|
Секрет поиска внеземной жизни
|
|
|
|
Мы все еще находимся на этапе определения Обсерватории обитаемых миров (HWO), но кажется, что каждую неделю новая исследовательская группа публикует статью, помогающую формировать то, что становится одним из важнейших космических телескопов 2040-х годов. Новая статья, опубликованная на сервере препринтов arXiv группой исследователей под руководством Даниэля Джаффе из Техасского университета в Остине, вносит свой вклад в эту продолжающуюся работу по определению, утверждая, что HWO пора внедрить возможности спектроскопии в ближнем ИК-диапазоне с высоким разрешением — что звучит замечательно на практике, но пока не было предпринято из-за технологических ограничений. Но, согласно статье, два недавних изобретения, наконец, делают возможной рабочую версию чрезвычайно высокоразрешающего телескопа для поиска экзопланет.
|
|
|
|
Нынешним рекордсменом по самому высокому разрешению инфракрасного датчика в космосе, что неудивительно, является космический телескоп Джеймса Уэбба (JWST). Однако его разрешающая способность, составляющая около 3600, считается низкой или средней по сравнению с наземными датчиками. При таком уровне разрешения четкие спектральные линии, необходимые для различения критически важных компонентов атмосферы экзопланеты, таких как CO2, размываются. Кроме того, это еще больше затрудняет фильтрацию света от звезды-хозяина экзопланеты, что приводит к проблеме отношения сигнал/шум, которая может привести к потере важных данных.
|
|
|
|
|
|
|
Доктор Даниэль Джаффе и его команда считают, что пришло время для модернизации. Они полагают, что команда HWO должна оснастить космический аппарат спектрографом высокого разрешения, работающим с разрешением 45 000, что более чем в 12 раз превышает разрешающую способность JWST. Это дает астрономам три огромных преимущества. Во-первых, и это наиболее очевидно, это позволяет обнаруживать молекулы со «слабыми» спектральными сигнатурами, такие как CO2, что значительно увеличивает отношение сигнал/шум (SNR).
|
|
|
|
Помимо молекул, это также может помочь ученым отслеживать погоду на этих экзопланетах. Измеряя точные доплеровские сдвиги в этих спектральных линиях, исследователи могут определять орбитальные скорости — другими словами, как меняется погода на планете, находящейся в световых годах от нас. Для этого потребуется коронограф, блокирующий свет, идущий непосредственно от звезды экзопланеты, но ни один коронограф не идеален и всегда будет пропускать часть звездного света. Спектрографы с более высоким разрешением значительно упростят отделение этого «шума» от сигнала света от самой планеты.
|
|
|
|
Всё это звучит замечательно в теории, так почему же мы этого ещё не сделали? Проще говоря, технология была слишком громоздкой, слишком тяжелой и слишком подверженной шуму, чтобы быть полезной. Вес является критическим фактором для любого телескопа, поскольку он напрямую влияет на стоимость миссии. А чувствительность к «темновому току» (то есть электрическому току, возникающему даже тогда, когда на датчик не попадает свет) делала большую часть данных, собранных более старыми поколениями датчиков с более высоким разрешением, бесполезной.
|
|
|
|
Однако, по словам Джаффе и его команды, эти проблемы в значительной степени решены — по крайней мере, на земле. Первая проблема связана с новой технологией, называемой кремниевыми иммерсионными решетками и гризмами. Они заставляют свет дифрагировать изнутри высокопреломляющего материала, такого как кремний, в отличие от традиционных решеток, которые отражают свет от зеркальной поверхности. Это позволяет инженерам значительно уменьшить размер (и, следовательно, вес) спектрографа и имеет дополнительное преимущество в виде отсутствия движущихся частей для регулировки зеркал.
|
|
|
|
Второй технологический прорыв — в области лавинных фотодиодных матриц (АФМ). Эти новые детекторы имеют практически нулевой «темновой ток», а шум, вносимый самим датчиком, меньше сигнала, вносимого одним фотоном. Эти базовые показатели значительно упрощают захват нужного типа света от экзопланеты и гарантируют, что его можно будет отличить от света звезды-хозяина.
|
|
|
|
Тем не менее, хотя эти технологии были тщательно протестированы на Земле, например, в приборе IGRINS телескопа Gemini South, их все еще необходимо протестировать в космосе, прежде чем их можно будет использовать в такой масштабной миссии, как HWO. С этой целью Джаффе и его команда предлагают провести демонстрационную миссию с целью тестирования как кремниевых иммерсионных решеток, так и APA в космосе, прежде чем их можно будет использовать в флагманской миссии.
|
|
|
|
Следует помнить, что мы все еще находимся только на этапе определения параметров цикла разработки HWO. До запуска этого телескопа может пройти буквально 20 лет. Так что времени для такой миссии будет предостаточно, если она получит финансирование. На данный момент четкого пути к этому финансированию нет, поэтому, возможно, эта статья станет еще одним информативным документом, помогающим определить, каким, несомненно, станет этот культовый телескоп. Но без такой демонстрационной миссии и последующего использования спектрографа высокого разрешения трудно представить, как HWO сможет полностью реализовать свой потенциал.
|
|
|
|
Источник
|
