Щоб побачити інші Землі, може знадобитися нова амбітна технологія

Гонка триває, щоб відкрити справді придатні для життя світи, схожі на Землю. У той час як ми починаємо спостерігати за атмосферами великих потенційно придатних для життя планет, таких як гікейські світи, за допомогою телескопів, якими ми зараз володіємо, найбільш значні прориви, ймовірно, відбудуться з розробкою передових спеціалізованих телескопів. У цих нових конструкціях, ймовірно, використовуватиметься зоряний відтінок, щоб приховати відблиски зірки та дозволити нам безпосередньо спостерігати за її екзопланетами. Але чи вистачить цього для вивчення далеких планет земної групи?

З 1930-х років астрономи використовували різні способи усунення відблисків від яскравих об’єктів, щоб виявити більш тьмяні об’єкти. Наприклад, щоб виявити сонячну корону, подібну до того, що відбувається під час сонячного затемнення, астрономи використали коронограф, який точно блокує лімб Сонця всередині телескопа. Ідея була розширена, щоб дивитися на великі планети навколо зірок, де невеликий фільтр приховує світло зірок від поля зору, щоб можна було побачити найближчі планети. Однак ці фільтри зазвичай розміщуються в самому телескопі, що обмежує точність фільтра.

Зоряний комір зніме фільтр із телескопа та розмістить його на значній відстані від самого телескопа. Для космічного телескопа це означає наявність двох космічних кораблів, одного для телескопа, а іншого для тіні. Розмістивши їх на відстані дві тисячі кілометрів, астрономи зможуть побачити планети, що обертаються дуже близько до своєї зірки. Це буде особливо корисно для схожих на Землю світів, що обертаються навколо червоних карликів у їхній зоні проживання, які є найбільш поширеними потенційно придатними для життя світами.

Однією з проблем є те, що червоні карлики набагато тьмяніші за сонцеподібні зірки, а світло зірок, відбите від їхніх планет, ще слабше. Таким чином, навіть із вдосконаленою зоряною шторкою, яка блокує світло зірок, планети можуть бути занадто слабкими для спостереження. Але нова стаття на сервері препринтів arXiv стверджує, що цю проблему можна вирішити завдяки передовому типу оптики, відомому як фотоніка.

Хоча традиційна оптика може вловлювати слабке світло, фотоніка працює на рівні окремих фотонів. Одним із поширених застосувань сьогодні є волоконно-оптичний зв’язок, тому, якщо у вас є оптоволоконний Інтернет, подякуйте photonics. В астрономії фотоніку використовували для таких речей, як спектроскопія високої роздільної здатності та детектори деяких радіотелескопів.

У цій статті автори описують способи використання коронографів, таких як зоряні відтінки, у поєднанні з фотонними детекторами, створюючи гібридну систему, здатну спостерігати набагато тьмяніші планети. Наприклад, світло на краю абажура може бути сфокусоване мікролінзами в пучок оптоволоконних кабелів, які потім можуть бути направлені до окремих фотодетекторів. Автори відзначають, що при ретельному проектуванні телескоп може виявити оптичний контраст понад 10 мільярдів.

До обсерваторій Starshade, таких як запропонована обсерваторія HabEx (HabEx), ще далеко. Ймовірно, мине 2040-й рік, перш ніж такий телескоп можна буде запустити. Отже, є достатньо часу для розвитку та вдосконалення астрономічної фотоніки. Але це дослідження показує, що воно може кардинально змінити наше бачення Всесвіту. Джерело