НАСА раскрывает план создания многомиллиардного телескопа для поиска жизни на экзопланетах

На волне успеха космического телескопа Джеймс Уэбб (JWST), НАСА планирует создать новый телескоп, который должен быть таким же большим, как JWST, и имел бы новую грандиозную цель: поиск признаков жизни на планетах, похожих на Землю, возможно, к началу 2040-х годов.

Марк Клампин, директор отдела астрофизики НАСА, сказал на собрании Американского астрономического общества, что пока о телескопе известно немного. Но то, что он сказал, весьма интересно.

Телескоп, как и JWST, будет находится в точке L2, точке гравитационного баланса в 1,5 миллионах километров от Земли. В отличие от JWST, он будет предназначен для роботизированного обслуживания и модернизации, что позволит ему работать десятилетиями, улучшаясь с возрастом. Марк Клампин говорит, что без выделенного бюджета он пока не может сильно продвинуться в дизайне и технологиях. Но у него уже есть рабочее название для телескопа: Обсерватория обитаемых миров (HWO, Habitable Worlds Observatory).

HWO не станет следующим флагманским космическим телескопом НАСА после JWST. Агентство планирует в 2027 году запустить Римскую обсерваторию Нэнси Грейс (Nancy Grace Roman Space Telescope), 2,4-метровый обзорный телескоп, который будет охотиться за темной энергией и экзопланетами.

Но с HWO НАСА следует главному приоритету отчета «Десятилетнего астрономического обзора» — списка научных пожеланий, которым руководствуются финансирующие агентство законодатели. Окончательный отчет, опубликованный в ноябре 2021 года, призвал НАСА возродить свою программу «Великие обсерватории», в рамках которой был запущен космический телескоп «Хаббл» и несколько других телескопов в 1990-х и начале 2000-х годов.

В отчете говорилось, что 6-метровый телескоп стоимостью 11 миллиардов долларов, чувствительный к ультрафиолетовому, оптическому и ближнему инфракрасному диапазонам волн, должен положить начало новой программе Великих обсерваторий. В нем указывалось, что телескоп, в дополнение к общей астрофизике, должен быть способен обнаружить признаки жизни на 25 близлежащих земноподобных экзопланетах — минимум, необходимый для статистического подтверждения того, распространена ли жизнь в нашей Галактике.

НАСА предложило несколько вариантов для этого следующего большого проекта в космосе, но в десятилетнем отчете предлагалось что-то среднее между двумя предложениями НАСА, проектами HabEx и LUVOIR.

HabEx полагался бы на 4-метровое монолитное зеркало, а также на роботизированный звездный зонт, плавающий на расстоянии более 100 000 километров, чтобы экранировать свет звезды от экзопланеты, чтобы можно было увидеть саму планету. LUVOIR, достигающий 15 метров в поперечнике в одной конфигурации, был спроектирован скорее как многоцелевая обсерватория и может быть построен на технологии сегментированного зеркала JWST.

Хотя сегментированные зеркала не могут создавать изображения столь же четкие, как изображения из монолитных зеркал, их можно сложить, что позволяет поместить гораздо больший телескоп в обтекатель ракеты.

Как описано, HWO «не содержит технологий, которые уже не были продуманы для HabEx или LUVOIR», — говорит Скотт Гауди из Университета штата Огайо в Колумбусе, один из проектировщиков HabEx. Но в НАСА заявили, что агентство будет придерживаться консервативного подхода к HWO, чтобы избежать перерасхода средств и задержек, которые преследовали JWST.

Телескоп JWST потребовал многих непроверенных технологий, на доработку которых ушло больше времени, чем ожидалось. Для нового телескопа НАСА воспользуется преимуществами технологий, уже разработанных или находящихся в разработке, включая сегментированные зеркала, такие, как используются в JWST, и коронограф Римской обсерватории, оптическое устройство внутри телескопа, которое блокирует свет звезды, чтобы можно было увидеть слабые экзопланеты поблизости.

НАСА также создаст Программу совершенствования технологий Великих обсерваторий (GoMap), чтобы усовершенствовать эти технологии для HWO и выполнить аналогичную подготовительную работу для последующих великих обсерваторий.

Например, поскольку HWO будет работать с оптическим светом, длина волны которого короче, чем у инфракрасного света, улавливаемого JWST, HWO потребуется гораздо более жесткий контроль над формой зеркала. Оно должно иметь идеальную форму вплоть до уровня 1 пикометра — одна миллионная от одной миллионной 1 метра — по сравнению с миллиардными долями метра для JWST.

HWO также придется усовершенствовать коронограф римского телескопа, который может блокировать свет звезды в 100 миллионов раз ярче, чем ее планета. Коронограф HWO должен будет справляться со звездами, которые в 10 миллиардов раз ярче.

Одним из ключевых моментов будет подавление рассеянного света, для чего может потребоваться цилиндрическая перегородка вокруг HWO, подобная той, что окружает телескоп Хаббл. Это защитило бы его зеркало от микрометеоритов, подобных тем, которые уже поразили JWST. Каждая ямка в зеркале от удара метеорита вызывает рассеянный свет.

Некоторые астрономы утверждают, что монолитное зеркало, у которого меньше краев, чем у сегментированного, будет рассеивать меньше света, что может подтолкнуть НАСА к дизайну, более похожему на HabEx. Но Марк Клампин говорит, что недавние исследования показывают, что коронографы также могут работать с сегментированными зеркалами. «Ни одна из этих проблем не является неразрешимой», — говорит Джон О’Мира, который был членом команды LUVOIR. Он предпочитает сегментированный дизайн, который позволяет инженерам увеличить зеркало, если того требует наука, не сталкиваясь с ограничениями пространства обтекателя ракеты.

Предоставление возможности отправлять миссии по обслуживанию и ремонту на флагманский телескоп также знаменует собой изменение для НАСА. Телескоп «Хаббл» обслуживался — за огромные деньги — астронавтами космических челноков на низкой околоземной орбите.

Будущие миссии, по словам Клампина, будут использовать частные компании, которые разрабатывают роботов для обслуживания программы НАСА «Артемида» по исследованию Луны. «Роботизированное обслуживание является частью архитектуры и философии HWO, — говорит он, добавляя, что расстояние L2 «не является большой проблемой».

Помимо продления срока службы миссии за счет установки новых приборов — как это было сделано для Хаббла — обслуживание также обеспечивает гибкость в разработке. Если один инструмент оказалось сложно подготовить к запуску, его можно было бы добавить позже. Продление срока службы миссии также выглядит хорошо для финансирования.