Misión Nuevos Mundos

La Misión Nuevos Mundos es un proyecto propuesto que comprende un gran ocultador que vuela en formación con un telescopio espacial diseñado para bloquear la luz de las estrellas cercanas con el fin de observar sus exoplanetas en órbita . Las observaciones podrían tomarse con un telescopio espacial existente o un telescopio óptico de luz visible dedicado diseñado óptimamente para la tarea de encontrar exoplanetas. Un proyecto de investigación preliminar fue financiado desde 2005 ^[1] hasta 2008 por el Instituto de Conceptos Avanzados de la NASA (NIAC) y dirigido por Webster Cash de la Universidad de Colorado en Boulder en conjunto con Ball Aerospace & Technologies Corp. , Northrop Grumman , Southwest Research Institute y otros. Desde 2010, el proyecto ha estado buscando financiación adicional de la NASA y otras fuentes por un monto aproximado de US$3 mil millones, incluido su propio telescopio de cuatro metros. ^{[2] [3]} Si se financia y se lanza, operaría durante cinco años.

En la actualidad, la detección directa de planetas extrasolares (o exoplanetas) es extremadamente difícil. Esto se debe principalmente a:

• Los exoplanetas aparecen extremadamente cerca de sus estrellas anfitrionas cuando se observan a distancias astronómicas. Incluso las estrellas más cercanas están a varios años luz de distancia. Esto significa que, al buscar exoplanetas, normalmente se observarían ángulos muy pequeños desde la estrella, del orden de varias decenas de milisegundos de arco . Ángulos tan pequeños son imposibles de resolver desde la Tierra debido a la visibilidad astronómica .
• Los exoplanetas son extremadamente tenues en comparación con sus estrellas anfitrionas. Normalmente, la estrella será aproximadamente mil millones de veces más brillante que el planeta que orbita. Esto hace que sea casi imposible ver planetas contra el resplandor de la estrella.

La dificultad de observar un planeta tan tenue tan cerca de una estrella brillante es el obstáculo que ha impedido a los astrónomos fotografiar directamente exoplanetas. Hasta la fecha, solo se han fotografiado un puñado de exoplanetas. ^[4] El primer exoplaneta en ser fotografiado, 2M1207b , está en órbita alrededor de una estrella llamada 2M1207 . Los astrónomos solo pudieron fotografiar este planeta porque es un planeta muy inusual que está muy lejos de su estrella anfitriona, aproximadamente 55 unidades astronómicas (aproximadamente el doble de la distancia de Neptuno ). Además, el planeta está orbitando una estrella muy tenue, conocida como enana marrón .

Para superar la dificultad de distinguir más planetas similares a la Tierra en las proximidades de una estrella brillante, la Misión Nuevos Mundos bloquearía la luz de la estrella con un ocultador . El ocultador impediría que toda la luz de la estrella llegue al observador, mientras que permitiría que la luz del planeta pase sin perturbaciones. El parasol tendría decenas de metros de diámetro y probablemente estaría hecho de Kapton , un material ligero similar al Mylar . ^[5]

Los métodos tradicionales de detección de exoplanetas se basan en medios indirectos para inferir la existencia de cuerpos en órbita. Estos métodos incluyen:

• Astrometría : observar una estrella moverse ligeramente debido a la influencia gravitacional de un planeta cercano.
• Observación de los desplazamientos Doppler del espectro de la estrella debido al movimiento de la misma.
• Observar la cantidad de luz que proviene de una estrella cambia a medida que un planeta extrasolar transita por ella, impidiendo que una parte de la luz llegue al observador.
• Sincronización del pulsar
• Microlente gravitacional
• Observación de la radiación de los discos circunestelares en el infrarrojo

Todos estos métodos proporcionan evidencia convincente de la existencia de planetas extrasolares, pero ninguno de ellos proporciona imágenes reales de los planetas.

El objetivo de la Misión Nuevos Mundos es bloquear la luz procedente de estrellas cercanas con un ocultador. Esto permitiría la observación directa de planetas en órbita. El ocultador sería un gran disco que volaría miles de kilómetros a lo largo de la línea de visión. El disco probablemente tendría varias decenas de metros de diámetro y cabría dentro de los vehículos de lanzamiento desechables existentes y se desplegaría después del lanzamiento.

Una dificultad con este concepto es que la luz que llega desde la estrella objetivo se difractaría alrededor del disco e interferiría constructivamente a lo largo del eje central. Por lo tanto, la luz de la estrella seguiría siendo fácilmente visible, lo que haría imposible la detección de planetas. Este concepto fue teorizado por primera vez por Siméon Poisson para refutar la teoría ondulatoria de la luz, ya que pensaba que la existencia de un punto brillante en el centro de la sombra no tenía sentido. Sin embargo, Dominique Arago verificó experimentalmente la existencia de la mancha de Arago . Este efecto se puede negar dando una forma específica al ocultador. Al agregar pétalos de una forma especial al borde exterior del disco, la mancha de Arago desaparecerá, lo que permitirá la supresión de la luz de la estrella.

Esta técnica haría posible la detección planetaria de estrellas a aproximadamente 10 parsecs (unos 32 años luz ) de la Tierra. Se estima que podría haber varios miles de exoplanetas dentro de esa distancia. El parasol es similar, pero no debe confundirse con el Aragoscopio , ^[6] que es un dispositivo de imágenes propuesto diseñado para utilizar la difracción de la luz alrededor de un escudo de luz perfectamente circular para producir una imagen. El parasol es un disco coronógrafo con forma de girasol propuesto que fue diseñado para bloquear la luz de las estrellas que interfiere con las observaciones telescópicas de otros mundos. Los "pétalos" de la forma de "girasol" del parasol están diseñados para eliminar la difracción que es la característica central de un Aragoscopio .

El parasol es una nave espacial diseñada por Webster Cash, astrofísico del Centro de Astrofísica y Astronomía Espacial de la Universidad de Colorado en Boulder . ^[7] La ​​nave espacial propuesta fue diseñada para trabajar en conjunto con telescopios espaciales como el Telescopio Espacial James Webb , que no lo utilizó, o un nuevo telescopio de 4 metros. ^[5] Volaría 72.000 km (45.000 mi) frente a un telescopio espacial (entre el telescopio y una estrella objetivo ) y aproximadamente 238.600 millas (384.000 km) de distancia de la Tierra, fuera de la órbita heliocéntrica de la Tierra . ^[8] Cuando se despliega, el parasol se asemeja a un girasol , con protuberancias puntiagudas alrededor de su circunferencia. El parasol actúa como un coronógrafo muy grande : bloquea la luz de una estrella distante, lo que facilita la observación de planetas asociados . El parasol desplegado podría reducir la luz recolectada de estrellas brillantes hasta en 10 mil millones de veces. La luz que se "filtra" por los bordes sería utilizada por el telescopio mientras escanea el sistema objetivo en busca de planetas . Con la reducción de la luz intensa, los astrónomos podrán examinar las atmósferas de exoplanetas a decenas de billones de millas de distancia en busca de posibles firmas químicas de vida . ^[1]

La Misión Nuevos Mundos tiene como objetivo descubrir y analizar planetas extrasolares terrestres :

1. Detección: En primer lugar, utilizando el telescopio espacial y el ‘parasol’ u ocultador, se detectarán directamente los sistemas exoplanetarios.
2. Mapeo del sistema: después de la detección, el mapeo del sistema implicaría el mapeo directo de los sistemas planetarios mediante la detección de la luz planetaria separada de la estrella madre. En una imagen de suficiente calidad, los planetas aparecerían como objetos individuales similares a estrellas. Una serie de imágenes del sistema planetario permitiría mediciones de las órbitas planetarias, y el brillo y los colores de banda ancha de los planetas proporcionarían información sobre su naturaleza básica.
3. Estudios planetarios: En esta etapa, se realizará un estudio detallado de planetas individuales. Con un bajo nivel de ruido y una señal modesta, se pueden realizar espectroscopia y fotometría . La espectroscopia permite a los científicos realizar análisis químicos de atmósferas y superficies , que podrían contener pistas sobre la existencia de vida en otras partes del universo . La fotometría mostrará variaciones en el color y la intensidad a medida que las características de la superficie giran dentro y fuera del campo de visión, lo que permitirá la detección de océanos, continentes, casquetes polares y nubes.
4. Imágenes de planetas: se necesita un gran aumento de la capacidad para lograr imágenes reales de planetas. Sin embargo, las técnicas de interferometría muestran que, en principio, esto es posible. En teoría, se podría cartografiar entre el cincuenta y el cien por ciento de la superficie de un planeta, dependiendo de la inclinación del mismo .
5. Evaluación planetaria: El paso final en los estudios de planetas extrasolares sería la capacidad de estudiar estos mundos distantes de la misma manera que los sistemas de observación de la Tierra estudian la superficie de la Tierra. Un telescopio de este tipo tendría que ser extremadamente grande, para recolectar suficiente luz para resolver y analizar pequeños detalles en la superficie del planeta. Sin embargo, este tipo de estudios no se encuentran en un futuro previsible, ya que se necesitan kilómetros cuadrados de área de recolección para capturar la señal necesaria.

Además de encontrar y analizar planetas terrestres, también puede descubrir y analizar gigantes gaseosos . La Misión Nuevos Mundos también encontrará lunas y anillos que orbitan planetas extrasolares. Esta técnica implicará la obtención de imágenes directas de los planetas bloqueando la luz de las estrellas con un parasol. Estudiará las lunas y los anillos en detalle y descubrirá si las lunas también pueden albergar vida si los planetas gigantes gaseosos orbitan en las zonas habitables de las estrellas madre.

Hay muchas posibilidades para varias misiones de Nuevos Mundos, incluidas

• New Worlds Discoverer propuso utilizar un telescopio espacial existente (como el telescopio James Webb) para encontrar exoplanetas. El tamaño de la pantalla estelar podría optimizarse para el telescopio de observación.
• New Worlds Observer utilizaría dos naves espaciales, una con un telescopio dedicado y otra con un parasol para encontrar exoplanetas. También se está considerando la posibilidad de utilizar dos parasoles: uno apuntaría hacia el objetivo deseado mientras el otro se desplazaba hacia el siguiente objetivo. Esto eliminaría parte del retraso en la observación de diferentes sistemas y permitiría observar muchos más objetivos en el mismo lapso de tiempo. ^[2]
• El New Worlds Imager utilizaría muchas naves espaciales y parasoles estelares, lo que permitiría a los observadores resolver el planeta y obtener imágenes planetarias reales.

• Aragoscopio
• Coronógrafo , un accesorio telescópico para bloquear la luz de una estrella para que se puedan distinguir los objetos cercanos.
• Parasol espacial

• Sitio web oficial de New World en la Universidad de Colorado, Boulder
• Cámara estenopeica para captar imágenes del nuevo mundo
• Encontrar planetas a través de un agujero de alfiler
• La cámara estenopeica más grande jamás creada
• Planetas extraterrestres posarán para una cámara estenopeica gigante en el espacio