В последнее десятилетие поиск похожих на Землю экзопланет стал одним из главных приоритетов астрономии. Поиск признаков жизни в миллиардах галактик и звездных систем сродни поиску иголки в стоге сена, но новый подход НАСА направлен на то, чтобы сделать их обнаружение бесконечно более легким.
Предлагаемое исследование, получившее название "Гибридная обсерватория для поиска землеподобных экзопланет" (HOEE), предусматривает создание двухсторонней обсерватории - как на Земле, так и на орбите - для создания одного из самых мощных приборов для поиска планет из когда-либо созданных. HOEE планирует использовать следующее поколение мощных телескопов, находящихся в стадии строительства, таких как Гигантский Магелланов телескоп и Чрезвычайно большой телескоп (ELT) в чилийской пустыне Атакама, а также космический инструмент, называемый "звездочетом" - объектом, который может быть использован для блокировки света чрезвычайно яркого объекта.
В настоящее время существует два способа непосредственного наблюдения за экзопланетами. Ученые могут делать снимки с помощью мощных камер телескопов, которые могут быть переданы по воздуху на Землю с помощью радиоволн, чтобы определить место, где планета может вращаться вокруг звезды. Например, космический телескоп "Хаббл" обнаружил сотни экзопланет с помощью своей цифровой камеры. Еще одна стратегия, которую используют астрономы, - это метод, называемый транзитной спектроскопией. Когда свет от близкой звезды проходит через атмосферу орбитальной планеты, он приобретает свойства того, через что он прошел. Когда свет достигает телескопа в космосе или на земле, ученые могут обработать множество данных, таких как атмосферная и структурная информация, о среде, через которую прошел свет. Космический телескоп Джеймса Уэбба использовал этот метод для наблюдений за экзопланетой Оса-96. Но хотя JWST способен обнаруживать экзопланеты, его основные исследовательские задачи и дизайн не направлены на поиск внеземной жизни на далеких планетах. Именно здесь на помощь может прийти гибридная обсерватория - система, состоящая из двух частей, в которой используются приборы как на земле, так и в космосе.
Свет далеких планет, подобных Земле, чрезвычайно слаб, поэтому присутствие экзопланеты легко может быть смыто звездами, такими же яркими, как наше Солнце, объясняет Джон Мазер, старший астрофизик Лаборатории обсервационной космологии Центра космических полетов НАСА имени Годдарда и руководитель исследования HOEE. Это не очень хорошо, когда астрономы ищут в галактике места, похожие на нашу Солнечную систему.
"Солнце в 10 миллиардов раз ярче Земли", - говорит Мазер. "Это огромное количество бликов". Поиск небольших объектов, особенно "маленькой Земли", в этом интенсивном блике чрезвычайно сложен, говорит он. Но звездная штора предлагает способ блокировать сияние звезды-хозяина.
В целом, звездопад - это объект, который размещается в пространстве между телескопом на Земле и звездой, которую астрономы хотели бы наблюдать, блокируя свет, прежде чем он достигнет зеркал телескопа. Функциональная звездная штора должна быть более 300 футов в диаметре и располагаться на расстоянии не менее 100 000 миль от Земли. Поскольку он будет находиться так далеко, он также должен быть способен работать без вмешательства человека. Таким образом, звездопад будет просто инструментом, который позволит любому телескопу на Земле беспрепятственно наблюдать за космосом, но еще неизвестно, можно ли сделать так, чтобы он мог проводить какие-либо собственные научные исследования.
Если такая гибридная обсерватория будет развернута, она позволит ученым исследовать уголки Млечного Пути и другие интересующие их системы гораздо ближе, чем это возможно с помощью существующих сегодня технологий. Мазер говорит, что одной минуты экспозиции, сделанной гибридной обсерваторией, будет достаточно, чтобы доказать, что в этом районе есть экзопланета, а часовая экспозиция может дать подсказки о наличии кислорода или воды в ее атмосфере.
Но, по словам Мазера, технология, необходимая для создания звездной тени, все еще находится на расстоянии нескольких лет. Одна из самых больших проблем, стоящих за этой концепцией, заключается в том, насколько большой она должна быть, чтобы работать так, как хотелось бы ученым. Прошлые предварительные проекты Лаборатории реактивного движения НАСА были слишком большими, чтобы поместиться в ракете, но исследователи рассматривают концепции, которые могут быть разделены на отсеки, а затем открыты позже, подобно сложенным зеркалам JWST. "Никто еще даже не пытался сделать что-то настолько большое. Это просто грандиозно", - говорит Мазер. "Это очень большое дело - вывести что-то настолько большое в космос".
Хотя НАСА не занимается разработкой, агентство недавно объявило конкурс Ultralight Starshade Structural Design Challenge, целью которого является сбор идей по проектированию обсерватории от общественности. Пять лучших идей будут иметь шанс выиграть призы, а первое место получит $3 000. На момент написания статьи на конкурс было подано 11 заявок, но у заинтересованных участников есть время до 22 августа, чтобы представить свои проекты. Мазер, который возглавит группу, определяющую победителя, сказал, что использование идей общественности может помочь продвинуть концепцию звездопадов.
"Мы пытаемся решить некоторые почти невозможные проблемы машиностроения", - говорит он. "С другой стороны, я думаю, что попытаться стоит".