راه ترقی - ناسا می‌خواهد سیاره‌های فراخورشیدی را پیدا کند؛ درنتیجه درحال طراحی سایه‌بان‌های ستاره‌ای و تاج‌نگارهایی است که با مسدودسازی نور ستارگان، دید شفاف به تلسکوپ می‌دهند.

چگونه می‌توان تشخیص داد سیاره‌ای که تریلیون‌ها کیلومتر با ما فاصله دارد، جهانی زمین‌مانند است؟ برای فهمیدن پاسخ، به مدار سیاره و نور ستاره که از سطح و جو آن بازتابیده می‌شود، نگاه می‌کنیم و از این طریق درمی‌یابیم آیا سیاره اقیانوس، اکسیژن و ازن دارد یا نه. بااین‌حال، دیدن نور بازتابیده‌شده از سیاره کار بسیار سختی است. جان ماتر ، اخترفیزیکدان ارشد در مرکز پرواز فضایی گادرد ناسا می‌گوید «نمی‌توانید صرفاً تلسکوپ را به سمت ستاره‌ای آن بیرون نشانه بگیرید و به‌دنبال سیاره‌هایش بگردید. ستاره غرق در تابش خیره‌کننده است.» هر سیاره‌ای شبیه به زمین، تقریباً به‌طور قطع درحال گردش در نزدیکی ستاره میزبانش یافت می‌شود. در مقایسه با ستاره، طیف نور بازتابیده‌شده از سیاره به طرز باورنکردنی ضعیف (به‌طور دقیق 10 میلیارد برابر کم‌نورتر از ستاره) است. آکی روبرژ ، پژوهشگر اخترفیزیک در ناسا می‌گوید «شما در کنار جرمی به‌شدت درخشان، به‌دنبال چیزی هستید که به طرز دیوانه‌وار کم‌نور است.» جستجوی سیاره‌ای فراخورشیدی صرفاً با تلسکوپ، حتی نمونه‌ای واقعا بزرگ، به اندازه یافتن کرم شب‌تاب با نورافکنی که به صورتتان می‌تابد‌، بیهوده است. اما ناسا برای حل مشکل، چند راهکار در دست دارد. اولین راه‌حل، تاج‌نگار با کنتراست بالا نامیده می‌شود؛ ابزاری پیچیده که نور داخل تلسکوپ را حذف می‌کند و در تلسکوپ فضایی نانسی گریس رومن که قرار است سال 2027 پرتاب شود، به‌کار خواهد رفت. سایه‌بان ستاره‌ای، فناوری جدیدتری است که به طریقی دیگر سایه ایجاد می‌کند. سایه‌بان‌های ستاره‌ای فضاپیماهای بدون سرنشینی هستند که برای مسدودسازی نور، در فاصله‌ای دور درمقابل تلسکوپ پرواز می‌کنند. این فناوری هرچند هنوز در فضا آزمایش نشده، در آزمون شبیه‌سازی مقیاس‌بندی‌شده روی زمین، توانایی‌های تصویربرداری شگفت‌انگیز ارائه داده است. ناسا از دانشمندان خواسته است تا این فناوری‌های مسدودکننده نور ستارگان را بهبود دهند. مأموریت‌های آتی می‌توانند آن‌ها را با تلسکوپ‌های زمینی بزرگ یا تلسکوپی که قرار است در دهه 2040 پرتاب شود، ادغام کنند. این تلسکوپ جانشین تلسکوپ فضایی هابل خواهد شد و مسئولیت کاوش و سپس بررسی تقریباً 25 سیاره فراخورشیدی زمین‌مانند را برعهده خواهد گرفت. دو ابزار مسدودکننده نور ستاره، فناوری‌های مشترک ارائه می‌دهند؛ اما برخی دانشمندان باور دارند که آن‌ها می‌توانند با یکدیگر همکاری کنند. مت بولکار ، سرپرست مهندسی سامانه‌های اپتیکال در تلسکوپ رومن و یکی از مأموریت‌های پیشنهادی برای جانشینی هابل می‌گوید بر سر انتخاب ابزار نهایی، بحث بسیار شدید درجریان است. به گفته بولکار، این بحث تا چندین سال آینده ادامه خواهد داشت. نوری که از ستاره و سیاره کوچک کم‌نور کنار آن ساطع می‌شود، به صورت موجی حرکت می‌کند. این امواج که با تلسکوپی قدرتمند به‌طور مستقیم به آن‌ها نگاه می‌شود، یک لکه عظیم و خیره‌کننده از نور ستاره هستند. تلسکوپ به ازای هر فوتون از نور سیاره، 10 میلیارد فوتون نور ستاره را می‌بیند. به منظور دیدن سیاره واقع در نزدیکی ستاره، باید بدون ازدست دادن فوتون‌های اندک نور خود سیاره، نور آن ستاره را با ضریب 10 میلیارد کاهش دهید. به این کار حذف یا کنتراست 10- 10 می‌گویند. در 10- 10، تلسکوپ مسدودکننده نور ستاره می‌تواند نور اغلب سیاره‌های فراخورشیدی زمین‌مانند را حتی در فاصله 160 تریلیون کیلومتری تشخیص دهد.

طرح مفهومی تلسکوپ لووار تیم هاب‌اکس تلسکوپی چهار متری را به همراه تاج‌نگار و سایه‌بانی ستاره‌ای با قطر 52 متر پیشنهاد داده است. برتراند منسون ، دانشمند ارشد آزمایشگاه پیش‌رانش جت ناسا و رئیس مشترک هاب‌اکس، داشتن هر دو ابزار را مناسب می‌داند. سایه‌بان ستاره‌ای فراتر از ارائه کنتراست 10- 10، می‌تواند از پهنای باند وسیعی از طیف نور تصویربرداری و طول موج‌های آب، اکسیژن و ازن را در یک تصویر واحد بررسی کند. درمقابل، تاج‌نگار لووار برای به‌دست‌ آوردن کل طیف نور و یافتن سرنخ‌هایی از این ویژگی‌ها به گرفتن چندین عکس نیاز خواهد داشت. سایه‌بان ستاره‌ای همچنین ممکن است تصویربرداری از سیاره‌های فراخورشیدی واقع در فاصله کمتر از ستاره میزبانشان را امکان‌پذیر و به کشف سیاره‌هایی کمک کند که در مدارهای کوتاه‌تر به دور ستارگانش پنهان شده‌اند. بااین‌حال، سایه‌بان ستاره‌ای که باید جدا از تلسکوپ پرواز کند، برخلاف تاج‌نگار بسیار چالش‌برانگیز است. نیاز به منبع انرژی جداگانه، استفاده از فضاپیما را تا تقریباً 100 رصد یا بیشتر محدود می‌کند و سپس باید آن را از رده خارج یا سوخت‌گیری دوباره کرد. همچنین ترکیب تلسکوپ و سایه‌بان مستلزم آن است که دو فضاپیما برای تعامل با یکدیگر، پروازی دقیق و هماهنگ داشته باشند. مقاله‌های مرتبط: گزارش ده‌سالانه نجوم: ستاره‌شناسان خواستار ساخت ابرتلسکوپ فضایی برای یافتن زمین بعدی هستند هیچ‌ کدام از سیاره‌های فراخورشیدی شناخته‌شده برای رونق حیات مناسب نیستند
سپس البته، مسئله باز شدن در فضا مانند اوریگامی به میان می‌آید. آریا و دیگران درحال کار روی این موضوع بوده و چندین سایه‌بان آزمایشی بزرگ‌اندازه از جنس پلیمر کپتون و یک قاب بازشدنی فیبر کربن ساخته‌اند. سایه‌بان کپتونی از چندین لایه ساخته شده است؛ درنتیجه سوراخ‌های ایجادشده در سایه‌بان دراثر برخورد ریزشهاب‌سنگ‌ها، سایه آن را به خطر نخواهد انداخت. انجام این کار راحت نیست. گلبرگ‌های سایه‌بان ستاره‌ای باید بسیار تیز باشند تا کم‌ترین نور خورشید را به درون تلسکوپ بازتاب دهند. هرگونه اختلال می‌تواند بر تصویربرداری از سیاره فراخورشیدی اثر بگذارد. آریا می‌گوید «ما در حال ساخت یک سازه نوری دقیق هستیم که باید به‌صورت رباتیک تا و باز شود. این امر چالش‌های بسیاری به همراه دارد. ما گام به گام به این مشکلات نزدیک می‌شویم و همچنان فهرستی از کارها وجود دارد که برای اثبات این فناوری باید انجام شوند.» شاید ازآنجاکه پروژه بسیار دشوار است، برخی اخترفیزیکدانان باور دارند که تاج‌نگار به اضافه سایه‌بان ستاره‌ای می‌تواند بهترین ترکیب مؤثر باشد. منسون داشتن یک سامانه هیبریدی را دارای مزیت می‌داند. تاج‌نگار با نشانه‌گیری به سمت ستارگان مختلف، می‌تواند شمار وسیعی از سیاره‌های بالقوه سکونت‌پذیر را تصویربرداری کند. سپس سایه‌بان ستاره‌ای می‌تواند نگاهی با وضوح بالا را به همراه پهنای باند وسیع و ظرفیت پذیرش نور هر سیاره ارائه دهد که برای توصیف عمیق سکونت‌پذیری آن‌ها عالی است. تیم‌های هاب‌اکس و لووار از نزدیک با یکدیگر همکاری کرده‌اند و تیم‌های آتی احتمالاً اعضای آن‌ها را جذب خواهند کرد. سایه‌بان‌های ستاره‌ای احتمالاً کاربردهایی فراتر از مأموریت‌های اعماق فضا نیز خواهند داشت. ناسا برای بررسی امکان استفاده از سایه‌بان ستاره‌ای مداری به‌منظور شناسایی سیاره‌های فراخورشیدی از روی زمین، به تیم جان ماتر بودجه داده است. اورکاس یا ستاره مصنوعی تنظیم‌شدنی مداری (ORCAS)، نخستین رصدخانه هیبریدی زمینی فضایی خواهد بود که با استفاده از پرتوافکن لیزری در فضا به کانون‌یابی تلسکوپ زمینی کمک خواهد کرد و بدین ترتیب، اعوجاج ناشی از نگاه کردن به جو را حذف می‌کند. گام بعدی در طرح پیشنهادی، سایه‌بانی ستاره‌ای با نام «پوشاننده دور» با اندازه 100 متر در مدار نزدیک زمین است. سایه‌بان از آنجا سایه‌اش را روی تلسکوپ خواهد انداخت. ماتر به وایرد گفت «سایه‌بان ستاره‌ای مداری بسیار مشکل‌تر است؛ اما می‌تواند سامانه نهایی رصد سیاره فراخورشیدی باشد. با استفاده از آن می‌توانیم در یک دقیقه نورگیری، زمینی را درحال گردش به دور ستاره‌ای نزدیک ببینیم و در یک ساعت، می‌توانیم بفهمیم آیا سیاره مثل زمین ما، آب و اکسیژن دارد یا نه.» برای تصمیم‌گیری درباره اینکه کدام یک از پروژه‌های یادشده به پیش خواهند رفت، هنوز سال‌ها زمان باقی مانده است. بااین‌حال، تلسکوپ فضایی جیمز وب که اوایل ماه جاری پرتاب شد ، به‌زودی تصاویری را به زمین خواهد فرستاد که به کمک سایه‌بانی کم‌کنتراست‌تر ثبت شده‌اند. جیمز وب در میانه سال 2022 به‌طور کامل عملیاتی خواهد شد و انتظار می‌رود تا وقتی سایه‌اندازان به مراتب قدرتمندتر از راه نرسیده‌اند، پرچم‌دار اصلی در جستجوی سیاره‌های فراخورشیدی باشد.