Может ли телескоп километрового масштаба помочь проводить более эффективную науку, и в частности, в области оптической интерферометрии? Это то, на что надеется ответить недавно представленное исследование, поскольку пара исследователей предлагает Big Fringe Telescope (BFT), который, как планируется, будет включать 16 телескопов диаметром 0,5 метра и будет эквивалентен телескопу диаметром 2,2 километра. Уникальность BFT заключается в его потенциале создавать в реальном времени «фильмы» об экзопланетах, такие как фильмы о прохождении Венеры через наше Солнце, а также в значительно меньших затратах на строительство по сравнению с текущими наземными оптическими интерферометрами.
Это предложение основывается на прошлых оптических интерферометрах, включая массив Центра астрономии высокого углового разрешения (CHARA) Университета штата Джорджия, состоящий из шести телескопов диаметром 1 метр, что эквивалентно телескопу диаметром 330 метров, и Очень большого телескопа-интерферометра (VTLI) Европейской южной обсерватории, состоящего из четырех 8,2-метровых телескопов и четырех подвижных 1,8-метровых телескопов, что эквивалентно телескопу диаметром 130 метров. Кроме того, это предложение поступает в то время, когда ESO в настоящее время строит свой Чрезвычайно большой телескоп с рефлекторным телескопом диаметром 39,3 метра (130 футов) в пустыне Атакама в Чили.
Здесь, Вселенная сегодня обсуждает это невероятное предложение с доктором Джерардом ван Беллем, астрономом из обсерватории Лоуэлла во Флагстаффе, штат Аризона, относительно мотивации предложения BFT, научных случаев, которые BFT надеется достичь, новых методов относительно того, как BFT будет изучать экзопланеты (т. е. фильмы в реальном времени), как BFT может потенциально способствовать поиску жизни за пределами Земли, следующих шагов по превращению BFT в реальность и последствий для каждого телескопа диаметром 0,5 метра как для науки, так и для стоимости. Итак, какова была мотивация предложения BFT?
«Мотивация в том, что в какой-то момент сообщество «оставило деньги на столе», — рассказывает доктор ван Белле. Вселенная сегодня. «Здесь есть действительно захватывающий научный случай — получение изображений ярких звезд — и его упускают из виду. Это отчасти потому, что коллективное воображение людей (вроде меня), которые строят эти массивы изображений с очень высоким угловым разрешением, было коллективно отвлечено на то, чтобы продолжать делать «тускнею, тускнею, тускнею», а не «тоньше, тоньше, тоньше». И приятным сюрпризом является то, что, поскольку мы не собираемся делать сверхтускнею, телескопы, составляющие массив BFT, небольшие, и поэтому BFT на удивление доступен по цене. Дополнительная третья ось здесь — это большая часть деталей, которые только недавно поступили в продажу, так что это также способствует доступности. Так что это великая наука, которая еще не была сделана, она дешева и своевременна».
В исследовании отмечается, что «рутинная съемка ярких звезд главной последовательности остается на удивление неисследованной научной областью». Для контекста, хотя массив CHARA получил первое изображение одиночной звезды главной последовательности в 2007 году, часть научных исследований, проводимых CHARA, была сосредоточена на двойных звездах, взрывах сверхновых и пылевых орбитальных звездах. Кроме того, хотя VLTI получил лучшее изображение поверхности и атмосферы красного сверхгиганта, часть научных исследований включала прямые наблюдения экзопланет, наблюдение за Стрельца A*, который является сверхмассивной черной дырой в центре Млечного Пути, и обнаружение экзозодиакального света. Подобно CHARA и VLTI, BFT также будет проводить широкий спектр научных исследований наряду со своей целью получения изображений ярких звезд главной последовательности. К ним относятся изучение звезд-хозяев экзопланет, солнечных аналогов, разрешенных двойных и разрешенных транзитов экзопланет.
Доктор ван Белле рассказывает Вселенная сегодня«Хозяева экзопланет — это настоящий случай мяса с картошкой: взрыв открытий экзопланет за последние три десятилетия действительно преобразил астрономию. Солнечные аналоги чрезвычайно важны для изучения. До сих пор у нас была единственная звезда, похожая на Солнце, которую мы можем разложить на большее, чем диск, и посмотреть, как она ведет себя с течением времени, а именно, наше собственное Солнце. Но это немного похоже на попытку изучить анатомию и физиологию, если вы врач для одного пациента, когда-либо. Поэтому возможность делать четкие изображения звезд, похожих на Солнце, действительно жизненно важна для лучшего понимания нашего собственного Солнца — и особенно его влияния на нашу родную планету».
Доктор ван Белль продолжает: «Наблюдения за двойными звездными системами позволяют нам определять массы из-за их орбитального движения вокруг друг друга, а BFT добавляет дополнительную ценность, напрямую измеряя радиусы этих звезд. Разрешенные транзиты экзопланет будут чертовски крутыми. Мы сможем увидеть *разрешенный* диск *другого мира*, когда он проходит перед своей звездой-хозяином. Такого рода вещи будут полезны для дальнейшей характеристики экзопланет, а также для поиска экзолуний. Есть куча другой науки BFT, которая не является частью основных «шатровых» случаев — многие сотни различных типов звезд, которые мы сможем сфотографировать и увидеть, как эти фотографии меняются со временем».
В настоящее время прямой просмотр экзопланет осуществляется с помощью метода прямой визуализации, при котором астрономы используют коронограф, чтобы затмить блики родительской звезды, открывая скрытые экзопланеты под ней, хотя их полные формы не видны. Кроме того, транзитный метод проводится путем измерения провала в звездном свете, вызванного экзопланетой, проходящей перед ней, но не наблюдаемой из-за ее малого размера и интенсивного бликов родительской звезды.
Разрешенные транзиты экзопланет, которые BFT надеется достичь, означают, что астрономы смогут наблюдать полный контур экзопланеты, когда она проходит перед своей звездой-хозяином, таким образом объединяя метод прямой визуализации с методом транзита. Примером этого является прохождение Венеры перед нашим Солнцем, что позволяет астрономам наблюдать весь контур как планеты, так и нашего Солнца, в результате чего получаются фильмы в реальном времени этого невероятного астрономического события. С BFT эти фильмы в реальном времени, как ожидается, будут сделаны и для экзопланет. Следовательно, какой науки можно достичь с помощью этих фильмов в реальном времени?
«Как было отмечено выше, мы сможем увидеть эти миры как разрешимые диски», — говорит доктор ван Белле. Вселенная сегодня. «Это позволит нам лучше определить линейный размер, а также измерить плотность этих миров — например, каменистых или водянистых, твердых или газообразных? Выполнение такого разрешения в зависимости от длины волны может также рассказать нам о составе атмосфер — хотя это довольно сложное наблюдение. Возможно, более простым делом будет попытка измерить сплющенность газообразных миров — например, Юпитер немного шире, чем высок, потому что он представляет собой быстро вращающийся сгусток газа. Такие наблюдения позволят нам измерить скорость вращения этих планет».
На момент написания этой статьи NASA подтвердило существование 5743 экзопланет, состоящих из широкого диапазона размеров, составов и обнаруженных в солнечных системах, содержащих одну или до семи планет. Методы, используемые для обнаружения экзопланет, также демонстрируют разнообразие, включая транзитный метод, метод лучевых скоростей, метод микролинзирования и метод прямой визуализации. Каждый из них имеет свои собственные уникальные способы не только идентификации экзопланет, но и сбора данных о составе их поверхности, составе атмосферы и потенциале для жизни. Поэтому, как BFT может способствовать поиску жизни за пределами Земли?
Доктор ван Белле рассказывает Вселенная сегодня«BFT в первую очередь будет заниматься отслеживанием экзопланет, а не их поиском, но при этом будет способствовать гораздо лучшей характеристике экзопланет и их хозяев. Многое из того, «есть ли там жизнь», зависит не только от экзопланеты, но и от условий, переданных этой экзопланете ее хозяином. Знание среды «космической погоды» позволит получить гораздо более качественную информацию из наблюдений BFT».
Наряду с потенциальными фильмами об экзопланетах и улучшенной наукой о ярких звездах, одной из основных движущих сил BFT является его стоимость, поскольку исследователи оценивают общую стоимость всего проекта в 28 496 000 долларов за все 16 телескопов по 0,5 метра каждый. Для сравнения, массив GSU CHARA обошелся более чем в 14,5 миллионов долларов всего за шесть телескопов по 1 метру каждый, а стоимость строительства VLT/VLTI оценивается в сотни миллионов долларов за четыре 8,2-метровых телескопа и четыре подвижных 1,8-метровых телескопа.
Это недавнее исследование дает подробную разбивку затрат для каждого аспекта BFT, включая сбор пучка (4 720 000 долл. США), транспортировку пучка (2 744 000 долл. США), комбинацию пучка (4 140 000 долл. США), задержку пучка (4 000 000 долл. США), инфраструктуру (1 943 000 долл. США) и рабочую силу (5 250 000 долл. США). Но, учитывая, что каждый телескоп BFT меньше тех, которые используются на GSY CHARA и VLTI, что означает, что размер их собирающей апертуры меньше, в чем смысл использования размера собирающей апертуры 0,5 метра и в чем причина того, что BFT нацеливается на яркие звезды?
«0,5-метровые телескопы оказывают большое влияние на доступность проекта», — говорит доктор ван Белле. Вселенная сегодня. «Меньшие телескопы менее дороги, как для телескопической трубы, так и для монтировки. Это, в свою очередь, означает, что корпус также меньше и дешевле. Для полуметровых телескопов достаточно простой атмосферной коррекции наклоном наконечника, а не более дорогой многоэлементной адаптивной оптики. И поскольку есть 16 апертур, каждое снижение стоимости на станцию имеет большой эффект домино. И да, основная торговля, происходящая здесь, заключается в том, что установка может наблюдать только более яркие объекты — например, в первую очередь яркие звезды».
Как и в случае с космическими телескопами, строительство наземных объектов требует многолетнего финансирования, испытаний, планирования и строительства. Это включает получение необходимого финансирования от нескольких сторон и организаций и поиск подходящей строительной площадки для этого места. Кроме того, тестирование телескопов перед установкой необходимо для успешного проведения научных исследований как в краткосрочной, так и в долгосрочной перспективе.
Например, массив GSU CHARA был основан в 1984 году, за которым последовали годы усилий по финансированию, которые наконец завершились в 1998 году, а строительство массива было завершено только в 2003 году. Для VLT/VLTI финансирование началось в 1987 году, строительство началось в 1991 году и было завершено в 1998 году. Итак, каковы следующие шаги, чтобы сделать BFT реальностью?
«Итак, BFT интересен тем, как он масштабируется», — говорит доктор ван Белле. Вселенная сегодня. «Сейчас мы проводим лабораторные работы по проверке некоторых базовых технологий; значительная часть этих технологий уже была развернута в таких местах, как массив CHARA Университета штата Джорджия или объект VLTI Европейской южной обсерватории. После этого нашими следующими шагами будет тестирование на небе одной пары телескопов. BFT соединен последовательно из 16 таких телескопов, но мы уже можем проверить его работу всего с двумя. Эта масштабируемость делает BFT телескопом с гораздо меньшим риском, чем обычные большие объекты, где вам нужно более или менее построить всю эту чертову штуку, прежде чем вы сможете протестировать ее на небе».
Как BFT будет способствовать оптической интерферометрии в ближайшие годы и десятилетия? Только время покажет, и вот почему мы занимаемся наукой!
Как всегда, продолжайте заниматься наукой и смотреть вверх!
