Поиск «Земли 2.0» может быть проще с телескопом новой формы
Жизнь на Земле зависит от жидкой воды. Многоклеточная жизнь формировалась миллиарды лет, что позволяет предположить: жизнь может быть обычным явлением на планетах с жидкой водой, но разумная, способная изучать космос, — редкость.
Из-за невозможности путешествовать быстрее света практический интерес представляют лишь ближайшие к Солнцу звёзды, похожие на него по размеру и температуре. Наиболее ценны для изучения около 60 солнцеподобных звёзд в пределах ~30 световых лет от нас. Планеты рядом с ними должны быть похожи на Землю по размеру и температуре, чтобы иметь твёрдую поверхность и жидкую воду.
Основная проблема наблюдений
Наблюдать землеподобную экзопланету отдельно от её звезды крайне сложно. Звезда ярче планеты в миллион раз. Для разрешения Земли и Солнца на расстоянии 30 световых лет в инфракрасном диапазоне (~10 микрон, где планеты с водой излучают сильнее всего) нужен телескоп с апертурой не менее 20 метров. Такой телескоп должен находиться в космосе, но запуск столь крупного инструмента (как, например, JWST диаметром 6.5 м) пока технологически неосуществим.
Альтернативные подходы также сталкиваются с трудностями:
- Система из нескольких небольших телескопов, работающих как один большой, требует сверхточной (на молекулярном уровне) калибровки расстояний между аппаратами.
- Использование видимого света позволяет уменьшить размер телескопа, но в этом диапазоне звезда ярче планеты в 10 миллиардов раз, и современные технологии не могут блокировать столько звёздного света.
- Использование «звёздного щита» (starshade), летящего в десятках тысяч километров перед телескопом, требует запуска двух аппаратов и огромного расхода топлива для перенацеливания на разные звёзды.
Новое предложение: прямоугольное зеркало
В статье в Frontiers in Astronomy and Space Sciences астрофизики предлагают более реализуемую альтернативу. Они показывают, что для поиска близких землеподобных планет у солнцеподобных звёзд можно использовать телескоп размером с JWST, работающий в том же инфракрасном диапазоне (~10 микрон), но с прямоугольным зеркалом размером 1 на 20 метров вместо круглого диаметром 6.5 метров.
Зеркало такой формы позволяет разделить изображение звезды и планеты вдоль длинной оси (20 метров). Чтобы обнаружить планеты в любом положении вокруг звезды, зеркало можно вращать, совмещая длинную ось с направлением на звезду и планету.
Расчёты показывают, что такой телескоп теоретически может обнаружить половину всех землеподобных планет у солнцеподобных звёзд в радиусе 30 световых лет менее чем за три года. Хотя дизайн требует дальнейшей инженерной проработки, для него нет очевидных требований к прорывным технологиям, в отличие от других ведущих идей.
Если в среднем у каждой солнцеподобной звезды есть одна землеподобная планета, то можно найти около 30 перспективных кандидатов. Их последующее изучение позволит выявить планеты с атмосферами, указывающими на возможную жизнь (например, с кислородом, образовавшимся в результате фотосинтеза).
Для самого многообещающего кандидата можно будет отправить зонд, который в конечном итоге передаст изображения поверхности планеты. Прямоугольный телескоп может стать прямым путём к идентификации нашей планеты-сестры, «Земли 2.0».