|
Реальный способ получить снимки обитаемой экзопланеты
|
|
|
|
Иногда, чтобы поддержать идею, вам сначала приходится дискредитировать альтернативные, конкурирующие идеи, которые могут отнять ресурсы у того, кто вам небезразличен. В научном сообществе один из самых разрушительных способов добиться этого - представить другие методы как слишком дорогие, чтобы их можно было реализовать, или, что еще лучше, доказать, что они вообще не будут работать из-за каких-то фундаментальных ограничений. Именно об этом говорится в недавней статье доктора Славы Турышева, самого известного в мире сторонника создания телескопа с солнечными гравитационными линзами (SGL).
|
|
|
|
Опубликованный на сервере препринтов arXiv, он исследует, насколько эффективными были бы альтернативные телескопические технологии для создания карты экзопланеты размером 10х10 пикселей, удаленной от нас на расстояние около 32 световых лет. Неудивительно, что есть только один телескоп, который способен сделать это без гигантских скачков в развитии технологий — телескоп SGL.
|
|
|
|
Доктор Турышев делит их на три отдельные группы— традиционные телескопы, непрямая реконструкция и визуализация на месте. У каждого из них есть фатальные недостатки, которые делают их неосуществимыми, по крайней мере, в ближайшие десятилетия, но стоит взглянуть на каждый из них, чтобы понять, в чем эти недостатки заключаются.
|
|
|
|
|
|
|
Полет на большом телескопе, таком как предлагаемый 15-метровый телескоп Ultraviolet Optical Infrared Surveyor (LUVOIR), является наиболее традиционным методом из всех. Другие предстоящие миссии, такие как Nancy Grace Roman и HabEx, также могут попасть в эту категорию. Однако ни один из них даже близко не подходит к пространственному разрешению, необходимому для получения изображения поверхности планеты размером 10 на 10 пикселей. На самом деле, по расчетам доктора Турышева, разрешение в 10 000 раз ниже, чем нужно для этого.
|
|
|
|
Еще одним ограничивающим фактором для этих больших традиционных телескопов является их "фотонный бюджет". Поскольку от земного аналога, находящегося на расстоянии 32 световых лет, поступает относительно немного фотонов, и гораздо больше - от других окружающих источников света (которые в данном случае будут считаться "шумом").
|
|
|
|
Доктор Турышев подсчитал, что для получения разумной статистической уверенности в том, что анализируемые фотоны действительно исходили с планеты, потребовалось бы 1900 лет наблюдений, чтобы составить карту сетки размером 10х10 пикселей с помощью LUVOIR.
|
|
|
|
Некоторые технологии, такие как starshades, в какой-то мере помогают в этом. Однако они по-прежнему страдают от проблем с разрешением и требуют порядка сотен лет, а не тысяч, и требуют усовершенствованных алгоритмов координации, которые еще не были разработаны.
|
|
|
|
Интерферометры страдают от тех же проблем с координацией. Для достижения разрешения, требуемого для карт размером 10х10 пикселей, требуется исходная линия в 130 км, что значительно превышает наши нынешние возможности космических интерферометров и требует значительного прогресса в координации работы десятков телескопов, которые потребуются. Даже если бы мы смогли преодолеть это, все равно потребовались бы тысячи лет, чтобы должным образом решить проблему с планетой, что делает это решение неосуществимым.
|
|
|
|
Наземные телескопы, такие как Extremely Large Telescope, по-прежнему не проходят тест на разрешение. Они способны получать изображения, которые примерно в 2000 раз крупнее, чем на карте размером 10х10. В случае с ELT требования к времени еще более высоки: по оценкам, на разрешение 100 пикселей уходит 41 000 лет.
|
|
|
|
Так что насчет косвенных методов? Может сработать использование обычных методов обнаружения экзопланет, таких как кривые блеска или транзит. Однако инвертирование кривых блеска даст только 1D—эквивалент, а не то же самое, что 2D-реконструкция, необходимая для этого теста. Прохождение транзитом является более перспективным, но потребует многократных переходов, что может растянуть необходимые временные рамки до тысяч лет в зависимости от скорости, с которой целевая планета вращается вокруг своей звезды.
|
|
|
|
Мы могли бы попытаться поймать затмение, используя либо естественный объект пояса Койпера (KBO), либо даже искусственный объект, намеренно отправленный с этой целью подальше от планеты. Однако КБО слишком редки, чтобы быть потенциально полезными для этой цели, а искусственные заслоны страдают от той же проблемы, что и звездные тени — их чрезвычайно трудно координировать, особенно на расстояниях, необходимых для работы этого метода.
|
|
|
|
Остается еще одна альтернатива — отправить зонд к самой планете. Некоторые предлагаемые методы, такие как breakthrough starshot, позволяют достичь скоростей, значительно превышающих скорость света. Однако они сталкиваются с рядом различных проблем.
|
|
|
|
При таких скоростях у зонда было бы всего несколько минут на сближение с планетой, и ему пришлось бы отправлять все данные, собранные им за эти несколько минут, обратно на Землю, возможно, с расстояния в десятки световых лет. В настоящее время не существует известной системы связи, способной делать это и в то же время быть достаточно легкой для транспортировки к другой звезде, и на ее разработку ушло бы много времени.
|
|
|
|
Таким образом, миссия SGL остается наиболее разумным вариантом. Учитывая текущую консолидацию бюджета, из-за которой НАСА (где работает доктор Турышев) в настоящее время испытывает трудности, маловероятно, что в ближайшее время будет осуществлена какая-либо миссия, подобная SGL.
|
|
|
|
Источник
|
