Земля — єдина відома планета у Всесвіті на якій є життя. І воно значною мірою залежить від наявності рідкої води. Хоча одноклітинне життя існує майже так само довго, як і сама Земля, для формування багатоклітинного життя знадобилося приблизно три мільярди років. Натомість людство існує менше ніж одна десятитисячна віку Землі.
Усе це говорить про те, що життя може бути поширеним на планетах, які підтримують рідку воду. Проте знайти життя, яке вивчає Всесвіт і прагне подорожувати космосом, може бути рідкістю. Щоб виявити позаземне життя, нам, можливо, доведеться здійснити подорож до нього. Однак неосяжність космосу, а також неможливість подорожувати або спілкуватися швидше за швидкість світла, накладає практичні обмеження на те, як далеко ми можемо мандрувати.
Навіть космічний зонд міг би відвідати протягом часу свого функціонування лише найближчі до Сонця зорі. Крім того, лише зорі, схожі за розміром і температурою на Сонце, існують довго та мають достатньо стабільні атмосфери, щоб багатоклітинне життя мало час для появи.
З цієї причини найціннішими для вивчення є приблизно 60 сонцеподібних зір, які містяться від нас ближче, ніж приблизно 30 світлових років. Найперспективніші планети, що обертаються навколо цих зір, матимуть розміри та температуру, подібні до Землі, тому можуть мати тверду поверхню та рідку воду.
Голка в копиці сіна
Спостереження екзопланети, схожої на Землю, окремо від зорі, навколо якої вона обертається, є серйозним викликом. Навіть за найкращого можливого сценарію зоря в мільйон разів яскравіша за планету. Якщо два об՚єкти спостерігати разом — надії виявити планету дуже мала.
Теорія оптики стверджує, що найкраща роздільна здатність, яку можна отримати за допомогою телескопа, залежить від розміру його головного дзеркала та довжини хвилі спостережуваного світла.
Планети з рідкою водою випромінюють найбільше світла на довжинах хвиль близько 10 мікронів (це ширина тонкої людської волосини і в 20 разів більше за довжину хвилі видимого світла). На цій довжині хвилі в телескопа має бути дзеркало щонайменше 20 метрів, щоб його роздільна здатність на відстані 30 світлових років давала змогу відокремити Землю від Сонця.
Крім того, телескоп має бути в космосі, оскільки погляд крізь атмосферу Землі занадто розмив би зображення. Однак космічний телескоп Джеймса Вебба (James Webb Space Telescope, JWST) оснащено дзеркалом діаметром лише 6,5 метрів, і цей телескоп було надзвичайно важко запустити.
Оскільки розгортання 20-метрового космічного телескопа здається недосяжним за сучасних технологій, науковці розглянули кілька альтернативних підходів. Один з них передбачає запуск кількох менших телескопів, які підтримують надзвичайно точні відстані між собою, так що весь комплекс діє як один телескоп з великим діаметром. Але підтримка потрібної точності позиціонування космічного апарата (яка має бути на рівні розміру типової молекули) також наразі є неможливим.
В інших пропозиціях спираються на світло з коротшою довжиною хвилі, тому можна використовувати менший телескоп. Однак у видимому світлі зоря, схожа на Сонце, у понад 10 мільярдів разів яскравіша, ніж Земля. Нині немає технічної можливості блокувати достатню кількість зоряного світла, щоб побачити планету, навіть якщо зображення в принципі має достатньо високу роздільну здатність.
Одна з ідей блокування зоряного світла передбачає запуск космічного зонда під назвою «зоряний абажур» діаметром десятки метрів на відстані десятків тисяч кілометрів перед космічним телескопом, щоб він точно блокував світло від зорі, але не закривав світло від планети-компаньйона.
Однак цей план вимагає запуску двох космічних апаратів (телескоп і зоряний абажур). Крім того, наведення телескопа на різні зорі вимагатиме переміщення абажура на тисячі кілометрів, що призведе до витрат великої кількості палива.
Прямокутна перспектива
У статті, опублікованій в журналі Frontiers in Astronomy and Space Sciences, астрофізики пропонують доцільнішу альтернативу.
Вони показують, що можна знайти близькі планети, схожі на Землю, що обертаються навколо сонцеподібних зір, за допомогою телескопа приблизно такого ж розміру, як JWST. Він працюватиме приблизно на тій самій довжині хвилі в інфрачервоному діапазоні (10 мікрон), що й JWST, з дзеркалом у формі прямокутника 1 метр на 20 метрів замість круга діаметром 6,5 метрів.
За допомогою дзеркала такої форми та розміру можна відокремити зорю від екзопланети в напрямку, в якому дзеркало телескопа має довжину 20 метрів. Щоб знайти екзопланети в будь-якому положенні навколо зорі, дзеркало можна повертати так, щоб його довга вісь іноді збігалася із напрямком на зорю та планету.
Наукова група показала, що ця конструкція дає можливість знайти половину всіх наявних планет, подібних до Землі, що обертаються навколо сонцеподібних зір на відстані 30 світлових років, менш ніж за три роки. Хоча конструкція потребує подальшого доопрацювання та оптимізації, перш ніж її можливості будуть гарантовані, немає очевидних вимог, які вимагають інтенсивного технологічного розвитку, як у випадку з іншими провідними ідеями.
Якщо навколо зорі, схожої на Сонце, обертається приблизно одна планета, подібна до Землі, то ми знайдемо близько 30 перспективних планет. Подальше вивчення цих планет може виявити ті, чиї атмосфери свідчать про наявність життя, наприклад, кисень, що утворився через фотосинтез.
За словами астрофізиків, до найперспективнішого кандидата ми могли б відправити зонд, який зрештою надішле зображення поверхні планети. Прямокутний телескоп може забезпечити прямий шлях до виявлення посестри нашої планети, тобто Землі 2.0.
За інф. з сайту https://phys.org
