Гигантский зонтик поможет нам в поиске инопланетной жизни
Охота на инопланетян - весьма модное и совсем не постыдное увлечение. За последние несколько лет астрономы обнаружили тысячи планет за пределами Солнечной системы, предполагая, что галактика буквально наполнена мирами - по крайней мере у каждой звезды есть в среднем хотя бы одна планета. Существование множества планет повышает шансы на то, что хотя бы на одной из них будет жизнь - и, возможно, где-то существует «двойник» Земли, что делает охоту на инопланетян добросовестной научной деятельностью.
«Теперь мы готовы сделать переход от «есть ли там планеты?» к «есть ли жизнь на этих планетах?», - говорит Ник Зиглер, главный технолог программы по изучению экзопланет NASA. - Это огромный сдвиг в мышлении NASA на тему поиска жизни и развития планетарной науки».
Проблема в том, что обнаружить жизнь за миллионы километров не так просто, как кажется, особенно если она не разумная.
Одна из технологий, которая могла бы помочь ученым достичь своей цели, это, на первый взгляд, невероятная штуковина под названием Starshade. Это своего рода гигантский космический зонтик, спроектированный, чтобы блокировать свет звезды, что позволит телескопу разглядеть планету на ее орбите - и, возможно, выявить признаки инопланетной жизни.
«Если мы хотим найти истинного близнеца Земли в ближайшем будущем - в следующие десять-двадцать лет - тогда да, нам определенно нужно сделать Starshade», - говорит Сара Сигер из Массачусетского технологического института.
Дело в том, что звезда типа Солнца будет в 10 миллиардов раз ярче планеты размером с Землю. Единственная надежда астрономов взглянуть на хотя бы проблеск жизни - вроде каких-нибудь форм микроорганизмов - это заблокировать свет такой звезды, позволив телескопу напрямую взглянуть на планету. Эта стратегия в корне отличается от основного метода поиска планет, которым пока пользуются астрономы.
Поскольку планеты такие далекие и тусклые, астрономы изучают их в основном косвенно - к примеру, обнаруживая провалы в свете звезд, когда планета проходит перед своей звездой, или измеряя то, как покачивается звезда под действием силы тяжести планеты. Однако охотникам на инопланетян нужна новая тактика.
Ученые надеются идентифицировать газы в атмосфере планеты, а вместе с ними и химические вещества, которые указали бы на присутствие жизни - вроде кислорода, из которого на 20% состоит атмосфера Земли.
«Без жизни - растений или фотосинтезирующих бактерий - у нас бы не было фактически никакого кислорода», - говорит Сигер. Именно поэтому кислород находится в числе самых многообещающих биосигнатур. Но жизнь на Земле производит все виды газов, и инопланетная жизнь может быть еще более многообразной. Задача заключается в определении того, имеют эти химические вещества биологическое происхождение или нет.
Несмотря на то, что никто пока не нашел никаких признаков внеземной жизни, астрономы уже «почуяли» нечто похожее в атмосферах некоторых планет. Когда планета проходит перед своей звездой, свет звезды проходит через газообразный слой, оборачивающий планету. Молекулы в атмосфере поглощают особые длины света в зависимости от своего химического состава. Измеряя, какие длины волн были поглощены, астрономы могут определить и газы.
Большие телескопы вроде космического телескопа Джеймса Вебба, который будет запущен в 2018 году, смогут использовать эту транзитную технику, чтобы разобрать химию атмосферы до мельчайших деталей. Они также смогут уловить биосигнатуры. «Может, и повезет», - говорит Зиглер. Но метод этот хорош только для планетарных систем вокруг небольших звезд класса М-карликов - но не звезд типа нашей.
Именно поэтому астрономы вроде Сигер хотят сделать Starshade реальностью.
Starshade запускается с телескопом и, достигая назначенной позиции в глубоком космосе, разворачивается в диаметре до 34 метров. Лепестки этого «цветка» будут убирать эффекты дифракции, когда волны света огибают края зонта и производят нежелательные блики. Зонт и телескоп будут разделены 50 000 километров - это почти в четыре раза больше диаметра Земли.
Стоит ли говорить, что это будет нелегко. Но ученые изучают варианты реализации этой идеи, экспериментируя в пустыне с использованием лампы, модели Starshade и камеры. Джереми Касдин из Принстонского университета, один из лидеров проекта Starshade, проводит лабораторные испытания с миниатюрной моделью устройства - установка растягивается на 78 метров с моделью Starshade пяти сантиметров в ширину.
Если проект получит достаточно финансирования и все пойдет хорошо, NASA может запустить его уже в 2026 году. «На данный момент мы не видим никаких технических ограничений, которые помешали бы закончить и запустить Starshade в 2020-х», - говорит Касдин.
Но Starshade не единственный способ заблокировать звездный свет. Ее запуск может совпасть с WFIRST, космическим телескопом следующего поколения, который запланировано оснастить коронографом, который будет блокировать звездный свет изнутри телескопа. «Мы хотим подойти со многих сторон, на случай если одна не сработает», - говорит Зиглер.
Коронограф - это хорошо проверенная технология, разработанная еще в 1930-х годах для изучения внешних слоев Солнца, то есть короны - и он также может помочь в поиске близнеца Земли. Но, как говорит Зиглер, технология пока не готова для этого.
Коронографы сложные и хрупкие инструменты, что делает их уязвимыми для тепла Солнца и вибраций от таких моментов, как реакция колес, используемых для ориентации космического аппарата. Все, что может разрушить хрупко настроенные инструменты, позволит звездному свету попасть в камеру и нарушить наблюдения. Деформируемые зеркала могли бы свести на нет ряд нарушений, но современные системы пока не могут выхватить планету размером с Землю из звездного света.
Но с Starshade, однако, звездный свет вообще не попадет в телескоп. Все, что нужно, это относительно простой и небольшой телескоп, который дешево и просто строить. Возможно также, что Starshade не понадобится собственный телескоп и система обойдется WFIRST.
В то же время охота на близнеца Земли в полном разгаре. «Можно получить много классной науки, изучая планеты самых разных размеров, но, в конце концов, многие из нас хотели бы найти планету типа Земли», - говорит Касдин. Если это произойдет, обязательно возникнет вопрос, населена ли она - и Starshade может быть нашим лучшим оружием в этой охоте.
