Поиск продолжается! Неужели есть еще одна Земля?

Поиск инопланетян продолжается! С успешным запуском телескопа «Джеймс Уэбб» поиск планет, похожих на Землю, стал самой захватывающей темой! Помимо этого нового телескопа, для поиска «похожих на Землю» планет есть и другие приспособления. Спутник TESS и телескоп «Кеплер» находятся на передовой в поиске других Земель. После прояснения пары философских вопросов мы внимательно рассмотрим эти два устройства и то, что мы надеемся найти с помощью телескопа «Джеймс Уэбб». Почему мы ищем планеты, похожие на Землю? Потому, что мы можем!

Технологические достижения земных телескопов позволили проводить сверхточные наблюдения за звездным светом, что привело к раннему открытию экзопланет. Когда планета вращается вокруг звезды, между ними возникает гравитационное взаимодействие — они притягивают друг друга. Притяжение планеты к звезде приводит к легким колебаниям звездного света, когда планета или планеты вращаются вокруг звезды. Так было всегда, но колебание звездного света никогда не удавалось обнаружить, потому что звездный свет всегда «мерцает».

Адаптивная оптика телескопов — это настоящий прорыв, который позволил астрономам находить экзопланеты, устраняя «мерцание» звездного света. Механические пружины на нижней стороне зеркал телескопа слегка изгибают зеркала, чтобы нейтрализовать искажение и мерцание звездного света, проходящего через атмосферу Земли. Без этого мерцания можно наблюдать небольшое колебание, вызванное гравитационным притяжением планет к звездам — чем больше колебание, тем больше планет. Это называется астрометрическим методом обнаружения экзопланет. Целые звездные системы и тысячи экзопланет вокруг близлежащих звезд были найдены путем анализа колебательных моделей звездного света. Но самих планет видно не было.

Неожиданно наша Солнечная система перестала быть уникальной. Астрономы пришли в восторг от мысли, что, вероятно, у каждой звезды есть планеты! Возник интересный вопрос: уникальна ли Земля или существуют ли и другие «Земли»? В любом случае, что такого особенного в поиске планет, похожих на Землю? Учитывая все финансовые ресурсы, которые развитые страны тратят на поиск планет, похожих на Землю, можно без сомнения сказать, что это определенно большое дело. Включая запущенный телескоп «Джеймс Уэбб» стоимостью десять миллиардов долларов, космический телескоп «Кеплер» за пятьсот пятьдесят миллионов долларов и спутник TESS за двести миллионов долларов, инвестиции в поиск планет, похожих на Землю, безусловно, вызывают восхищение!

Эти затраты относятся только к оборудованию, а чтобы представить полный объем затрат на этот «поиск», нужно добавить сюда зарплату команды разработчиков данных, аналитиков и исследователей по всему миру в университетах, национальных космических агентствах и частных учреждениях. Так что поиск другой Земли весьма грандиозное предприятие. Предположим, мы ее нашли, и Земля больше не одинока. Но сможем ли мы в ближайшее время туда отправиться? Межзвездные путешествия требуют серьезных прорывов в физике и технологиях. Однако знание того, что в Млечном Пути есть планеты, похожие на Землю, с жидкой водой, кислородом и на которых возможна жизнь, сделает космос менее зловещим, более гостеприимным и захватывающим для исследований. Мы сможем еще больше гордиться нашей родной планетой, и это сделает нас всех лучшими «землянами».

Все эти устройства — телескоп «Кеплер», спутник TESS и телескоп «Джеймс Уэбб» — используют разные подходы к поиску экзопланет. TESS — космический телескоп, который использует транзитный метод для исследования экзопланет, разработанный Массачусетским технологическим институтом в рамках Малой исследовательской программы НАСА. Спутник TESS вращается вокруг Земли, в отличие от космического телескопа «Джеймс Уэбб», который будет вращаться вокруг Солнца! Когда планета проходит перед звездой, это называется «транзитом». Планета будет блокировать часть света, исходящего от звезды. Это уменьшение или затемнение звезды можно измерить.

Затемнение звездного света многое говорит о планете. Зная, насколько звезда яркая и насколько сильно этот свет затемнен проходом перед звездой, можно понять размер планеты и ее близость к нам. Но мы не знаем, какая именно это планета. Большая она или близкая, пока не рассчитать по времени ее орбиту. Это значит, что спутник TESS должен делать длительные видеозаписи звезд! Видео со звездами! Это круче Голливуда! На спутнике TESS нет телескопа. Он использует четыре ПЗС-камеры для трансляции в реальном времени роликов с сотнями тысяч звезд. Почему так много? Потому что для этого планета должна пройти непосредственно между камерами спутника TESS и звездой. Если планета не находится под точным углом прямой видимости между звездой и камерой TESS, ее просто нельзя увидеть.

Планетарные транзиты редки. Например, Венера проходит через поле зрения Земли относительно Солнца лишь раз в двести сорок лет. Камеры TESS видят множество планетарных транзитов среди сотен тысяч звезд, которые спутник снимает в потоковом режиме в течение длительного времени. Это значит, что планет должно быть в сотни или тысячи раз больше, чем наблюдается транзитным методом. Поэтому напрашивается неизбежный вывод, что у каждой звезды есть планеты. Планеты есть повсюду! А теперь в дело вступает космический телескоп «Джеймс Уэбб» с его гигантским зеркалом шириной шесть с половиной метров. Это технологическое и инженерное чудо современного мира. Предвкушение достигает апогея. Но с усиленным ожиданием приходит и волнение.

И кое-что все еще может пойти не так, как надо, прежде чем телескоп «Джеймс Уэбб» пришлет первые снимки. Например, после запуска космического телескопа «Хаббл» в девяностом году, в девяносто третьем на него отправилась ремонтная бригада. Возникли проблемы с зеркалом «Хаббла», из-за чего изображения получались размытыми. Астронавтам пришлось совершить впечатляющий выход в открытый космос, чтобы починить зеркало. После ремонта снимки Хаббла стали даже более точными, чем это было задумано. Так появилась улучшенная модель телескопа. С телескопом «Джеймс Уэбб» это невозможно. «Хаббл» вращается вокруг Земли и доступен для астронавтов. «Джеймс Уэбб» вращается вокруг Солнца и находится далеко за пределами Луны, вне досягаемости астронавтов, и туда не отправить корабль для ремонта. Так что, если что-то пойдет не так, то вручную это не исправить.

А кроме того, на телескопе «Джеймс Уэбб» есть только одна бортовая камера для проверки повреждений или неисправностей, которые могут возникнуть в условиях межпланетного пространства. Любой ремонт придется выполнять вслепую с Земли. Чтобы получить единое изображение, «Джеймсу Уэббу» нужно выровнять восемнадцать зеркальных сегментов. Этот невероятно важный процесс займет несколько месяцев, и тогда телескоп будет полностью развернут. Семьдесят из первых двухсот восьмидесяти шести заданий телескопа по наблюдению нацелены на экзопланеты. Используя данные предыдущих поисков экзопланет, ему не придется тратить время на их поиск, ведь местоположение и орбиты уже известны. Телескоп «Джеймс Уэбб» отправится прямо за ними!

Телескоп «Джеймс Уэбб» — это не оптический телескоп, как и телескоп «Хаббл» или любой обычный телескоп, который видит видимый свет. Он видит инфракрасный свет. Изображения планет должны быть яркими точками, немного нечеткими, если у них есть атмосфера. Спектры планет дадут наибольшую информацию об экзопланете. Любые газы вокруг экзопланеты поглощают какое-то количество звездного света, когда тот проходит через атмосферы планет. Допустим, в атмосфере планеты есть метан, кислород или углекислый газ, то есть газы, которые больше всего указывают на жизнь. Тогда телескоп сможет обнаружить их с помощью спектроскопического анализа. Снимок экзопланеты может быть сформирован из инфракрасной информации: диапазона температур, содержания атмосферы, вероятности наличия жидкой воды и даже вероятности существования жизни.

Телескопу «Джеймс Уэбб» предстоит выполнить и другие задачи. Он предназначен для изучения образования звезд и формирования планет в туманностях Млечного Пути. Понимание того, как формируются солнечные системы, это часть поиска другой Земли. При обнаружении инфракрасного света, телескоп «Джеймс Уэбб» будет заглядывать даже в самые отдаленные галактики, чей видимый свет блокируется пылью и газом. Эти далекие галактики образовались вскоре после Большого взрыва. Данные о формировании галактик — важнейшая задача телескопа. Отдаленные галактики ускоряются так быстро, что излучаемый ими свет растягивается ниже частоты видимого спектра — в инфракрасную область. Большой телескоп может видеть эти ранее невидимые галактики. Мы надеемся узнать о таинственной темной энергии, которая заставляет Вселенную расширяться со все возрастающей скоростью. Космический телескоп «Джеймс Уэбб» значительно расширит наши знания о Вселенной.