Anthony Harness)

Wie vorhergesagt blockierte der Starshade erfolgreich das 'stellare' Licht, so dass das Team den 'Planeten' beobachten konnte. Diese Ergebnisse wurden 2013 online veröffentlicht in Verfahren des SPIE (Gesellschaft für Ingenieure für fotografische Instrumentierung).

Die Verwendung eines am Boden montierten Sternenschirms für die Astronomie erforderte einen etwas anderen Ansatz. Das Team nahm den ungefähr kreisrunden Sternenschirm und wickelte ihn ab, um einen Lattenzaun auf einem Hügel zu schaffen. Während sich die Erde drehte, bewegten sich die Hintergrundsterne gegen den Sternenschirmzaun, der so geneigt war, dass er dem Weg folgte, den sie über den Himmel nehmen würden.

Wenn sich die Erde bewegt, muss sich auch das Beobachtungsteleskop bewegen, um denselben Stern weiter zu untersuchen. Das Team machte ein Bild des Sterns, den sie beobachten wollten, und bewegte dann das Teleskop die Straße entlang, wo sie darauf warteten, dass sich der Stern hinter dem nächsten Blütenblatt ausrichtet.

Das Studium der Sterne mit dem Sternenschirm auf dem Boden erwies sich als schwierig. Die Bedingungen änderten sich ständig, wenn Licht durch die Erdatmosphäre gebrochen wurde. Um dies zu kompensieren, wurde das Teleskop auf einem motorisierten Tisch platziert, der es den Forschern ermöglichte, den Sternenschirm in der Sichtlinie des Sterns zu positionieren.

Die Abstände zwischen dem Sternenschirm und dem Beobachtungsteleskop wurden nach und nach vergrößert. Ziel ist es, die Technologie in einer Entfernung von 3 km erfolgreich zu testen. In dieser Entfernung sollte das Team mit dem kleineren erdgebundenen Sternenschatten in der Lage sein, die Trümmerscheibe um den Stern aufzulösen Fomalhaut , sagte Harness.

Eine solche Auflösung wäre vergleichbar mit der, die für die Untersuchung eines Exoplaneten erforderlich ist, und Harness ist zuversichtlich, dass das Team erfolgreich sein wird.

'Wir glauben, dass Sternenschatten die einzige kurzfristige Lösung sind, um die Bewohnbarkeit eines erdähnlichen Planeten zu charakterisieren und zu bestimmen', sagte er.

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