Новый способ наблюдения за далекими мирами может дать нам первый реальный взгляд на экзопланеты

Планеты за пределами нашей Солнечной системы - довольно скучные вещи. Настолько тусклые, что мы можем увидеть их напрямую, только отсеяв россыпь отраженных лучей среди бликов их родительской звезды. Но даже в этом случае лучшее, что мы можем сделать, - это определить ее положение.

Для того чтобы собрать достаточно света для выявления сложных деталей этих далеких миров, потребуется линза, намного превосходящая все, что мы можем построить. Шире, чем Земля. Шире, чем Юпитер.

К счастью, линзы космического масштаба уже существуют. Благодаря тому, что масса делает ямочки в ткани пространства, тяжелые объекты, такие как наше Солнце, могут служить телескопами космического масштаба.

Это не просто теория. Так называемое гравитационное линзирование было впервые продемонстрировано более века назад и с тех пор используется для расширения границ Вселенной, которые мы можем увидеть.

Но использование вращающейся массы нашей собственной звезды для выявления тонких изменений в окраске и рисунке поверхности экзопланет - это уже совсем другая история.

В 2020 году физик из Калифорнийского технологического института по имени Слава Турышев предложил метод, с помощью которого сканирующий свет, огибающий планету, может быть преобразован в некое изображение.

Для достижения этой цели потребуется космический аппарат, способный покрыть огромную область пространства, что ограничит возможности материалов, топлива и скорости нынешних технологий.

Отталкиваясь от идеи Турышева, два физика из Стэнфордского университета в США предложили новый метод использования искажающей пространство массы Солнца для фокусировки слабого света экзопланет в осмысленное изображение.

Хотя их метод предполагает отправку космической обсерватории размером с Хаббл в замерзшие просторы нашей Солнечной системы, алгоритм сплетения света, попавшего в кольцо вокруг Солнца, в четкое изображение требует всего лишь одного снимка света.  

Чтобы проверить эту идею, исследователи использовали данные метеорологических спутников о вращающейся Земле, смоделировав ее как размазанное воронение света, известное как кольцо Эйнштейна. Их алгоритм успешно расшифровал искаженное изображение, воссоздав четко узнаваемый (хотя и довольно пиксельный) мир, который мы называем домом.

Как может выглядеть Земля при взгляде на Солнце. (Madurowicz et al., ApJ, 2022)

Теоретически этот процесс может привести к получению изображений далеких объектов в 1000 раз более точных, чем все, на что мы можем надеяться, используя современные технологии.

"Мы хотим делать снимки планет, вращающихся вокруг других звезд, не уступающие по качеству снимкам планет в нашей Солнечной системе", - говорит физик Брюс Макинтош.

С помощью этой технологии мы надеемся сделать снимок планеты, находящейся на расстоянии 100 световых лет, который будет иметь такое же влияние, как снимок Земли, сделанный "Аполлоном-8"".

С момента открытия первой экзопланеты в начале 1990-х годов астрономы обнаружили признаки более 5 000 миров, вращающихся вокруг звезд в Млечном Пути (и, возможно, за его пределами).

Однако эти признаки равносильны тому, как если бы мы услышали шаги в темноте. Мы можем предположить, насколько велика планета и с какой скоростью она движется. Мы даже можем выяснить некоторые подробности о составе ее атмосферы и температуре.

Остальное зависит от нашего воображения, вдохновленного характеристиками планет, входящих в нашу Солнечную систему.

Однако разрешение особенностей облаков, океанов, минеральных отложений и даже пропастей и гор на экзопланетах может рассказать нам гораздо больше об общих геологических особенностях во всей Вселенной - в том числе о возможности инопланетной биологии.

"Сделав снимок другой планеты, вы можете посмотреть на нее и, возможно, увидеть зеленые пятна, которые являются лесами, и синие пятна, которые являются океанами - с этим трудно утверждать, что на ней нет жизни", - говорит Макинтош.

Самым большим препятствием для использования этого конкретного метода является путешествие, которое должна совершить такая обсерватория.

В настоящее время зонд "Вояджер-1" является самым далеким объектом, созданным человеком, который когда-либо отправлялся в холодную тьму внешней Солнечной системы. Запущенный в 1977 году, он преодолел с тех пор поразительные 23 миллиарда километров (14,5 миллиарда миль). Это в 156 раз больше, чем расстояние между Землей и Солнцем.

Расстояние, которое необходимо преодолеть телескопу для исследования экзопланет, использующему Солнце в качестве линзы, в четыре раза больше рекордного, и это путешествие займет не менее века, если использовать все наши современные ноу-хау.

Инновационные решения в области дальних космических путешествий, конечно, могут привести нас туда быстрее. Это означает, что, возможно, космический телескоп для исследования экзопланет еще может получить свой день на Солнце.

Данное исследование было опубликовано в журнале The Astrophysical Journal.