Как ищут экзопланеты? Методы и технологии

Таким образом, набор инструментов для поиска экзопланет довольно ограничен. Астрономы не могут следовать простой логике и искать другие планеты у ближайших к Земле звезд или в наиболее вероятных местах существования землеподобных планет. Для этого нужны совершенные технологии прямого наблюдения.

Прямой взгляд

Если бы мы могли увидеть далекие планеты в телескопы, как Марс или Венеру, это был бы гигантский скачок в деле поиска обитаемых миров. Но для этого нужно прямое наблюдение объекта. Это очень сложная задача, поскольку звезда обычно ярче планеты от миллионов до 10 млрд раз. Потенциально возможно создать сверхчувствительные телескопы, способные разглядеть бледное пятнышко экзопланеты, но для этого нужно каким-то образом отсеять яркий свет звезд. При этом планеты расположены очень близко к своим звездам, что еще больше осложняет задачу. Также следует помнить, что планеты отражают большую часть инфракрасных лучей, и поэтому в инфракрасном диапазоне они видны намного лучше, чем в видимом. Соответственно, наблюдения преимущественно проводятся с помощью ИК-камер. Примером может служить космический телескоп Spitzer.

Объект LRG-4-606 является отличной иллюстрацией эффекта гравитационного линзирования

Простейшим способом избавиться от «засветки» планет ярким светом центральной звезды является использование коронографа. Изначально этот прибор был предназначен для изучения Солнца и представлял собой телескоп с кружком непрозрачного материала в фокальной плоскости, который закрывал яркий диск звезды, позволяя изучать ее корону. Коронографы, используемые для поиска экзопланет, имеют более сложное устройство и различные электронные узлы для борьбы с дифракционными искажениями.

Так происходит гашение лучей засветки в интерферометре

Альтернативным и более перспективным способом является интерферометрия. Фактически это замена одного большого зеркала телескопа множеством маленьких. Благодаря взаимодействию световых волн можно убрать засветку от ярких звезд и усилить яркость лучей, указывающих на наличие планеты. При этом интерферометр позволяет получать точные данные по местоположению экзопланеты.

Интерферометрия – это одна из самых перспективных технологий поиска других миров, поскольку в будущем может позволить не только находить следы экзопланет, но и получать изображения планетных дисков. Так, в июле этого года с помощью интерферометра Keck впервые удалось рассмотреть молодую звездную систему и даже сфотографировать протопланетные диски, находящиеся на расстоянии почти 500 световых лет от Земли. При этом расстояние ближайшего диска от родительской звезды составило всего 0,1 астрономической единицы. В настоящее время астрономы работают над новым инструментом ASTRA, который позволит изучать движение планет вокруг старых звезд, и даже движение звезд вокруг черной дыры в центре нашей Галактики.

Охотник за жизнью

Однако, несмотря на адаптивную оптику, огромные зеркала и кропотливую работу астрономов, до прямого наблюдения за диском далекой экзопланеты еще далеко. А значит - обнаружить признаки цивилизации по ее непосредственной деятельности (свет городов, масштабное изменение ландшафта и т.п.) не удастся. Прорыв в этом деле мог бы совершить новый космический телескоп НАСА James Webb (JWST).

Этот инновационный аппарат с 6,5-м инфракрасным телескопом планируют запустить в 2013 году и вывести на орбиту на расстоянии около одного миллиона километров от Земли, в 4 раза дальше, чем от Земли до Луны. Чувствительные приборы JWST впервые смогут получить инфракрасные изображения гигантских планет и планетных систем. Благодаря большому зеркалу JWST также сможет наблюдать за пылевыми дисками протопланет, а также получать информацию о составе атмосферы транзитных планет. Таким образом, JWST станет настоящим «охотником» за экзопланетами и повысит наши шансы на обнаружение землеподобных обитаемых миров.

JWST не просто обнаружит экзопланеты, но и сможет выяснить их цвет. Например, планета, похожая на Землю, будет выглядеть синей. Если понаблюдать за ней достаточное время, то можно будет увидеть изменение цвета из-за сезонных колебаний в растительном покрове, замерзания воды и т.д. К сожалению, JWST не сможет использовать большой список экзопланет, открытых телескопом "Кеплер", поскольку они намного дальше радиуса действия JWST, составляющего 30-65 световых лет. Ограничение по дальности связано со слишком слабым светом, исходящим от удаленных звезд. Однако, по сравнению с "Кеплером", JWST сможет обозревать всю небесную сферу и за год изучить 20-30 звездных систем с высокой вероятностью обнаружения до 5 землеподобных планет. В общем, телескоп James Webb будет впервые не искать «там где светло», а целенаправленно в течение длительного периода изучать ближайшие к нам звездные системы. В настоящее время только этот перспективный инструмент имеет большие шансы обнаружить пригодную для обитания планету.

Космический телескоп James Webb – это уникальное сочетание современных технологий. Например, его солнцезащитный экран создаст глубокую тень, спасающую от засветки, которая мешает всем существующим телескопам

Увы, техническая сложность JWST вылилась в его гигантскую стоимость, которая сегодня оценивается в 8,7 млрд долл., а также высококвалифицированную работу на протяжении 15 лет. В Конгрессе уже пытаются ограничить финансирование этой миссии, что означает затягивание, а то и вовсе отмену на три четверти готового JWST. Астрономы называют James Webb «телескопом, съевшим астрономию», но при этом подчеркивают его значимость для всего человечества и ехидно замечают, что в этом году продажи рекламы только в американских баскетбольных студенческих командах превысили бюджет НАСА. Частные спонсоры не интересуются миссией JWST, как и правительства большинства стран, для которых трата миллиардов долларов на телескоп кажется безумием. Остается лишь надеяться, что вопрос о собратьях по разуму не окажется менее важным, чем очередной вооруженный конфликт или Олимпийские игры.

Телескоп "Кеплер" изучил лишь маленький участок неба, но и там нашлись сотни экзопланет

Как ни фантастично звучит идея обнаружения жизни на других планетах, это сенсационное сообщение мы можем услышать в ближайшие десятилетия. Для того, чтобы найти 1235 потенциальных планет, космический телескоп "Кеплер" изучил более 156 тыс. звезд в области, занимающей четырехсотую часть небесной сферы. Это означает, что даже с помощью несовершенного инструмента и транзитного метода планеты можно обнаружить с вероятностью 8%. На самом деле шансов найти планету, исследуя звездную систему, намного больше – нужен только соответствующий инструмент. Сложнее с критериями обитаемости. Пока ученые ориентируются в основном на похожие на Землю планеты, но жизнь может родиться и на планетах, абсолютно не похожих на нашу.

Михаил Левкевич