Для поиска инопланетной жизни нужен новый космический телескоп

Ученые считают, что если NASA действительно хочет серьезно заняться поиском жизни за пределами Земли, агентству потребуется новый большой космический телескоп — такой, который сможет напрямую фотографировать планеты за пределами нашей Солнечной системы. Таких технологий на данный момент не существует — только их сырые версии. Но астрономы утверждают, что это наш лучший шанс найти другую Землю, на которой могут жить биологические организмы.

Такая концепция миссии стала высшей рекомендацией в новом докладе, составленном членами Национальных академий наук, инженерии и медицины. Академии было поручено Конгрессом разработать наилучшую стратегию изучения и исследования экзопланет — миров, которые находятся за пределами Солнечной системы. И после сбора информации от экспертов в этой области, Национальные академии представили семь рекомендаций, среди которых в верхней части списка — новый телескоп.

Что астрономы планируют делать с космосом?

Конечно, никто не будет форсировать выполнение запроса, учитывая суровую реальность, с которой столкнулось NASA при попытке построить свою новую большую космическую обсерваторию, космический телескоп Джеймса Вебба, или JWST. Изначально планировалось, что он будет стоить 1 миллиард долларов и запущен в 2007 году. Но в прошлом июне стало известно, что на проект было потрачено 9,66 миллиарда долларов, а сам телескоп будет запущен в лучшем случае в 2021 году. А новый телескоп, который должен быть построен для поиска инопланетной жизни, также будет включать новые технологии, которые еще даже не испытывались в космосе. Он может быть еще сложнее и дороже, чем даже JWST.

Однако, при создании этого доклада, авторы не задумывались о возможных финансовых ограничениях. «Мы специально не учитывали затраты, график или любые подобные вещи», говорит Скотт Гауди, профессор астрономии Университета штата Огайо, который принимал участие в создании доклада, а также работает над концепцией миссии космического телескопа HabEx. «Это просто консенсус относительно того, что чувствует экзопланетарное сообщество, и самые важные вещи, которые нужно сделать, чтобы ответить на поставленные нами научные задачи».

Цели относительно простые. Первая повестка доклада излагает, что нам нужно, чтобы понять, как формируются планеты. Когда рождаются звезды, они обычно формируются в закрученном диске газа и пыли, а затем в этих же дисках появляются отдельные планеты. Как же эти диски превращаются из простого газа в полноценные планеты?

Вторая цель привлекает всех на этой планете: существует ли другая планета по типу Земли, на которой может быть жизнь? И вот здесь нам просто необходим новый телескоп. Прямые снимки планет могли бы многое рассказать о том, как они выглядят и что находится у них в атмосферах. Газ, который окружает планету, может содержать важные подсказки о том, что находится под ним, на поверхности. К примеру, газы, ассоциирующиеся с жизнью, вроде кислорода и метана, стали бы мощным сигналом в пользу присутствия биологических организмов на далекой планете. «Мы могли бы провести перепись атмосферного состава большой выборки планет земного типа», говорит Лаура Крейдберг, экзопланетарный астроном из Гарвардского университета.

Как разглядеть экзопланету?

В наши дни астрономы находят экзопланеты при помощи хитроумных методов, но не напрямую. Самый простой способ наблюдать удаленные миры — смотреть, как они проходят перед своей родительской звездой, то есть транзитом. Эти переходы слегка затмевают свет звезды, вызывая небольшое потускнение в яркости, которое можно измерить с Земли. Космический аппарат NASA TESS, находящийся на орбите Земли, ищет планеты именно таким образом, и будущий телескоп Джеймса Вебба также будет. Другой метод — наблюдать, как гравитация планеты влияет на родительскую звезду. Несмотря на небольшие размеры, планеты могут вызывать легкое покачивание звезды, тем самым выдавая свое присутствие.

Однако непосредственное изображение экзопланеты — это монументальная задача, особенно размером с Землю. Эти планеты очень близко находятся к своим родительским звездам и их заглушает звездный свет. Отдельная планета земного типа в 10 миллиардов раз тусклее звезды, на орбите которой находится. Поэтому чтобы напрямую их заснять, ученым необходимо оборудовать будущие космические телескопы специальными инструментами, которые блокируют или уменьшают звездный свет.

К счастью, астрономы над этим работают. Одна из концепций, которые рассматриваются к применению, это коронограф — оптический инструмент, который можно прикрепить к телескопу для подавления света звезды при помощи зеркал, так что будет проще увидеть планеты, которые прячутся неподалеку. Телескопы на Земле и в космосе были снабжены коронографами для изучения Солнца, но в космосе подобные высококонтрастные инструменты для блокирования света далеких звезд в полной мере еще не испытывались. NASA в настоящее время планирует продемонстрировать работу этой технологии впервые на одном из грядущих космических телескопов — WFIRST. Этот шаг также рекомендован Национальными академиями.

Кроме коронографа есть еще один интересный вариант. Астрономы хотели попробовать нечто, известное как «звездная тень». Это большая цветочная структура, которая летает перед телескопом, блокируя свет от звезды, «отбрасывая тень». «Ни один луч звездного света не попадет в телескоп, только свет планеты», говорит Гауди.

Проблема лишь в том, что эта технология достаточно сложная. Цветку придется плавать в 100 000 километрах от телескопа в космосе — и его положение должно быть точно контролироваться — чтобы нормально блокировать свет далекой звезды. И как и коронограф, звездная тень (или старшейд) пока еще очень сырая технология. В дополнение к этому, многие предложенные телескопы, с помощью которых астрономы хотят наблюдать экзопланеты, будут большие и тяжелы. К примеру, у концепта LUVOIR зеркало будет больше, чем даже у JWST.

Любые проекты телескопов с возможностью прямого наблюдения планет обойдутся в миллиарды долларов, а такие затраты нелегко будет принять даже Конгрессу, учитывая задержки в реализации и растягивание бюджета JWST. Но астрономы оптимистично смотрят в будущее, полагая, что однажды проект все-таки будет реализован. Это амбициозная, но достижимая цель, особенно в сравнении с уже достигнутыми — взять ту же высадку людей на Луну.

Гауди также понимает трудности, которые будут стоять на пути реализации такого проекта. Но этот доклад просто отражает, чего надеется достичь экзопланетарное сообщество.