Прибор Roman Coronagraph, установленный на римском космическом телескопе НАСА "Нэнси Грейс", поможет проложить путь в поисках пригодных для жизни миров за пределами нашей Солнечной системы, протестировав новые инструменты, которые блокируют звездный свет, выявляя планеты, скрытые ярким светом их родительских звезд. Демонстрация технологии недавно была доставлена из Лаборатории реактивного движения НАСА в Южной Калифорнии в Центр космических полетов имени Годдарда агентства в Гринбелте, штат Мэриленд, где она присоединилась к остальной космической обсерватории в рамках подготовки к запуску в мае 2027 года. Перед полетом по пересеченной местности римский коронограф прошел самую полную проверку своих способностей блокировать звездный свет - то, что инженеры называют "копанием темной дыры". В космосе этот процесс позволит астрономам наблюдать свет непосредственно от планет, вращающихся вокруг других звезд, или экзопланет. После демонстрации на Roman аналогичные технологии в рамках будущей миссии могут позволить астрономам использовать этот свет для идентификации химических веществ в атмосфере экзопланеты, в том числе тех, которые потенциально указывают на присутствие жизни.
Для исследования темной дыры команда ученых поместила коронограф в герметичную камеру, предназначенную для имитации холодного, темного космического вакуума. Используя лазеры и специальную оптику, они воспроизвели излучение звезды таким, каким оно выглядело бы при наблюдении в римский телескоп. Когда свет попадает на коронограф, прибор использует небольшие круговые затемнения, называемые масками, чтобы эффективно закрывать звезду, например, козырек автомобиля закрывает солнце, или луна закрывает солнце во время полного солнечного затмения. Это позволяет лучше разглядеть 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 более тусклой, чем солнце, и они расположены относительно близко друг к другу. Таким образом, попытка получить прямое изображение Земли была бы подобна попытке увидеть пятнышко биолюминесцентной водоросли рядом с маяком на расстоянии 3000 миль (около 5000 километров). Благодаря современным технологиям коронографии даже замаскированная звезда может ослепить планету, похожую на Землю.
Римский коронограф продемонстрирует технологии, которые позволяют удалять больше нежелательного звездного света, чем предыдущие космические коронографы, с помощью нескольких подвижных компонентов. Эти подвижные части сделают его первым "активным" коронографом, который полетит в космос. Его основными инструментами являются два деформируемых зеркала, каждое диаметром всего 2 дюйма (5 сантиметров) и опирающееся на более чем 2000 крошечных поршней, которые перемещаются вверх и вниз. Поршни работают сообща, изменяя форму деформируемых зеркал таким образом, чтобы они могли компенсировать нежелательный рассеянный свет, который проникает по краям масок. Деформируемые зеркала также помогают устранить дефекты в другой оптике телескопа Roman. Хотя они слишком малы, чтобы повлиять на другие высокоточные измерения, сделанные телескопом Roman, эти дефекты могут привести к попаданию рассеянного звездного света в темную дыру. Точные изменения формы каждого деформируемого зеркала, незаметные невооруженным глазом, компенсируют эти несовершенства.
"Дефекты настолько малы и оказывают столь незначительный эффект, что нам пришлось выполнить более 100 итераций, чтобы все исправить", - сказал Фэн Чжао, заместитель руководителя проекта Roman Coronagraph в JPL. "Это похоже на то, как если бы вы пришли на прием к окулисту, и он поставил бы вам другие линзы и спросил: "Эта лучше? Как насчет этой?" И коронограф показал результаты даже лучше, чем мы надеялись". Во время теста показания камеры коронографа показали область в форме бублика вокруг центральной звезды, которая медленно темнеет по мере того, как команда отводит от нее больше звездного света - отсюда и прозвище "копать темную дыру". В космосе экзопланета, скрывающаяся в этой темной области, будет медленно появляться по мере того, как прибор будет выполнять свою работу с помощью деформируемых зеркал. За последние 30 лет было обнаружено и подтверждено существование более 5000 планет вокруг других звезд, но большинство из них были обнаружены косвенно, то есть об их присутствии можно судить по тому, как они влияют на свою родительскую звезду. Обнаружить эти относительные изменения в родительской звезде гораздо проще, чем увидеть сигнал от гораздо более слабой планеты. На самом деле, было получено менее 70 изображений экзопланет.
Планеты, которые были сфотографированы непосредственно на сегодняшний день, не похожи на Землю: большинство из них намного больше, горячее и, как правило, находятся дальше от своих звезд. Эти особенности облегчают их обнаружение, но также делают их менее пригодными для жизни в том виде, в каком мы ее знаем. Чтобы найти потенциально пригодные для жизни миры, ученым необходимо получить изображения планет, которые не только в миллиарды раз тусклее своих звезд, но и вращаются вокруг них на нужном расстоянии, чтобы на поверхности планеты могла существовать жидкая вода — предшественник жизни, подобной земной. Разработка возможностей для непосредственного получения изображений планет, похожих на Землю, потребует промежуточных шагов, таких как создание римского коронографа. При максимальной мощности он может получить изображение экзопланеты, похожей на Юпитер, вокруг звезды, подобной нашему Солнцу: большой прохладной планеты, расположенной за пределами обитаемой зоны звезды.
То, что НАСА узнает из римского коронографа, поможет проложить путь для будущих миссий, направленных на получение прямых изображений планет земного размера, вращающихся в обитаемых зонах солнцеподобных звезд. Концепция будущего телескопа агентства под названием "Обсерватория обитаемых миров" направлена на получение изображений по меньшей мере 25 планет, похожих на Землю, с помощью прибора, который будет основан на том, что демонстрирует римский коронограф в космосе. "Активные компоненты, такие как деформируемые зеркала, необходимы, если вы хотите достичь целей такой миссии, как обсерватория обитаемых миров", - сказал Илья Побережский из JPL, системный инженер проекта Roman Coronagraph. "Активный характер прибора Roman Coronagraph позволяет вывести обычную оптику на новый уровень. Это усложняет всю систему, но без него мы не смогли бы добиться таких невероятных результатов".
