Обнаружение экзопланет, сопоставимых с Землёй по составу и пригодных для возникновения жизни, является «священным Граалем» современной астрономии. С тех пор как в 1990-х годах были открыты первые миры за пределами Солнечной системы, учёные постоянно совершенствуют методы наблюдений. Одной из наиболее перспективных техник считается прямое получение изображений: оно предполагает филигранную блокировку света родительской звезды, что позволяет разглядеть вращающиеся вокруг неё объекты, которые иначе были бы скрыты ослепительным сиянием.
На данный момент лишь около 1,5% подтверждённых экзопланет были найдены этим способом, что во многом объясняется атмосферной турбулентностью, затрудняющей наземные наблюдения. Однако группа исследователей предложила инновационный подход, призванный нейтрализовать помехи атмосферы и вывести поиск двойников Земли на новый уровень.
В центре внимания — недавняя публикация в журнале Nature Astronomy, описывающая проект использования наземных телескопов в тандеме с космическим «звёздным экраном» (Starshade). Ведущий автор работы, доктор Ахмед Мохамед Солиман из Лаборатории реактивного движения НАСА, раскрыл детали концепции, сравнил её с существующими методами и наметил шаги по реализации этой амбициозной идеи.
«Распространено мнение, что поиск внеземной жизни под силу только гигантским космическим обсерваториям вроде «Нэнси Грейс Роман», «Джеймса Уэбба» или будущей Habitable Worlds Observatory. Однако наш проект, финансируемый в рамках программы НАСА NIAC — Гибридная обсерватория для поиска землеподобных планет (HOEE), — открывает совершенно иные горизонты», — поясняет доктор Солиман.
Концепция HOEE подразумевает использование 100-метрового орбитального экрана и крупнейших наземных инструментов: Чрезвычайно большого телескопа (ELT), Гигантского Магелланова телескопа (GMT) и Тридцатиметрового телескопа (TMT). Эти обсерватории, расположенные в Чили и на Гавайях, смогут зафиксировать свет тусклых экзопланет, как только внешний экран отсечёт мощное излучение звезды.
Солиман утверждает, что такой гибридный метод позволит обнаруживать десятки новых миров земного типа. Идентификация целых планетных систем будет занимать считанные минуты, а для поиска потенциальных биосигнатур в их атмосферах потребуется всего несколько часов наблюдений.
«Как показало наше исследование в Nature Astronomy, передовая адаптивная оптика телескопа ELT способна компенсировать искажения атмосферы, обеспечивая чёткость изображений, необходимую для поиска жизни. Чтобы планета считалась потенциально обитаемой, она должна находиться в зоне, где возможно существование воды в жидком виде. Для звёзд солнечного типа это расстояние составляет около 1 астрономической единицы, что при наблюдении с Земли соответствует углу в 0,1 угловой секунды. Система HOEE способна работать при угловом разделении всего в 0,058 мсд, что значительно расширяет наши возможности».
В отличие от традиционного прямого метода, где свет блокируется коронографом внутри самого телескопа, новая концепция предлагает вынести экранирование за пределы оптической системы. Сегодня коронографы активно применяются на Очень большом телескопе (VLT) и телескопах Магеллана, Субару и Джемини.
В космосе аналогичные системы используют «Уэбб» и «Хаббл», а специализированные приборы вроде Aditya-L1 изучают наше Солнце. Но как гибридная модель соотносится с этими инструментами?
«Современные космические обсерватории используют внутренние коронографы, контрастности которых недостаточно для прямого обнаружения землеподобных планет в обитаемых зонах. Наземным инструментам также не хватает разрешения. Гибридная система, сочетающая внешний Starshade с огромными наземными зеркалами, радикально улучшит подавление звёздного света, сделав поиск двойников Земли реальностью».
Запуск телескопа имени Нэнси Грейс Роман намечен на конец 2026 — середину 2027 года. Он будет размещён в точке Лагранжа L2, где стабильное положение и отсутствие теплового влияния Земли обеспечат идеальные условия для съёмки. Это даст преимущество перед «Хабблом», чья работа ограничена околоземной орбитой.
Ещё более масштабным проектом станет Обсерватория обитаемых миров (HWO), запланированная на 2040-е годы. Её цель — детальное изучение как минимум 25 экзопланет земного типа. Однако концепция HOEE может дополнить или даже опередить этот проект.
«HWO обеспечит гибкость в выборе целей, но HOEE сможет проводить исследования значительно быстрее благодаря наземным зеркалам, размер которых в шесть раз превышает апертуру HWO. Это даёт шестикратное преимущество в угловом разрешении, позволяя видеть планеты сквозь облака околозвёздной пыли. HOEE может стать важным технологическим мостом, который ускорит изучение экзопланет ещё до ввода в строй HWO».
Путь от научной гипотезы до запуска миссии занимает десятилетия и требует не только технического совершенства, но и весомого обоснования ценности для науки. В США стратегические цели определяются десятилетними планами Национальных академий наук.
Проект «звёздного экрана» полностью соответствует приоритетам последнего обзора «Astro2020 Decadal Survey», сфокусированного на поиске обитаемых миров. Каковы же дальнейшие перспективы реализации этой идеи?
«Главный вопрос: сможем ли мы построить такой объект? Экран должен иметь диаметр 100 метров и при этом быть экстремально лёгким для транспортировки и маневрирования в космосе. Это сложнейшая инженерная задача, но Лаборатория реактивного движения и центры НАСА уже демонстрируют впечатляющий прогресс. Институт Кек объединил ведущих специалистов, чтобы проложить путь к реализации миссии HOEE, которая призвана найти первую по-настоящему похожую на Землю планету у солнцеподобной звезды».
Время покажет, станет ли этот инновационный подход ключом к открытию обитаемых миров в ближайшие десятилетия.
