太空探索：天文學家建造太空望遠鏡，以用於探索附近的恆星！
在2021年，一個像Cheerios盒一樣大小的宇宙飛船將攜帶一個小望遠鏡進入地球軌道進行一次不同尋常的任務。它的任務是監測小恆星的耀斑和太陽黑子，以評估太空環境對於圍繞它們運行的行星的適宜居住環境。
這種被稱為星球活動研究CubeSat的航天器，簡稱SPARCS，是美國宇航局資助的新型太空望遠鏡。該任務包括航天器設計，集成和由此產生的科學，由亞利桑那州立大學地球與太空探索學院（SESE）領導。
“這是對天體物理學和天體生物學的邊界任務，”SESE的助理教授，SPARCS任務的首席研究員Evgenya Shkolnik說。“我們將研究圍繞恆星的可居住性和高能環境，我們稱之為M矮星。”
她於2018年1月10日在華盛頓特區舉行的美國天文學會第231次會議上宣佈了這項任務與太陽相比，SPARCS將關注的星星小，昏暗，涼爽。太陽的大小和溫度不到一半，它們的亮度只有百分之一。
選擇SPARCS的目標星可能看起來違反直覺。如果天文學家在可居住的環境中尋找系外行星，為什麼還要為那些與太陽不同的恆星打擾呢？答案在於數字。首先，M矮星非常普遍。它們佔我們銀河系中所有恆星的四分之三，比太陽般的恆星20比1多。
天文學家已經發現，基本上每顆M矮星都至少有一顆繞行軌道運行，而四分之一系統中有一顆岩石行星位於恆星的可居住區。這是一個可能對生命友好的地區，我們知道它的溫度既不太熱也不太冷，而且行星表面可能存在液態水。
因為M矮星是如此豐富，天文學家估計我們的星系本身就包含大約400億個 - 那十億個星球上有可居住區域的B岩石行星。這意味著我們星系軌道M中的大部分可居住區行星都相形見絀。事實上，最近的一個，被稱為Proxima b，距離我們只有4.2光年遠，這是我們家門口的天文數字。
因此，當天文學家開始探索棲息在其他恆星可居住區域的系外行星的環境時，M矮星在搜索中佔據了很大的位置。
拍攝活躍恆星的脈搏！
根據Shkolnik的說法，雖然M矮星很小而且很酷，它們比太陽更活躍，耀斑和其他爆發射出強大的輻射進入它們周圍的空間。但沒有人確切知道這些小星星究竟有多活躍。在為期一年的名義任務中，SPARCS將一次盯著目標明星數週，以期解決難題。
SPARCS太空船的核心將是一個直徑為9釐米或3.6英寸的望遠鏡，以及一個帶有兩個紫外線敏感探測器的攝像頭，由美國宇航局的噴氣推進實驗室開發。望遠鏡和相機都將針對使用紫外線進行觀測進行優化，紫外線強烈影響地球的大氣層及其在地表生存的潛力。
“人們一直在可見光下監視M矮星。但是恆星最強烈的耀斑主要發生在紫外線，地球的大氣層主要阻擋，”Shkolnik說。雖然軌道上的哈勃太空望遠鏡可以不受阻礙地觀察紫外波長的恆星，但它過度擁擠的觀測時間表只會讓它只為M矮星投入最少的時間。
“哈勃在很短的時間內為我們提供了許多明星的細節。但是為了理解他們的活動，我們需要長時間觀察許多明星，而不是少數幾個快照，”Shkolnik說。
離地球最近的系外行星是Proxima b，距離我們只有4.2光年。Proxima b繞著一顆紅矮星運行，這是銀河系中數十億顆之一。由於紅矮星通常伴隨著行星系統，因此這些恆星是新的由ASU領導的太空望遠鏡任務的目標，該任務將確定任何環繞它們的系外行星的空間環境的可居住性。捕獲M矮星的長時間觀測將讓天文學家研究恆星活動如何影響繞恆星運行的行星。
Shkolnik說：“當它們變老時，M矮星不僅比太陽更活躍，它們還能更長時間保持活躍。”“當它已經有1000萬年曆史的時候，太陽已經變得不那麼活躍了，從那以後它一直在穩步下降。但是M矮星可以保持活躍3億到6億年，其中一些最小的M星基本上都在燃燒永遠。”
建立本地，飛行全球！
SPARCS將跟隨源自SESE的其他太空儀器和探測器的腳步。已經前往小行星Bennu（2018年8月到達）的是OSIRIS-REx熱發射光譜儀（OTES）。
鳳凰城CubeSat（由全校學生團隊建造，用於研究地球上城市的當地氣候影響），LunaH-Map（用於測量月球氫氣作為水的代表），Europa熱發射成像系統（至尋找木星月球歐羅巴上的溫度異常，露西熱發射光譜儀（測量木星的特洛伊小行星家族中的表面特性）和普賽克，研究一個完全由鎳和鐵製成的小行星。
與LunaH-Map一樣，SPARCS是一個由六個立方體單元構成的CubeSat，每個單元大約四英寸。這些被加入以使宇宙飛船在被稱為6U航天器的兩個單位寬，三個長。太陽能電池板從一端像翅膀一樣延伸。
“在大小和形狀上，SPARCS最像一個家庭大小的Cheerios盒子，”Shkolnik說。
該航天器將包含三個主要系統 - 望遠鏡，攝像機以及操作和科學軟件。與Shkolnik一起，SESE天文學家Paul Scowen，Daniel Jacobs和Judd Bowman將負責監督望遠鏡和攝像機的開發，以及軟件和系統工程，將它們整合在一起。
望遠鏡使用鏡面系統，塗層針對紫外線進行了優化。與相機一起，該系統可以測量M矮星的亮度的非常小的變化，以執行任務的主要科學。該儀器將在ASU進行測試和校準，準備飛行，然後再集成到航天器的其餘部分。
“我們將與SPARCS進行有限的無線電通信，因此我們計劃使用中央計算機在船上進行相當多的數據處理，”Jacobs說。“我們將在ASU編寫該軟件，使用航天器和相機的原型來測試我們的代碼。”
雅各布斯發佈後表示，該團隊將在亞利桑那州立大學開展科學運營，通過全球地面站網絡連接SPARCS。
Shkolnik說，任務計劃的一個關鍵部分是讓研究生和本科學生擔任各種角色。這將為他們提供教育和培訓機會，成為未來的工程師，科學家和使命領導者。
“從實驗室到發射的快速發展步伐可能短至幾年 - 與學生的時間表一致，”Shkolnik說。“他們可以繼續工作，從他們在亞利桑那州立大學的時候開始。”
小包裝，大科學！
加入ASU參與SPARCS任務的有來自華盛頓大學，亞利桑那大學，洛厄爾天文臺，西南研究所和美國宇航局噴氣推進實驗室的科學家。“SPARCS任務將展示如何利用合適的技術，小型太空望遠鏡可以回答大的科學問題，”Shkolnik說。
這些包括，她說，“我們人類在宇宙中獨自存在的可能性有多大？我們應該在哪裡尋找可居住的行星？我們能否找到一種新的，更富有成效的理解，使外行星系統成為可居住的？”
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