С космодрома Куру во Французской Гвиане стартовала ракета «Союз-СТА» с разгонным блоком «Фрегат», на борту которой находится европейский космический телескоп CHEOPS. Несмотря на относительно небольшие размеры, и то, что поиск экзопланет не входит в его первоочередные задачи, этот телескоп, вероятно, обнаружит множество подобных объектов. Рассмотрим, с чем это связано и какая задача станет для него приоритетной.
С космодрома Куру во Французской Гвиане стартовала ракета «Союз-СТА» с разгонным блоком «Фрегат», выведшая на орбиту европейский космический телескоп CHEOPS. Несмотря на свои небольшие размеры, и то, что поиск экзопланет не входит в его первоочередные задачи, этот телескоп, вероятно, обнаружит множество таких объектов. Давайте разберемся, что объясняет это и в чем заключается его основная задача.
Для выведения на орбиту использовался ракетный комплекс «Союз-СТА» с разгонным блоком «Фрегат».
Как ищут экзопланеты
Самую первую экзопланету обнаружили еще в 1989 году методом лучевых скоростей. Суть его — в поиске периодических смещений звезды, которую чуть-чуть «покачивает» на ее месте гравитация ее планет. Сдвиг звезды слишком слабый — напрямую его сложно увидеть. Но он меняет спектр фотонов излучения от него, и это уже можно заметить на земном спектрометре. Длина периода такого «покачивания» равна периоду вращения экзопланеты вокруг своего светила.
Во время «покачиваний» величина смещения звезды напрямую связана с массой планеты, что делает этот метод весьма полезным: он позволяет определить характеристики открытой планеты – является ли это аналог Марса (с массой, в десять раз меньшей массы Земли), или газовый гигант (с массой, во много раз превышающую массу Земли). Однако, для применения этого метода требуется аппаратура с высокой чувствительностью и проведение наблюдений в оптимальных условиях, предпочтительно за пределами атмосферы.
Существует более эффективный способ поиска экзопланет – метод транзитов. В этом случае астрономы наблюдают за диском звезды, представляющей интерес. Периодические изменения яркости звезды указывают на то, что между ней и Землей проходит какое-либо небесное тело. По изменениям в светимости удаленной звезды можно установить размеры обнаруженной экзопланеты. Именно с помощью этого метода космический телескоп «Кеплер» выявил более четырех тысяч планет, что стало началом активной эпохи изучения других планетных систем.
Этот метод также имеет свои ограничения: не все планетные системы во Вселенной расположены на одной плоскости с нашей. Как правило, у звезд есть планеты, но они не всегда находятся между звездой и Землей, поскольку планеты и наша планета находятся в разных плоскостях.
В идеале, для изучения экзопланет целесообразно использовать оба метода. Транзитный метод позволяет определить размеры планеты, а метод лучевых скоростей — её диаметр. Наличие этих данных позволяет вычислить плотность экзопланеты, что, в свою очередь, является ключевым фактором, определяющим её потенциальную обитаемость.
Астрономы обнаружили множество планет в зонах, где температура может быть подходящей для существования жизни, похожей на земную. Однако, действительно ли эти планеты пригодны для жизни?
Газовые гиганты, расположенные в «зоне обитаемости», окажутся слишком горячими из-за плотной атмосферы и выраженным парниковым эффектом. Планеты, лишенные атмосферы, как, например, Меркурий, будут слишком холодными, поскольку тепло не сможет удерживаться на их поверхности. В нашей Солнечной системе различить эти типы планет не составляет труда. Однако для определения их в других звездных системах необходимо знать плотность: газовые гиганты характеризуются низкой плотностью, тогда как твердые планеты всегда обладают высокой плотностью.
Гонка уточнений
Европейское космическое агентство запустило 18 декабря 2019 года космический телескоп CHEOPS, предназначенный для решения конкретной задачи. Абревиатура CHEOPS расшифровывается как спутник, характеризующий экзопланеты (CHaracterising ExOPlanets Satellite). Он предназначен для наблюдения за прохождением планет перед своими звездами, где ранее методом лучевых скоростей были зафиксированы признаки «покачиваний». Таким образом, CHEOPS позволит определить, находится ли планета, обнаруженная методом лучевых скоростей, и ее звездная система, на одной плоскости с телами Солнечной системы. В случае положительного результата, это позволит уточнить радиус подобных экзопланет.
Астрономы уже сейчас утверждают, что космический аппарат CHEOPS, несмотря на изначально заложенную функцию поиска только известных объектов, все же будет обнаруживать новые. Планеты редко формируются в одиночку; современные научные представления предполагают, что большинство планетных систем содержат несколько крупных планет. Метод лучевых скоростей затрудняет поиск планет, поскольку требует высокой точности измерительных приборов. Даже обнаружение сигнала от одной планеты у одной звезды считается значительным достижением при использовании этого метода. Транзитный метод позволяет выявлять все экзопланеты, находящиеся на линии между своей звездой и Землей, и, следовательно, предоставит возможность более детального изучения других планетных систем и обнаружения дополнительных планет в тех случаях, когда на данный момент известно лишь об одной.
Точное число новых планет, которые удастся обнаружить с помощью аппарата, и степень расширения наших знаний об уже известных, оценить пока затруднительно. Однако, у него может быть дополнительная задача: подтверждение статуса кандидатов в экзопланеты. Американский космический телескоп «Кеплер» ранее выявил 20 тысяч потенциальных экзопланет, но с высокой степенью достоверности удалось подтвердить лишь для нескольких тысяч. Остальные объекты остаются в статусе кандидатов, хотя среди них есть много многообещающих тел, расположенных в зоне обитаемости. Вероятно, новый европейский спутник позволит окончательно подтвердить статус некоторых из них как планет.
Маленький, но значимый
CHEOPS — компактный прибор, размеры которого составляют 1,5 на 1,5 на 1,5 метра. Масса устройства достигает 280 килограммов, а диаметр телескопа 0,3 метра. И действительно, комета Борисова была открыта российским астрономом-любителем с использованием телескопа, размер которого превышал его собственный вдвое.
Поэтому при выборе задач для нового аппарата проявлена особая тщательность. Он предназначен для наблюдения в ближней части инфракрасного диапазона и предназначен для изучения относительно ярких звезд, у которых обнаружены планеты-кандидаты с периодом вращения вокруг звезды не более 50 земных суток. Изучаются тела, размер которых сопоставим с Землей и Нептуном — то есть те, которые потенциально могут быть обитаемыми.
Чтобы избежать влияния солнечного света на наблюдения, космический аппарат CHEOPS будет размещен на полярной орбите, расположенной на высоте в 700 километров — чтобы космическая мини-обсерватория постоянно располагалась вблизи границы дневной и ночной сторон Земли, оставаясь в тени планеты, необходимо обеспечить непрерывное наблюдение за одним и тем же объектом (например, за внеземной звездной системой) без помех от солнечного света.
Аппарат также располагает современной матрицей для получения изображений, поскольку эта сфера технологий значительно продвинулась за годы, прошедшие с момента запуска «Кеплера». Благодаря этому CHEOPS сможет зафиксировать изменения в кривой светимости планет, возникающие из-за отражения света их атмосферы от родительской звезды. Это позволит установить, существует ли у планеты атмосфера, а в некоторых случаях – определить ее примерную толщину и наличие облаков.
Эти факторы имеют решающее значение для оценки возможности существования жизни. Например, на Марсе атмосфера разреженная, а облака, состоящие из водяного пара и кристалликов льда, наблюдаются редко (ранее предполагалось, что их там нет вовсе). На Земле же и атмосфера, и облака присутствуют. Легко представить, какая из планет показалась бы более благоприятной для жизни внеземным астрономам. Таким образом, изучение европейского спутника позволит лучше понять потенциальную обитаемость других планет.
Подводя итоги, можно отметить, что новый европейский спутник демонстрирует, что современные технологии позволяют даже относительно небольшим, легким и недорогим аппаратам существенно продвинуть изучение далеких планет. Вызывает сожаление тот факт, что не все государства готовы инвестировать даже умеренные средства для достижения значимых результатов. Тем не менее, новое поколение космических обсерваторий дает надежду на более глубокое понимание других планетных систем в ближайшие годы.