Следующая «великая обсерватория» НАСА
Более 4000 подтвержденных внесолнечных планет до сих пор были обнаружены косвенным образом. Этих методов достаточно для определения орбиты, радиуса, массы, а иногда и плотности экзопланеты, но ученые (и мы с ними) теперь хотели бы понять химический состав атмосфер этих объектов или определить, может ли жидкая вода присутствовать на поверхности. Все эти данные могут сказать нам, способен ли конкретный мир поддерживать жизнь.
Чтобы получить эту информацию, нам необходимо непосредственно наблюдать за этими планетами. До сих пор лишь немногие из них были получены с помощью наземных телескопов, но нам нужно больше образцов и лучшая чувствительность. Короче говоря, нам нужны космические телескопы, которых пока нет.
С учетом этого три года назад НАСА выбрало четыре концепции миссии. Все они были представлены в десятилетний обзор агентства 2020 года, в котором будут рекомендованы приоритеты государственного финансирования на 2030 год. Первоначальное обсуждение должно быть проведено весной.
Эти четыре предложения включают:
- Рентгеновский телескоп под названием Lynx
- Телескоп Origins, который должен сфокусироваться на ранней Вселенной.
- Два телескопа посвящены в основном, но не исключительно, экзопланетам. Один из них называется HabEx, другой — LUVOIR (работающего в ультрафиолетовом, оптическом и инфракрасном диапазонах).
Таким образом, одно из этих четырех конкурирующих предложений может стать следующей «великой обсерваторией» НАСА в космосе. Сегодня нас интересует LUVOIR — наверное, самый амбициозный.
Исключительная чувствительность
Основная цель обсерватории — ускорить поиск небольших тусклых планет, похожих на Землю, вращающихся вокруг звезд, похожих на Солнце. До сих пор ни один мир такого размера и типа не был непосредственно запечатлен телескопом. Для этого нам нужно будет разместить огромный коллектор света за пределы затемняющей атмосферы Земли.
В концептуальном исследовании LUVOIR (иллюстрированный отчет на 426 страницах) предлагается такая структура, напоминающая массивное зеркало шириной 15,1 метра. Для сравнения: ширина телескопа Хаббла составляет 2,4 метра, а телескопа Джеймса Уэбба — 6,5 метра.
Прямое изображение такой тускло яркой цели также потребует мощного коронографа. Эта гигантская «пара солнечных очков» будет стремиться блокировать свет от звезд-хозяев в попытке получить свет от экзопланет.
Внутри этого коронографа также потребуется усовершенствованная камера для визуализации, чтобы обнаружить эти маленькие каменистые планеты. Затем будет использован высокочувствительный спектрограф для анализа состава их атмосферы.
Как и Хаббл, LUVOIR будет чувствителен в широком диапазоне длин волн, от ультрафиолетового и видимого до ближнего инфракрасного. Таким образом, он сможет исследовать спектральные отпечатки большого количества молекул, которые потенциально могут выдавать биологические процессы, происходящие на поверхности.
Десятки «бледно-голубых точек»
Исследовательская группа LUVOIR в своем заключительном отчете заключает, что «роскошная версия» ее обсерватории (исследователи предлагают «уменьшенную» версию с более узким зеркалом) может идентифицировать и изучать 54 потенциально похожие на Землю планеты за пятилетний период наблюдений.
HabEx, другая предлагаемая экзопланетная обсерватория, также будет иметь возможность прямого изображения небольших планет, похожих на Землю. Однако его четырехметровое зеркало обнаружит гораздо меньше.
Что касается пространственного разрешения, LUVOIR сможет возвращать изображения в шесть раз резче, чем телескоп Хаббл. Представьте себе снимки, похожие на «Бледно-голубую точку» — снимок Земли, сделанный «Вояджером 1» в 1990 году на расстоянии 3,7 миллиарда километров, но с планетами в 100 000 раз удаленнее.
Эти миры будут покрывать только несколько пикселей, но цвет этих драгоценных пикселей может сообщить нам удивительное количество информации.
Но сначала проект должен быть одобрен
Идея очень большого космического телескопа, способного видеть через многие длины волн, обсуждалась в НАСА почти два десятилетия. Однако до сих пор технологии, необходимые для изгиба такого большого сегментированного зеркала и создания высокопроизводительного коронографа, отсутствовали. Но мы двигаемся дальше.
Телескоп Уэбба, запуск которого запланирован на осень этого года, будет первым, кто предложит сегментированное зеркало, в то время как телескоп Nancy Grace Roman (запуск запланирован на 2025 год) будет нести первый усовершенствованный коронограф в космосе.
Конечно, с учетом амбиций обсерватория тоже будет очень дорогой. Для «полных опций» получится от 18 до 24 миллиардов долларов (строительство + мониторинг). За «уменьшенную» версию (восьмиметровое зеркало) рассчитывают от 12 до 18 миллиардов долларов.