Прямоугольная конструкция телескопа может стать началом охоты за Землей 2.0

DNVN - Ученые разрабатывают модель прямоугольного телескопа, обещая открыть новую эру в поисках «Земли 2.0» (термин, относящийся к планетам за пределами Солнечной системы, которые имеют схожие с Землей условия и способны поддерживать жизнь).

Поиск землеподобных планет долгое время был серьёзной проблемой в астрономии, поскольку подавляющая яркость звёзд практически полностью заслоняет их. Традиционные конструкции телескопов не справляются с этой задачей. Однако недавно была предложена смелая идея создания прямоугольного инфракрасного телескопа, который обещает преодолеть этот барьер и помочь людям обнаружить десятки потенциальных планет в радиусе 30 световых лет, открывая путь к поиску признаков внеземной жизни.

Земля — единственная известная нам планета, на которой существует жизнь. Вся жизнь на этой голубой планете зависит от жидкой воды, необходимой для поддержания важнейших химических реакций. Простейшие одноклеточные организмы появились примерно в одно время с Землёй, но потребовалось около 3 миллиардов лет, чтобы эволюционировала более сложная многоклеточная жизнь. Между тем, люди существуют лишь малую часть истории планеты, менее одной десятитысячной возраста Земли.

Эта временная шкала предполагает, что жизнь может быть не редкостью на планетах с жидкой водой. Однако разумные существа, способные исследовать Вселенную, могут быть крайне редки. Если человечество хочет искать жизнь за пределами Земли, наиболее вероятным подходом будет непосредственное наблюдение за планетами.

Концептуальный проект прямоугольного космического телескопа, созданного по образцу цифрового интерферометрического рефракционного космического телескопа (DICER), гипотетической инфракрасной космической обсерватории, и космического телескопа имени Джеймса Уэбба. Источник: Лиф Суорди/Политехнический институт Ренсселера.

Космос огромен, и законы физики не позволяют путешествовать или сообщаться со скоростью, превышающей скорость света. Поэтому в течение человеческой жизни можно изучить только ближайшие к Солнцу звёзды, даже с помощью автоматических зондов. Из них наиболее перспективными целями являются звёзды, схожие по размеру и температуре с Солнцем, поскольку они долговечны и достаточно стабильны для развития сложной жизни.

Астрономы обнаружили около 60 солнцеподобных звёзд в пределах 30 световых лет от Земли. Планеты, вращающиеся вокруг них и схожие по размеру и температуре с Землёй, которые могли бы поддерживать существование как суши, так и жидкой воды, считаются наиболее подходящими кандидатами для обнаружения жизни.

Отделить изображение землеподобной экзопланеты от яркости её звезды — непростая задача. Даже в идеальных условиях звезда в миллион раз ярче планеты. Если же эти два фактора смешиваются, обнаружение планеты становится невозможным.

Согласно оптической теории, максимальное разрешение телескопа зависит от размера зеркала и длины волны света. Планеты с жидкой водой излучают свет ярче всего на длине волны около 10 микрон – это примерно ширина тонкого волоса и в 20 раз больше длины волны видимого света. На этой длине волны телескопу необходимо собирать свет с расстояния не менее 20 метров, чтобы обеспечить разрешение, достаточное для разделения Земли и Солнца, которое находится на расстоянии 30 световых лет.

Кроме того, телескопы необходимо размещать в космосе, поскольку атмосфера Земли размывает изображение. Крупнейший на сегодняшний день космический телескоп – космический телескоп имени Джеймса Уэбба (JWST) – имеет 6,5-метровое зеркало, но его запуск и эксплуатация были чрезвычайно сложными.

Поскольку запуск 20-метрового космического телескопа в настоящее время находится за пределами технических возможностей, учёные испробовали несколько вариантов. Одним из решений является запуск нескольких небольших телескопов с поддержанием точного расстояния между ними, имитируя гигантское зеркало. Однако поддержание точного позиционирования вплоть до размера молекулы в настоящее время невозможно.

Другой подход заключается в использовании более коротких длин волн света, что позволяет использовать телескопы меньшего размера. Однако в видимом диапазоне звезда, подобная Солнцу, в 10 миллиардов раз ярче Земли, что делает невозможным блокировать достаточное количество звёздного света, чтобы обнаружить планету, хотя в принципе такое разрешение возможно.

Другая идея заключается в использовании «звёздного щита» — космического корабля диаметром в десятки метров, летящего на расстоянии десятков тысяч километров от телескопа, чтобы блокировать свет звёзд, но пропускать свет планет. Однако это потребовало бы запуска двух космических аппаратов, а также огромных затрат топлива на перемещение щита на новые места.

В новом исследовании учёные предлагают более реалистичную конструкцию: инфракрасный телескоп с прямоугольным зеркалом размером 1 х 20 метров вместо 6,5-метрового круглого зеркала JWST. Работая на длине волны 10 микрометров, инструмент будет разделять свет звёзд и планет вдоль длинной оси зеркала. Вращая зеркало, астрономы смогут наблюдать планеты в любом положении вокруг звезды.

По оценкам, конструкция позволит обнаружить половину землеподобных планет, вращающихся вокруг солнцеподобных звёзд, менее чем за три года. Хотя необходимы дальнейшие технические усовершенствования и оптимизации, концепция не требует технологий, выходящих за рамки существующих возможностей, что является отличием от многих других новаторских идей.

Если в среднем на каждую солнцеподобную звезду приходится одна землеподобная планета, то с помощью телескопа этой конструкции мы сможем обнаружить около 30 перспективных планет в радиусе 30 световых лет. Дальнейшие исследования будут сосредоточены на изучении их атмосфер на наличие кислорода – индикатора фотосинтетической жизни.

Для наиболее перспективных кандидатов могут быть развернуты исследовательские миссии, которые отправят на Землю изображения поверхности планеты. Прямоугольная конструкция телескопа обещает обеспечить кратчайший путь к обнаружению нашей «сестры-планеты» — Земли 2.0.

Ла Кхе (по данным ScienceAlert)

Источник: 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