Прямокутний дизайн телескопа може започаткувати полювання на Землю 2.0

DNVN – Вчені розробляють прямокутну модель телескопа, обіцяючи відкрити нову еру в пошуках «Землі 2.0» (термін для планет поза Сонячною системою, які мають подібні до Землі умови та здатні підтримувати життя).

Пошук планет, подібних до Землі, вже давно є серйозною проблемою в астрономії, оскільки надзвичайна яскравість зірок робить їх майже повністю затемненими. Традиційні конструкції телескопів не справляються з цим завданням. Однак нещодавно була запропонована смілива ідея з прямокутним інфрачервоним телескопом, яка обіцяє подолати цей бар'єр і допомогти людству виявити десятки потенційних планет у межах 30 світлових років, прокладаючи шлях для пошуку ознак позаземного життя.

Земля — єдина відома нам планета, на якій існує життя. Усе життя на цій блакитній планеті залежить від рідкої води для підтримки важливих хімічних реакцій. Прості одноклітинні організми існують майже так само довго, як і Земля, але для еволюції складніших багатоклітинних організмів знадобилося близько 3 мільярдів років. Тим часом люди існують лише крихітну частину історії планети, менше ніж одну десятитисячну віку Землі.

Ця хронологія показує, що життя може бути не рідкістю на планетах з рідкою водою. Однак розумні істоти, здатні досліджувати Всесвіт, можуть бути надзвичайно рідкісними. Якщо людство хоче шукати життя за межами Землі, найімовірнішим підходом буде звернутися до нього безпосередньо через планетарні спостереження.

Концептуальний проект прямокутного космічного телескопа, створеного за зразком цифрового інтерферометричного рефракційного космічного телескопа (DICER), гіпотетичної інфрачервоної космічної обсерваторії та космічного телескопа імені Джеймса Вебба. Авторство: Ліф Сворді/Політехнічний інститут Ренсселера.

Космос неосяжний, а закони фізики перешкоджають подорожам чи зв'язку швидше за швидкість світла. Тому протягом людського життя можна вивчити лише зірки, найближчі до Сонця, навіть за допомогою роботизованих зондів. З них найперспективнішими цілями є зірки, подібні за розміром і температурою до Сонця, оскільки вони існують достатньо довго і є достатньо стабільними для розвитку складного життя.

Астрономи вже виявили близько 60 зірок, схожих на Сонце, в межах 30 світлових років від Землі. Планети, що обертаються навколо них, подібні за розміром і температурою до Землі, і які можуть містити як сушу, так і рідку воду, вважаються найкращими кандидатами для пошуку життя.

Відокремлення зображення екзопланети, подібної до Землі, від сяйва її зірки-господаря є серйозною проблемою. Навіть за ідеальних умов зірка в мільйон разів яскравіша за планету. Якщо ці два явища змішані, виявлення планети стає неможливим.

Згідно з оптичною теорією, максимальна роздільна здатність телескопа залежить від розміру дзеркала та довжини хвилі світла. Планети з рідкою водою випромінюють світло найяскравіше на довжині хвилі близько 10 мікронів – це товщина тонкої людської волосини та в 20 разів більша за довжину хвилі видимого світла. На цій довжині хвилі телескоп повинен збирати світло на відстані щонайменше 20 метрів, щоб мати достатню роздільну здатність, щоб відокремити Землю від Сонця, яке знаходиться на відстані 30 світлових років.

Крім того, телескопи необхідно розміщувати в космосі, оскільки земна атмосфера розмиває зображення. Найбільший космічний телескоп на сьогодні – Космічний телескоп імені Джеймса Вебба (JWST) – має діаметр дзеркала 6,5 метра, але його запуск та експлуатація були надзвичайно складними.

Оскільки розгортання 20-метрового космічного телескопа наразі виходить за межі технологічних можливостей, вчені спробували кілька варіантів. Одним із рішень є запуск кількох невеликих телескопів і підтримка точної відстані між ними для імітації гігантського дзеркала. Однак підтримувати точне позиціонування аж до розміру молекули наразі неможливо.

Інший підхід полягає у використанні коротших довжин хвиль світла, що дозволяє використовувати менші телескопи. Але у видимому діапазоні зірка, подібна до Сонця, у 10 мільярдів разів яскравіша за Землю, що унеможливлює блокування достатньої кількості зоряного світла для виявлення планети, хоча роздільна здатність принципово можлива.

Інша ідея полягає у використанні «зоряного щита» – космічного корабля діаметром десятки метрів, який летить за десятки тисяч кілометрів від телескопа, щоб блокувати зоряне світло, але пропускати планетарне світло. Однак це вимагатиме запуску двох космічних кораблів та витрат величезної кількості палива на переміщення щита в нові місця.

У новому дослідженні вчені пропонують більш доцільний варіант: інфрачервоний телескоп з прямокутним дзеркалом розміром 1 x 20 метрів замість 6,5-метрового круглого дзеркала JWST. Працюючи на довжині хвилі 10 мікрон, прилад розділятиме світло зірок і світло планет вздовж довгої осі дзеркала. Обертаючи дзеркало, астрономи зможуть спостерігати планети в будь-якому положенні навколо зірки-господаря.

За оцінками, ця конструкція зможе виявити половину планет, подібних до Землі, що обертаються навколо зірок, подібних до Сонця, менш ніж за три роки. Хоча необхідні подальші технічні вдосконалення та оптимізації, модель не вимагає технологій, що перевищують поточні можливості, що є відмінністю від багатьох інших новаторських ідей.

Якщо в середньому кожна зірка, подібна до Сонця, має планету, подібну до Землі, то за допомогою такої конструкції телескопа ми повинні мати змогу виявити близько 30 перспективних планет у межах 30 світлових років. Подальші дослідження будуть зосереджені на визначенні їхніх атмосфер, пошуку ознак кисню – індикатора фотосинтетичного життя.

Для найперспективніших кандидатів можна було б розгорнути дослідницькі місії для надсилання зображень поверхні планети. Прямокутна конструкція телескопа обіцяє забезпечити найкоротший шлях до знаходження нашої «сестринської планети» – Землі 2.0.

Ла Кхе (за даними ScienceAlert)

Джерело: 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