Телескоп Nancy Grace Roman может сделать первые в истории прямые изображение экзопланет

Строящийся космический телескоп НАСА Nancy Grace Roman проверит новые технологии космического поиска планет. Миссия направлена ​​на фотографирование миров и пылевых дисков вокруг ближайших звезд с детализацией в тысячу раз лучше, чем это возможно с помощью других обсерваторий.

Телескоп Nancy Grace Roman будет использовать свой инструмент Coronagraph — систему масок, призм, детекторов и даже самоизгибающихся зеркал, созданных для блокировки бликов от далеких звезд и выявления планет на орбитах вокруг них — чтобы продемонстрировать, что технологии прямой визуализации могут работать еще лучше в космосе, чем с наземными телескопами.

«Мы сможем получать изображения миров в видимом свете с помощью коронографа», — сказал Роб Зеллем, астроном из Лаборатории реактивного движения НАСА (JPL) в Южной Калифорнии, который является одним из руководителей будущей миссии.

«Это поможет нам увидеть меньшие, старые и более холодные планеты, чем мы можем видеть сегодня, и приблизит нас к изображениям таких планет, как Земля».

Дом вдали от дома

Экзопланеты — планеты за пределами нашей Солнечной системы — настолько далеки и тусклы по сравнению с их родительскими звездами, что практически невидимы даже для мощных телескопов.

Вот почему почти все открытые до сих пор миры были обнаружены косвенно благодаря воздействию, которое они оказывают на свои звезды. Однако последние достижения в области технологий позволяют астрономам получать изображения отраженного света от самих планет.

Анализ цветов планетарных атмосфер помогает астрономам выяснить, из чего состоят атмосферы. Это, в свою очередь, может дать представление о процессах, происходящих в изображенных мирах, которые могут повлиять на их обитаемость.

Поскольку живые существа изменяют свою среду способами, которые мы могли бы обнаружить, например, производя кислород или метан, ученые надеются, что исследование проложит путь для будущих миссий, которые могут выявить признаки жизни.

Если коронограф телескопа Nancy Grace Roman успешно завершит этап демонстрации технологии, его режим поляриметрии позволит астрономам отображать диски вокруг звезд в поляризованном свете, знакомом многим как отраженный свет, блокируемый поляризованными солнцезащитными фильтрами.

Астрономы будут использовать поляризованные изображения для изучения пылинок, составляющих диски вокруг звезд, включая их размеры, форму и, возможно, минеральные свойства. Nancy Grace Roman может даже обнаружить структуры в дисках, такие как промежутки, созданные невидимыми планетами. Эти измерения дополнят существующие данные путем исследования более тусклых пылевых дисков, вращающихся ближе к своим родительским звездам, чем могут видеть другие телескопы.

Преодоление разрыва

Текущие усилия по прямой визуализации ограничены огромными яркими планетами. Эти миры, как правило, являются суперюпитерами, возраст которых менее 100 миллионов лет, — настолько молодыми, что они ярко светятся благодаря теплу, оставшемуся от их образования, что делает их видимыми в инфракрасном свете.

Они также, как правило, находятся очень далеко от своих звезд-хозяев, потому что легче блокировать свет звезды и видеть планеты на более далеких орбитах. Согласно исследованию группы ученых, коронограф может дополнить наблюдения других телескопов в инфракрасном диапазоне, впервые отображая молодые суперюпитеры в видимом свете.

Но астрономы также хотели бы когда-нибудь получить непосредственное изображение планет, похожих на наши — скалистых планет размером с Землю, вращающихся вокруг звезд, подобных Солнцу, в пределах их обитаемых зон, диапазона орбитальных расстояний, при которых температуры позволяют жидкой воде существовать на поверхности планеты.

Для этого астрономы должны иметь возможность видеть меньшие, более холодные и тусклые планеты, вращающиеся гораздо ближе к своим звездам. Фотографируя миры в видимом свете, телескоп Nancy Grace Roman сможет получить изображения зрелых планет с возрастом до нескольких миллиардов лет, чего раньше никто не делал.

«Чтобы получить изображения планет, похожих на Землю, нам потребуется в 10 000 раз более высокая производительность, чем могут дать сегодняшние инструменты», — говорят ученые. «Инструмент Coronagraph будет работать в несколько сотен раз лучше, чем лучшие современные инструменты, поэтому мы сможем видеть планеты, подобные Юпитеру, которые более чем в 100 миллионов раз слабее, чем их звезды-хозяева».

Группа ученых недавно смоделировала многообещающую цель для изображения Nancy Grace Roman, названную Upsilon Andromedae d.

Эта газовая гигантская экзопланета немного больше Юпитера, вращается в пределах обитаемой зоны звезды, подобной Солнцу, и находится относительно близко к Земле — всего в 44 световых лет от нас.

«Что действительно интересно, так это то, что Nancy Grace Roman может помочь нам исследовать дымку и облака в атмосфере Upsilon Andromedae d и даже может действовать как планетарный термометр, определяя внутреннюю температуру планеты!», — говорят астрономы.

Новые границы

Coronagraph Instrument будет содержать несколько самых современных компонентов, которые никогда раньше не были на борту космической обсерватории. Например, он будет использовать специально разработанные коронографические маски, чтобы блокировать блики от родительских звезд, но пропускать свет от более тусклых вращающихся планет.

Эти маски имеют инновационные сложные формы, которые блокируют звездный свет более эффективно, чем традиционные маски.

Коронограф также будет оснащен деформируемыми зеркалами, которые помогут компенсировать небольшие дефекты, снижающие качество изображения.

Эти специальные зеркала будут измерять и вычитать звездный свет в режиме реального времени, а техники на земле также могут отправлять команды космическому кораблю для их настройки. Это поможет противодействовать таким эффектам, как изменения температуры, которые могут немного изменить форму оптики.

Используя эту технологию, телескоп будет наблюдать за планетами настолько слабыми, что специальные детекторы будут подсчитывать отдельные фотоны света по мере их поступления с разницей в секунды или даже минуты.

Ни одна другая обсерватория раньше не делала такого рода изображения в видимом свете, что является жизненно важным шагом на пути к обнаружению пригодных для жизни планет и, возможно, к пониманию того, одиноки ли мы во Вселенной.

НАСА выбрало ракету-носитель Falcon Heavy для запуска телескопа Nancy Grace Roman. Старт запланирован не ранее октября 2026 года.