Незважаючи на те, що космічний телескоп Джеймса Вебба запустили за мірками космічних програм лише нещодавно, астрономи вже зайняті роздумами про те, що буде після Вебба. І вони мають амбітні плани. Великим планом на наступні десятиліття астрономічних досліджень є пошук придатних для життя планет і, можливо, навіть пошук ознак життя за межами Землі. Це висока мета Habitable Worlds Observatory, космічного телескопа, який зараз знаходиться на стадії планування і має на меті виявити 25 схожих на Землю планет навколо сонцеподібних зірок.
Сила прямого зображення
Одна з великих проблем у пошуку населених планет за межами нашої Сонячної системи полягає в наступному: ми рідко можемо насправді побачити ці далекі планети безпосередньо, тому що планети надзвичайно малі порівняно зі зірками і ще й не світяться.
Тому астрономи зазвичай роблять висновок про існування екзопланети через її вплив на зірку-господаря. Наразі такі інструменти, як космічні телескопи Хаббла чи Джеймса Вебба, найчастіше шукають падіння яскравості зірки, коли планета проходить перед нею блокує світло зірки, що називається транзитом, або вони шукають коливання зірки, викликане силою тяжіння планети, і називають це методом радіальної швидкості.
Ці методи дають нам підказки, але щоб по-справжньому глибоко зрозуміти екзопланети, ми повинні мати можливість безпосередньо їх бачити.
Сучасні телескопи рідко можуть це зробити, оскільки для цього потрібен надзвичайно високий рівень точності. Саме його мають забезпечити наступне покоління космічних телескопів, які зможуть знімати зображення екзопланет.
Наступним великим космічним телескопом, який буде запущено, є Римський космічний телескоп імені Ненсі Грейс, запуск якого заплановано на 2027 рік. Він виконуватиме огляд неба, щоб оцінити, скільки там екзопланет, придатних для життя.
Після цього з’явиться космічний телескоп Habitable World Observatory, який буде безпосередньо знімати схожі на Землю екзопланети навколо сонцеподібних зірок і який має бути запущений приблизно у 2040 році. Це буде найкращий шанс виявити придатні для життя екзопланети, схожі на Землю. Світи, де ми могли б шукати докази життя за межами Землі.
Вибір правильної довжини хвилі
Якщо ви стежили за новинами про космічний телескоп Джеймса Вебба, то напевно чули, що він дивиться в інфрачервону частину електромагнітного спектру. Це важливо для його мети вивчення найдавніших галактик, оскільки це дозволяє вченим бачити галактики з високим рівнем червоного зсуву. Інфрачервоне випромінювання також корисне для того, щоб дивитися крізь хмари пилу та бачити структури, які інакше були б приховані.
Однак план обсерваторії «Населені світи» полягає в тому, щоб досліджувати оптичні та ультрафіолетові хвилі. Ці довжини хвиль корисні для ідентифікації сигнатур конкретних атомів, таких як водень або кисень, тому ми можемо направити наші інструменти на планету та дізнатися, з чого складається її атмосфера.
Існують різноманітні варіанти того, які конкретні атоми чи сполуки ми можемо шукати, але кисень зараз є провідним вибором для того, що називається біомаркером або підказкою, яка вказує на потенційну присутність життя. Виявлення кисню на далекій планеті може бути ознакою того, що вона потребує подальшої перевірки.
«Ідеального біомаркера не існує, — сказав Девід Сінг з Університету Джонса Гопкінса. – Оскільки ми також можемо шукати атоми, такі як метан, і завжди існує ймовірність помилкового позитивного результату, — але кисень є справді важливим».
Кисень також видає дуже сильний сигнал, що полегшує його виявлення. Зокрема, озон, який є різновидом кисню з трьома зв’язаними разом атомами, має дуже сильну ознаку в ультрафіолетовому випромінюванні. Подумайте про те, як озоновий шар на Землі захищає нас від ультрафіолетового випромінювання Сонця, і ви побачите, як вчені могли зробити висновок про наявність озону на далекій планеті, якщо побачили блокування певної довжини хвилі ультрафіолетового світла.
Як побудувати оптичний/ультрафіолетовий-телескоп
Завдяки фокусу на оптичних і ультрафіолетових хвилях обсерваторія «Населені світи» буде більше схожа на космічний телескоп Хаббла, ніж на космічний телескоп Джеймса Вебба. І це приносить деякі переваги з точки зору того, як будувати телескоп.
Такі інфрачервоні телескопи, як Webb, дуже чутливі до температури, оскільки коли речі стають гарячими, вони випромінюють інфрачервоне випромінювання. Тому для точної роботи Webb потрібно охолодити його інструменти до надзвичайно низьких робочих температур лише у кілька Кельвінів. Це робить телескоп складнішим і дорожчим для створення, оскільки для нього потрібна кріогенна система охолодження.
Для такого телескопа, як Habitable Worlds Observatory, таке екстремальне охолодження не потрібне, що допомагає знизити витрати.
Ще одна ключова відмінність між інфрачервоними телескопами, такими як Webb, і оптичними/ультрафіолетовими телескопами, такими як Habitable Worlds Observatory, — це дзеркало. Головне дзеркало Вебба покрите золотом, яке дуже добре відбиває інфрачервоне світло. Але оптичний/ультрафіолетовий телескоп має дзеркало, покрите сріблом, яке ефективніше відбиває ці довжини хвиль.
Нові технології для нового десятиліття
У певному сенсі вчені вже точно знають, які інструменти будуть потрібні для пошуку придатних для життя світів, оскільки це оновлення існуючих інструментів, а не абсолютно нові концепції.
Наприклад, інструменти «Населених світів» будуть дещо схожі на інструменти «Джеймса Вебба» чи «Хаббла», оскільки вони складатимуться з камер і спектрографів.
Камери будуть використовуватися для пошуку екзопланет в інших зоряних системах, і як тільки планета буде ідентифікована, її можна буде більш глибоко вивчити за допомогою спектрографів.
Спектрографи працюють, розбиваючи вхідне світло на хвилі різних довжин, щоб побачити, які довжини хвиль були поглинені. Це говорить вам, з чого складається об’єкт, на який ви дивитесь — і саме так ви можете побачити, чи є у екзопланети атмосфера, і з чого ця атмосфера складається.
Удосконалити ці інструменти та зробити їх більш точними не є тривіальним завданням. Крім прямого виявлення, наступне покоління космічних телескопів також використовуватиме такі методи, як радіальна швидкість для ідентифікації екзопланет. А більш точні спектрографи дозволять використовувати такі методи, як надзвичайно точна радіальна швидкість, що дозволяє точніше вимірювати маси екзопланет, що обертаються навколо сонцеподібних зірок.
Але також потрібні додаткові теоретичні досягнення. Одним з головних факторів, необхідних для покращення нашого розуміння екзопланет, наприклад, є покращення нашого розуміння зірок. Зірки можуть ставати яскравішими або тьмянішими з різних причин, і нам потрібно мати можливість моделювати це точніше, якщо ми хочемо визначити, чи зміна спричинена наявністю екзопланети чи зміною зірки.
Полювання на життя
Однак навіть із абсолютно новим телескопом, оснащеним абсолютно новою технологією, знайти життя за межами нашої Сонячної системи буде нелегко. Це тому, що придатність для життя — це складна концепція , яка вимагає не лише визначення земної планети, що обертається навколо сонцеподібної зірки.
Але як би спокусливо не було уявити собі сценарій, за яким ми побудуємо цей телескоп, знайдемо придатну для життя планету, а потім одразу виявимо життя, це не буде працювати, сказав Скотт Гауді з Університету штату Огайо.
Щоб належним чином шукати придатні для життя екзопланети, «нам дійсно потрібно отримати повний контекст, що означає вивчення інших планет у системах, дисків уламків, вивчення зірок, — сказав Гауді. – Це те, що дійсно допоможе нам зрозуміти, чи дійсно ці планети придатні для життя».
Є спокуса уявити, що «ми збираємося побудувати обсерваторію «Населені світи», ми збираємося знайти життя, і ми закінчили», сказав Гауді, але «це не працюватиме таким чином. Якщо нам пощастить, ми знайдемо одну-дві, можливо, три системи, які виглядатимуть досить багатообіцяючими. І тоді нам доведеться побудувати щось ще більше та краще».
Праця багатьох поколінь
Навіть якщо ми зможемо знайти ідеальну систему з потенційно придатним для життя світом, схожим на Землю, тоді наступним кроком буде розгляд навіть більш складних факторів, наприклад, скільки відсотків планети вкрито океанами і скільки є землі. Пошуки життя — це не те, що буде вирішено найближчим часом, але зараз вчені закладають основу для того, щоб обсерваторія «Населені світи» взялася за наступну частину роботи через 20 років.
Це схоже на те, як планування космічного телескопа Джеймса Вебба почалося приблизно в 2000 році, і сьогодні вчені тільки починають використовувати цей інструмент для відкриттів.
«Кілька десятиліть тому я був ще молодим студентом. Але я пожинаю плоди всієї тієї важкої праці, яку люди виконували в той час, — сказав Сінг. – Те покоління вчених відчувало це, тому що люди зробили це за них за допомогою космічного телескопа Хаббла. Отже, є ця спадщина, де ви пожинаєте плоди того, що зробили старші вчені 20 років тому. І ви хочете переконатися, що ця спадщина триватиме й через 20 років».
Тому що питання про те, чи може існувати життя за межами Землі, є одним із найглибших питань, що стоять перед наукою сьогодні, і його не можна вирішити швидко. Обсерваторія «Населені світи» — це наступний крок у цій подорожі, але це не кінцева точка.
«Це зусилля кількох поколінь, можливо, на кілька століть, — сказав Гауді. – І я думаю, що ми повинні бути оптимістами щодо цього процесу, але ми також повинні бути скромними».
За матеріалами: Digitaltrends
