В поисках второй Земли: как астрономы планируют преодолеть проблему звездного сияния

Существует ли жизнь на других планетах? Этот вопрос волнует человечество с древних времен. С развитием астрономии и космонавтики мы стали знать больше о нашей Солнечной системе и многочисленных звездах и галактиках во Вселенной. Но пока мы не нашли ни одной планеты, которая была бы похожа на Землю по размерам, температуре, атмосфере и наличию жидкой воды. Такие планеты называются землеподобными или жизнепригодными.

Однако это не значит, что таких планет нет. По оценкам ученых, в нашей галактике Млечный Путь может быть до 40 миллиардов землеподобных планет. Проблема в том, что их очень сложно обнаружить и изучить с помощью современных телескопов. Причина в том, что эти планеты очень маленькие и тусклые по сравнению с их звездами, от которых они получают свет и тепло. Звездное сияние заглушает отраженный от планет свет, делая их невидимыми для наших инструментов.

Для решения этой проблемы астрономы разрабатывают новые технологии, которые могут помочь им увидеть другие Земли. Одна из таких технологий — это звездный заслон (starshade), который представляет собой огромную конструкцию из тонкого материала, имеющую сложную форму лепестков. Звездный заслон размещается на значительном расстоянии от космического телескопа и выравнивается таким образом, чтобы закрыть свет от звезды, вокруг которой мы хотим найти планеты. Таким образом, звездный заслон действует как искусственное солнечное затмение, позволяя нам увидеть то, что скрывается за ярким светом.

Звездный заслон — это амбициозная и сложная технология, которая требует высокой точности и синхронизации двух космических аппаратов: телескопа и заслона. Они должны быть разделены на тысячи километров и поддерживать связь друг с другом. Кроме того, звездный заслон должен иметь достаточно большой размер, чтобы блокировать свет от разных типов звезд. Например, для наблюдения за красными карликами — самыми распространенными звездами в нашей галактике — нужен заслон диаметром около 50 метров.

Но даже с использованием звездного заслона наблюдение за землеподобными планетами будет очень сложным. Ведь красные карлики, на которых мы возлагаем большие надежды, очень тусклые по сравнению с нашим Солнцем, а значит и их планеты отражают мало света. К тому же, чтобы планета была жизнепригодной она должна находиться в так называемой золотой зоне — области вокруг звезды, где температура позволяет существовать жидкой воде. Для красных карликов эта зона очень близка к звезде, что означает, что планеты должны иметь очень короткий период обращения — от нескольких дней до нескольких недель. Это уменьшает вероятность того, что мы попадем на момент, когда планета будет видна с Земли.

Поэтому астрономы ищут другие способы улучшить свои шансы увидеть другие Земли. Одним из них является использование нового типа оптики, называемой фотоникой. Фотоника работает на уровне отдельных фотонов — элементарных частиц света. Она широко применяется в современных технологиях, таких как оптоволоконная связь и лазеры. В астрономии фотоника может помочь создать более чувствительные детекторы света и более точные спектроскопы, которые могут анализировать состав атмосферы планет.

В недавней статье на сайте phys.org ученые описали, как можно сочетать звездный заслон с фотоническими детекторами, создавая гибридную систему, способную наблюдать за очень слабыми планетами. Например, свет на краю звездного заслона может быть сфокусирован микролинзами в пучок оптоволоконных кабелей, которые затем могут быть подключены к отдельным фотодетекторам. Авторы статьи отмечают, что при тщательном проектировании телескоп может обнаружить оптический контраст более 10 миллиардов.

Такие перспективы вдохновляют астрономов на разработку новых проектов космических миссий, направленных на поиск и изучение землеподобных планет. Одним из таких проектов является Обсерватория жизнепригодных миров (Habitable Worlds Observatory), которая должна быть запущена в конце 2030-х или 2040-х годов. Ее основная цель — это наблюдение за другими планетами размером с Землю, вращающимися вокруг звезд, похожих на Солнце, в пределах золотой зоны.

Что такое золотая зона и почему она важна для поиска жизни?

Золотая зона — это область вокруг звезды, где температура позволяет существовать жидкой воде на поверхности планеты. Жидкая вода считается одним из необходимых условий для возникновения и поддержания жизни, поэтому астрономы ищут планеты, которые находятся в этой зоне.

Какие еще факторы влияют на жизнепригодность планеты, кроме расстояния от звезды?

На жизнеспособность планеты также могут влиять ее размер, масса, атмосфера, магнитное поле, геологическая активность, спутники и другие факторы. Например, слишком большая или слишком маленькая планета может иметь неподходящее давление или гравитацию для жизни. Атмосфера может защищать планету от космического излучения и регулировать ее климат. Магнитное поле может предотвращать потерю атмосферы под действием солнечного ветра. Геологическая активность может обеспечивать циркуляцию элементов и тепла внутри планеты. Спутники могут стабилизировать ось вращения планеты и вызывать приливы и отливы.

Как можно определить, есть ли жизнь на другой планете?

Один из способов определить, есть ли жизнь на другой планете, — это изучить ее атмосферу с помощью спектроскопии. Спектроскопия — это метод анализа света, который позволяет определить химический состав вещества. Если в атмосфере планеты присутствуют такие газы, как кислород, метан, озон или другие биогенные молекулы, это может свидетельствовать о наличии жизни или ее следов. Однако не все формы жизни могут производить такие газы, поэтому отсутствие их не означает отсутствие жизни. Кроме того, некоторые из этих газов могут иметь неорганическое происхождение или быть разрушены другими процессами. Поэтому для подтверждения жизни нужно проводить дополнительные исследования и учитывать различные факторы.