Prostokątna konstrukcja teleskopu może zapoczątkować polowanie na Ziemię 2.0

DNVN - Naukowcy opracowują prostokątny model teleskopu, który ma zapoczątkować nową erę w poszukiwaniach „Ziemi 2.0” (termin ten odnosi się do planet spoza Układu Słonecznego, na których panują podobne warunki jak na Ziemi i na których może istnieć życie).

Poszukiwanie planet podobnych do Ziemi od dawna stanowi poważne wyzwanie w astronomii, ponieważ przytłaczająca jasność gwiazd sprawia, że ​​są one niemal całkowicie przesłonięte. Tradycyjne konstrukcje teleskopów nie są w stanie sprostać temu zadaniu. Jednak właśnie zaproponowano śmiały pomysł z prostokątnym teleskopem podczerwonym, który obiecuje pokonać tę barierę i pomóc ludziom odkryć dziesiątki potencjalnych planet w odległości 30 lat świetlnych, torując drogę do poszukiwania śladów obcego życia.

Ziemia jest jedyną znaną nam planetą, na której istnieje życie. Całe życie na tej błękitnej planecie zależy od wody w stanie ciekłym, która podtrzymuje niezbędne reakcje chemiczne. Proste organizmy jednokomórkowe istnieją niemal tak długo jak Ziemia, ale ewolucja bardziej złożonych organizmów wielokomórkowych zajęła około 3 miliardów lat. Tymczasem ludzie istnieją zaledwie przez niewielki ułamek historii planety, mniej niż jedną dziesięciotysięczną wieku Ziemi.

Ta oś czasu sugeruje, że życie może nie być rzadkością na planetach z wodą w stanie ciekłym. Jednak inteligentne istoty zdolne do eksploracji wszechświata mogą być niezwykle rzadkie. Jeśli ludzkość chce poszukiwać życia poza Ziemią, najbardziej prawdopodobnym podejściem jest bezpośrednie podejście do niego poprzez obserwacje planet.

Projekt koncepcyjny prostokątnego teleskopu kosmicznego, wzorowanego na Cyfrowym Interferometryczno-Refrakcyjnym Teleskopie Kosmicznym (DICER), hipotetycznym obserwatorium kosmicznym działającym w podczerwieni, oraz Kosmicznym Teleskopie Jamesa Webba. Źródło: Leaf Swordy/Rensselaer Polytechnic Institute.

Przestrzeń kosmiczna jest ogromna, a prawa fizyki uniemożliwiają podróże i komunikację z prędkością większą niż prędkość światła. Dlatego w ciągu życia człowieka, nawet za pomocą sond robotycznych, można badać tylko gwiazdy położone najbliżej Słońca. Spośród nich najbardziej obiecujące są gwiazdy o rozmiarach i temperaturze zbliżonych do Słońca, ponieważ istnieją wystarczająco długo i są wystarczająco stabilne, aby mogło rozwinąć się w nich złożone życie.

Astronomowie zidentyfikowali już około 60 gwiazd podobnych do Słońca w odległości 30 lat świetlnych od Ziemi. Planety krążące wokół nich, o podobnej wielkości i temperaturze do Ziemi – i mogące zawierać zarówno lądy, jak i wodę w stanie ciekłym – są uważane za najlepszych kandydatów do znalezienia życia.

Oddzielenie obrazu egzoplanety podobnej do Ziemi od blasku jej gwiazdy macierzystej to ogromne wyzwanie. Nawet w idealnych warunkach gwiazda jest milion razy jaśniejsza od planety. Jeśli te dwa zjawiska się mieszają, wykrycie planety staje się niemożliwe.

Zgodnie z teorią optyki, maksymalna rozdzielczość teleskopu zależy od rozmiaru zwierciadła i długości fali światła. Planety z wodą w stanie ciekłym emitują najjaśniejsze światło o długości fali około 10 mikronów – szerokości cienkiego ludzkiego włosa i 20-krotnie większej od długości fali światła widzialnego. Przy tej długości fali teleskop musi zbierać światło z odległości co najmniej 20 metrów, aby uzyskać wystarczającą rozdzielczość, aby oddzielić Ziemię od Słońca, oddalonego o 30 lat świetlnych.

Co więcej, teleskopy muszą być umieszczane w kosmosie, ponieważ atmosfera ziemska rozmywa obrazy. Największy obecnie teleskop kosmiczny – Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba (JWST) – ma średnicę zwierciadła 6,5 ​​metra, ale jego wystrzelenie i obsługa były niezwykle trudne.

Ponieważ rozmieszczenie 20-metrowego teleskopu kosmicznego przekracza obecnie możliwości technologiczne, naukowcy wypróbowali kilka opcji. Jednym z rozwiązań jest wystrzelenie wielu małych teleskopów i utrzymanie precyzyjnej odległości między nimi, aby symulować gigantyczne lustro. Jednak utrzymanie precyzyjnego pozycjonowania z dokładnością do rozmiaru cząsteczki jest obecnie niemożliwe.

Innym podejściem jest wykorzystanie krótszych fal światła, co pozwala na użycie mniejszych teleskopów. Jednak w zakresie widzialnym gwiazda podobna do Słońca jest 10 miliardów razy jaśniejsza od Ziemi, co uniemożliwia zablokowanie wystarczającej ilości światła gwiazd, aby odsłonić planetę, choć rozdzielczość jest teoretycznie możliwa.

Innym pomysłem jest użycie „tarczy gwiezdnej” – statku kosmicznego o średnicy kilkudziesięciu metrów, lecącego dziesiątki tysięcy kilometrów od teleskopu, który blokowałby światło gwiazd, ale przepuszczał światło planet. Wymagałoby to jednak wystrzelenia dwóch statków kosmicznych i zużycia ogromnych ilości paliwa na przesunięcie tarczy w nowe miejsca.

W nowym badaniu naukowcy proponują bardziej wykonalną konstrukcję: teleskop podczerwony z prostokątnym zwierciadłem o wymiarach 1 x 20 metrów, zamiast 6,5-metrowego okrągłego zwierciadła JWST. Działając na długości fali 10 mikronów, instrument ten oddzielałby światło gwiazd od światła planet wzdłuż długiej osi zwierciadła. Obracając zwierciadło, astronomowie mogliby obserwować planety w dowolnym położeniu wokół gwiazdy macierzystej.

Szacuje się, że projekt pozwoli na wykrycie połowy planet podobnych do Ziemi, krążących wokół gwiazd podobnych do Słońca, w niecałe trzy lata. Chociaż konieczne są dalsze udoskonalenia techniczne i optymalizacje, model ten nie wymaga technologii wykraczających poza obecne możliwości – co stanowi odejście od wielu innych pionierskich pomysłów.

Jeśli średnio każda gwiazda podobna do Słońca ma planetę podobną do Ziemi, to dzięki temu teleskopowi powinniśmy być w stanie wykryć około 30 obiecujących planet w promieniu 30 lat świetlnych. Dalsze badania skupią się na określeniu ich atmosfer, poszukując śladów tlenu – wskaźnika życia fotosyntetycznego.

W przypadku najbardziej obiecujących kandydatów, misje eksploracyjne mogłyby zostać wysłane w celu przesłania obrazów powierzchni planety. Prostokątna konstrukcja teleskopu obiecuje zapewnić najkrótszą drogę do znalezienia naszej „siostrzanej planety” – Ziemi 2.0.

La Khe (według ScienceAlert)

Source: https://doanhnghiepvn.vn/cong-nghe/thiet-ke-kinh-vien-vong-hinh-chu-nhat-co-the-mo-ra-ky-nguyen-san-tim-trai-dat-2-0/20250902082651458