Le domaine de l’étude des exoplanètes a parcouru un long chemin au cours des dernières décennies. À ce jour, 5 063 exoplanètes ont été confirmés dans 3 794 systèmes autres que le nôtre, avec 8 819 autres candidats en attente de confirmation. Dans les années à venir, des dizaines de milliers de planètes supplémentaires devraient être découvertes grâce aux observatoires de nouvelle génération. Le but ultime de cette recherche est de trouver des planètes “ressemblant à la Terre”, ce qui signifie qu’elles ont de bonnes chances de soutenir la vie. Ce n’est pas une tâche facile, car les planètes rocheuses situées dans les zones habitables (HZ) de leur étoile mère ont tendance à orbiter étroitement, ce qui les rend plus difficiles à voir.
Pour faciliter ce processus, la NASA conçoit un observatoire hybride composé d’un “Starshade” qui bloquera la lumière d’une étoile afin qu’un télescope au sol puisse directement imager les planètes qui l’orbitent. Le concept est connu sous le nom de Observatoire hybride pour les exoplanètes semblables à la Terre (HOEE), et la NASA recherche la contribution du public pour en faire une réalité. Pour cela, ils ont lancé le Défi de conception structurelle Ultralight Starshadeoù les participants sont invités à développer une conception pour une structure en étoile légère qui pourrait être utilisée dans le cadre du concept HOEE.
Le défi est organisé par GrabCADune startup basée dans le Massachusetts qui héberge une plate-forme cloud gratuite qui aide les équipes d’ingénierie à collaborer et à gérer, afficher et partager Conception assistée par ordinateur (CAO). La Laboratoire de tournois de la NASA gère le défi, qui soutient le Concepts avancés innovants de la NASA (NIAC) étude du concept HOEE. Le défi fait partie de la NASA Prix, défis et crowdsourcing programme, supervisé par la NASA Direction des missions de technologie spatiale (STMD).
À ce jour, la plupart des exoplanètes connues ont été confirmées par des méthodes indirectes. Ceux-ci incluent le Méthode de transit (alias Photométrie de transit), où des baisses périodiques de la luminosité d’une étoile sont utilisées pour détecter la présence d’une ou plusieurs planètes passant devant elle (en transit) par rapport à l’observateur. Un autre est le Méthode de vitesse radiale (aka. Spectroscopie Doppler), où le mouvement d’une étoile d’avant en arrière (par rapport à l’observateur) est utilisé pour déterminer les influences gravitationnelles agissant sur l’étoile (c’est-à-dire un système de planètes).
Lorsqu’elles sont utilisées en combinaison, ces méthodes sont très efficaces pour contraindre la taille et la période orbitale des exoplanètes (méthode de transit) et leurs masses respectives (méthode de vitesse radiale). Cependant, avec des instruments de nouvelle génération comme le Télescope spatial James Webb (JWST), les astronomes peuvent conduire Imagerie directe Etudes d’exoplanètes. Dans ce cas, la lumière des exoplanètes lointaines est capturée directement et analysée avec un spectromètre. Les spectres obtenus peuvent fournir des données sur les minéraux de surface d’une planète et déterminer la présence d’océans, de continents, de systèmes météorologiques, de végétation et des gaz qui composent son atmosphère.
Ces données permettront aux astronomes et aux astrobiologistes de caractériser les exoplanètes et de dire en toute confiance si une planète est “habitable” ou non. Une partie importante de cette méthode est le coronographe, un instrument qui bloque l’éblouissement des étoiles mères afin que la lumière réfléchie par les atmosphères d’exoplanètes puisse être visualisée et scannée à l’aide de spectromètres pour déterminer la composition chimique. Le Dr John Mather, astrophysicien senior au Goddard Space Flight Center de la NASA et scientifique senior du projet pour le JWST, a déclaré :
“L’observatoire hybride pourrait nous aider à répondre à certaines des questions les plus pressantes sur la vie extraterrestre. L’observation de nombreux systèmes aiderait à répondre à la question de savoir pourquoi les configurations comme la nôtre sont rares et pourquoi aucune n’est tout à fait comme chez nous. C’est vraiment excitant que le public puisse faire partie de cet effort révolutionnaire. J’ai hâte de voir quelles idées ils apporteront à la table.
La clé du HOEE est le vaisseau spatial “Starshade”, un concept introduit par le Observatoire des Exoplanètes Habitables (HabEx) chez NASA JPL retour en 2016. Au départ, on pensait que seuls les télescopes spatiaux comme le James Webb et le Télescope spatial romain Nancy Grace (RST) pourrait bénéficier d’un engin spatial de type starshade. Mais avec le concept HOEE, télescopes au sol qui tombent dans la gamme de 30 mètres (~ 100 pieds) pourraient également effectuer des levés d’imagerie directe. Cela inclut les observatoires de nouvelle génération comme le Télescope extrêmement grand (ELT), Télescope géant de Magellan (GMT), et le Télescope de trente mètres (TMT).
Pour le Ultralight Starshade Structural Design Challenge, la NASA recherche des idées pour un starshade léger qui pourrait accomplir cette tâche. Selon la NASA, l’objectif de ce défi est de développer une “structure d’étoiles à faible masse innovante qui pourrait répondre aux exigences de masse, de forme, de résistance et de rigidité”. Les participants sont libres de choisir parmi quatre modèles suggérés (ou un hybride de ceux-ci), qui incluent :
1. Version ultralégère du concept JPL HabEx actuel
2. Parapluie à pétales
3. Structure gonflée rigidifiable
4. Structures en treillis
La conception idéale, déclarent-ils, permettra un emballage compact et un déploiement réussi une fois en orbite terrestre. En d’autres termes, il doit pouvoir s’effondrer et se replier pour que le vaisseau spatial puisse tenir à l’intérieur d’un carénage de charge utile de fusée, puis se déployer une fois qu’il atteint l’espace. Ceci est similaire à ce que les ingénieurs ont accompli avec James Webb, en particulier en ce qui concerne son miroir principal et son pare-soleil. Ils soulignent également qu’il doit avoir la masse la plus faible possible pour être plus facile (et moins cher) à lancer, que ses propulseurs chimiques peuvent le maintenir aligné pendant les observations et modifier son orbite pour observer différentes cibles.
Ces détails et d’autres (y compris la distance orbitale et le diamètre de l’étoile) sont spécifiés sur la page du défi :
“Une ombre étoilée en orbite (à 170 000 km) pourrait projeter une ombre sur l’étoile centrale sans bloquer la lumière réfléchie par ses planètes. Pour pouvoir être utilisé avec les plus grands télescopes au sol, le starshade doit avoir un diamètre de 100 m. Cette grande structure doit être bien emballée afin qu’elle puisse s’adapter à l’intérieur du carénage d’une grande fusée (par exemple, Falcon Heavy ou Starship).
«Il doit également avoir la masse la plus faible possible afin que les propulseurs chimiques puissent le maintenir aligné pendant les observations et que le système de propulsion électrique solaire puisse changer d’orbite pour observer de nombreuses cibles. La NASA recherche des concepts mécaniques / structurels révolutionnaires pour une structure starshade déployable, de faible masse, à haute stabilité et à haute rigidité.
Pour être éligibles à ce défi, les participants doivent être citoyens américains ou d’un pays éligible (spécifié ici). Les cinq meilleures soumissions se partageront une bourse de 7 000 $. La liste complète des exigences du concours et toutes les informations et documents pertinents sont affichés sur le Page du défi GrabCAD.
Lectures complémentaires : Nasa
