Триває планування обсерваторії NASA Habitable Worlds Observatory (HWO), яка досліджуватиме атмосфери планет за межами Сонячної системи в пошуках помітних ознак інопланетного життя. Цього тижня в Каліфорнійському технологічному інституті (Caltech) відбувся семінар, на якому вчені та інженери обговорили стан технологій, які можуть бути використані у HWO, одному з наступних великих телескопічних проектів NASA після космічного телескопа Джеймса Вебба (JWST).
Полювання за ознаками життя в атмосферах планет за межами Сонячної системи, що обертаються навколо далеких зірок — екзопланет — схоже на полювання за голкою в космічному стозі сіна. Зрештою, за підрахунками НАСА, існує кілька мільярдів планет розміром із Землю, які знаходяться в придатних для життя зонах своїх зірок, у регіонах з належними температурами, щоб існувала рідка вода. І це тільки в Чумацькому Шляху.
Проте вчені принаймні добре уявляють, на що їм слід полювати, а також знають ознаки, які потенційно можуть вказувати на життя.
«Ми хочемо дослідити атмосфери цих екзопланет, щоб знайти кисень, метан, водяну пару та інші хімічні речовини, які можуть сигналізувати про наявність життя», — сказав у заяві головний технолог програми дослідження екзопланет NASA Нік Сіглер. «Ми побачимо не маленьких зелених чоловічків, а скоріше спектральні сигнатури цих ключових хімічних речовин, або те, що ми називаємо біосигнатурами».
HWO вперше було запропоновано як головний пріоритет у Десятилітньому огляді астрономії та астрофізики 2020 (Astro2020), дорожній карті цілей, які астрономічна спільнота має досягти протягом наступного десятиліття. Це пояснюється тим, що обсерваторія, окрім пошуку ознак життя за межами Сонячної системи та допомоги астрономам у розумінні планетних систем, також відіграватиме важливу роль в астрофізичних дослідженнях.
Незважаючи на те, що місію планують запустити наприкінці 2030-х або на початку 2040-х років, за словами Дмитра Мавета, члена Групи технічної оцінки HWO (TAG), передові технології, які зараз використовуватиме телескоп, можуть допомогти запобігти перевитратам коштів у майбутньому.
Щоб провести глибокі дослідження атмосфери екзопланет з метою полювання на ознаки життя, HWO використає свою здатність блокувати відблиски зірок, навколо яких обертаються ці екзопланети.
Блокування сильного світла, що надходить від цих зірок, дозволить побачити слабші шматочки зоряного світла, що відбивається від атмосфери планет, що обертаються навколо цих зірок. Хімічні елементи та сполуки поглинають і випромінюють світло на унікальних довжинах хвиль, характерних для їх складу, тобто світло, піддане впливу атмосфери планети, несе відбитки елементів, з яких вона складається.
Вчені беруть це світло та за допомогою процесу, що називається спектроскопією, шукають ці відбитки пальців. Такі хімічні відбитки можуть включати біосигнатури, що вказують на хімічні сполуки, які видихають або вдихають живі істоти.
Є два основних способи, якими HWO може потенційно блокувати надлишок зоряного світла. З одного боку, він міг би використовувати великий зовнішній світловий блок, званий зірковим абажуром, який розгортався б із HWO після його запуску у масивну парасольку у формі соняшника.
Або, як альтернатива, він може використовувати внутрішній зоряний екран, який називається коронографом, подібним до інструментів, які вчені використовують для блокування світла від яскравої фотосфери Сонця для вивчення його туманної зовнішньої атмосфери або корони. Сіглер додав, що наразі NASA вирішило зосередити HWO на технології коронографа, яка використовується на кількох інших телескопах, включаючи JWST і майбутній римський телескоп Ненсі Грейс.
Розташована на гавайській горі Мауна-Кеа, обсерваторія WM Keck вже використовує коронограф, винайдений Mawet у поєднанні з Keck Planet Imager and Characterizer (KPIC) для вивчення екзопланет. Коронограф дозволяє KPIC зобразити теплове випромінювання від молодих і гарячих екзопланет-гігантів газу, дозволяючи вченим досліджувати, як розвиваються ці планети та їхні планетні системи.
Планети, схожі на Землю, на які HWO зверне увагу, можуть випромінювати світло приблизно в 10 мільярдів разів слабше, ніж їхні зірки, а це означає, що коронограф для майбутнього космічного телескопа повинен буде випромінювати зіркове світло далеко за нинішні межі.
«Чим більше ми наближаємось до цього необхідного рівня придушення зіркового світла, виклики стають експоненціально складнішими», — додав Мавет.