В астрономии размеры играют ключевую роль, поскольку разрешающая способность телескопа непосредственно связана с диаметром его главного зеркала. На Земле размеры научных приборов в основном определяются финансовыми возможностями их создателей, тогда как для космических телескопов мы достигли технологического максимума. Создание конструкции, превосходящей по сложности и размеру «Джеймса Уэбба», представляется невозможным, по крайней мере, в обозримом будущем. Для получения непосредственных изображений экзопланет, подобных Земле, требуется зеркало в десять раз большего размера. Однако американские инженеры и астрономы разработали интересное геометрическое решение этой задачи.
Предлагается установить на космическом телескопе не всё зеркало, диаметр которого превышает 20 метров, а лишь его центральную часть, от края до края. В результате формируется полоса, длина которой соответствует необходимому для достижения заданной разрешающей способности диаметру основного зеркала, а ширина значительно меньше.
Подобная оптическая система, безусловно, будет иметь ряд ограничений, и время сбора света для формирования изображения каждого объекта исследования увеличится. Тем не менее, это вполне осуществимая конструкция, которую можно доставить в космос и развернуть там, используя современные технологии. Она может послужить основой для следующей «великой обсерватории NASA» — Habitable Worlds Observatory (HWO, «Обсерватория обитаемых миров») – это миссии, направленные на поиск планет, пригодных для существования жизни в настоящее время.
Сотрудники Политехнического института Ренсселера (США), совместно с NASA, провели исследования в области физики и астрономии изучили и проверили эту концепцию в симуляции со всех сторон. В качестве первичного ограничения они выбрали дистанцию в 10 парсек (примерно 32 световых года) — максимальное расстояние, на которое может отправиться исследовательская миссия и прислать результаты наблюдений обратно в обозримые исторические сроки. Чтобы выбрать цели такой миссии, нужно дистанционно проверить все землеподобные экзопланеты в зонах обитаемости солнцеподобных звезд, находящихся на таком удалении от Земли. Для этого необходим инструмент, способный различить их в инфракрасном диапазоне, на длине волны в 10 микрометров.
Почему планеты должны быть похожи на Землю? Единственное место во Вселенной, где достоверно известно о существовании жизни, — это Земля. Поэтому небесные тела, подобные ей, являются приоритетными объектами при поиске потенциально обитаемых экзопланет. Аналогичный принцип применяется и при выборе звезд, в окрестностях которых следует искать жизнь: желтые карлики характеризуются стабильными параметрами на протяжении достаточно длительного периода, что обеспечивает благоприятные условия на планетах в их системах. А длина волны выбирается по ряду оснований:
- именно в этом участке ИК-диапазона землеподобные планеты излучают больше всего;
- их яркость на 10 микрометрах всего на шесть порядков меньше, чем звезды (в видимом — на 10);
- вдобавок в этом диапазоне можно получить данные о наличии воды и озона в атмосфере экзопланеты.
Для реализации этой задачи требуется космический телескоп, оснащенный зеркалом диаметром 20-21 метр. В качестве примера можно отметить, что основное зеркало телескопа «Джеймс Уэбб» имеет диаметр всего 6,5 метра и состоит из 18 шестигранных сегментов, объединенных в три створки, которые были сложены для запуска. Увеличение размера зеркала в десять раз не представляется возможным, однако использование лишь части зеркала делает задачу выполнимой. В то же время, телескоп с главным зеркалом прямоугольной формы сможет различать объекты, только если они находятся на линии, параллельной длинной стороне зеркала. Для получения всестороннего набора данных о всех звездных системах, расположенных вокруг нас, потребуется проведение съемок под разными углами (как минимум дважды).
Авторы проекта проверили работоспособность космического телескопа прямоугольной формы, создав компьютерную модель Вселенной в радиусе 40 световых лет от нашей планеты. За год наблюдений он выявил 11 экзопланет, которые могут быть пригодны для жизни, а за 3,5 года — 27, что превышает целевые показатели, установленные для HWO. Стоит отметить, что технологический уровень обсерватории с прямоугольным главным зеркалом сопоставим с характеристиками телескопа «Джеймс Уэбб», а ее размеры позволяют разместить ее под обтекателем ракет Falcon Heavy или Falcon 9 при запуске.