В Лаборатории реактивного движения 17 мая члены команды римского инструмента для коронографа используют кран, чтобы поднять верхнюю часть транспортного контейнера, в котором хранился инструмент, для его путешествия в Центр космических полетов имени Годдарда НАСА. Фото: НАСА/Лаборатория реактивного движения-Калифорнийский технологический институт.
Римский коронограф на римском космическом телескопе НАСА Нэнси Грейс поможет проложить путь к поиску обитаемых миров за пределами нашей солнечной системы, испытав новые инструменты, которые блокируют звездный свет и обнаруживают планеты, скрытые сиянием своих родительских звезд. Демонстрационная технология недавно была отправлена из Лаборатории реактивного движения НАСА в Южной Калифорнии в Центр космических полетов Годдарда агентства в Гринбелте, штат Мэриленд, где она присоединилась к остальной части космической обсерватории в рамках подготовки к запуску к маю 2027 года.
Перед своим путешествием по пересеченной местности римский коронограф прошел самое полное испытание своих способностей блокировать звездный свет — то, что инженеры называют «выкапыванием темной дыры». В космосе этот процесс позволит астрономам наблюдать свет непосредственно от планет вокруг других звезд или экзопланет. После демонстрации на Романе подобные технологии в будущей миссии смогут позволить астрономам использовать этот свет для идентификации химических веществ в атмосфере экзопланеты, в том числе тех, которые потенциально указывают на наличие жизни.
Да начнется тестирование
Для испытания темной дыры команда поместила коронограф в герметичную камеру, предназначенную для имитации холодного темного вакуума космоса. Используя лазеры и специальную оптику, они воспроизвели свет звезды так, как он выглядел бы при наблюдении в римский телескоп. Когда свет достигает коронографа, прибор использует небольшие круглые затемнения, называемые масками, чтобы эффективно блокировать звезду, подобно козырьку автомобиля, закрывающему солнце, или луне, закрывающей солнце во время полного солнечного затмения. Это позволяет легче увидеть более тусклые объекты вблизи звезды.
Коронографы с масками уже летают в космосе, но они не могут обнаружить экзопланету, похожую на Землю. Из другой звездной системы наша родная планета выглядела бы примерно в 10 миллиардов раз тусклее Солнца, и они расположены относительно близко друг к другу. Таким образом, попытка непосредственного изображения Земли была бы подобна попытке увидеть пятнышко биолюминесцентных водорослей рядом с маяком на расстоянии 3000 миль (около 5000 километров). Благодаря предыдущим коронографическим технологиям даже яркий свет замаскированной звезды затмевает планету, похожую на Землю.
Римский коронограф продемонстрирует методы, которые смогут удалить больше нежелательного звездного света, чем космические коронографы прошлых лет, за счет использования нескольких подвижных компонентов. Эти движущиеся части сделают его первым «активным» коронографом, полетевшим в космос. Его основными инструментами являются два деформируемых зеркала, каждое диаметром всего 2 дюйма (5 сантиметров), поддерживаемое более чем 2000 крошечными поршнями, которые перемещаются вверх и вниз. Поршни работают вместе, изменяя форму деформируемых зеркал, чтобы они могли компенсировать нежелательный рассеянный свет, который распространяется по краям масок.
Деформируемые зеркала также помогают исправить недостатки другой оптики римского телескопа. Хотя они слишком малы, чтобы повлиять на другие высокоточные измерения Романа, изъяны могут направить рассеянный звездный свет в темную дыру. Точные изменения формы каждого деформируемого зеркала, незаметные невооруженным глазом, компенсируют эти недостатки.
«Недостатки настолько малы и имеют такой незначительный эффект, что нам пришлось сделать более 100 итераций, чтобы все исправить», — сказал Фэн Чжао, заместитель руководителя проекта римского коронографа в Лаборатории реактивного движения. «Это похоже на то, когда вы приходите к оптометристу, и он ставит вам разные линзы и спрашивает: «Эта лучше? А как насчет этой?» И коронограф сработал даже лучше, чем мы надеялись».
Во время испытания показания камеры коронографа показывают область в форме пончика вокруг центральной звезды, которая медленно темнеет по мере того, как команда направляет больше звездного света от нее — отсюда и прозвище «выкапывание темной дыры». В космосе экзопланета, скрывающаяся в этой темной области, будет медленно появляться, пока инструмент выполняет свою работу с помощью деформируемых зеркал.
На этом рисунке показано испытание римского коронографа, которое инженеры называют «рытьем темной дыры». Слева: звездный свет попадает в поле зрения, когда используются только фиксированные компоненты. Среднее и правое изображения показывают, что при задействовании подвижных компонентов инструмента удаляется больше звездного света. Фото: НАСА/Лаборатория реактивного движения-Калифорнийский технологический институт.
Обитаемые миры
За последние 30 лет вокруг других звезд было обнаружено и подтверждено более 5000 планет, но большинство из них были обнаружены косвенно, то есть их присутствие определяется на основе того, как они влияют на свою родительскую звезду. Обнаружить эти относительные изменения родительской звезды гораздо проще, чем увидеть сигнал гораздо более слабой планеты. Фактически, непосредственно были получены изображения менее 70 экзопланет.
Планеты, изображения которых на сегодняшний день были получены напрямую, не похожи на Землю: большинство из них намного больше, горячее и, как правило, дальше от своих звезд. Эти особенности облегчают их обнаружение, но делают их менее гостеприимными для жизни в том виде, в каком мы ее знаем.
Чтобы искать потенциально обитаемые миры, учёным необходимо визуализировать планеты, которые не только в миллиарды раз тусклее, чем их звёзды, но и вращаться вокруг них на таком расстоянии, чтобы на поверхности планеты могла существовать жидкая вода — предшественник найденного вида жизни. на земле.
Развитие возможностей прямого изображения планет земного типа потребует промежуточных шагов, таких как римский коронограф. При максимальной мощности он мог бы получить изображение экзопланеты, похожей на Юпитер, вокруг такой звезды, как наше Солнце: большой, холодной планеты, расположенной недалеко от обитаемой зоны звезды.
То, что НАСА узнает от римского коронографа, поможет проложить путь для будущих миссий, предназначенных для прямого получения изображений планет земного размера, вращающихся по орбитам в обитаемых зонах звезд, подобных Солнцу. Концепция агентства будущего телескопа под названием «Обсерватория обитаемых миров» направлена на получение изображений как минимум 25 планет, похожих на Землю, с помощью инструмента, который будет основан на том, что римский коронограф демонстрирует в космосе.
«Активные компоненты, такие как деформируемые зеркала, необходимы, если вы хотите достичь целей такой миссии, как Обсерватория обитаемых миров», — сказал Илья Побережский из Лаборатории реактивного движения, системный инженер проекта римского коронографа. «Активный характер римского коронографа позволяет поднять обычную оптику на новый уровень. Это усложняет всю систему, но без него мы не смогли бы делать эти невероятные вещи».
