za_neptunie (za_neptunie) wrote,
za_neptunie
za_neptunie

Следующий большой оптический телескоп в космосе после Хаббла (часть 2)



                           "От космических начал до обитаемых планет" Источник.


         В прошлой части я рассказывал о технических деталях проекта нового космического телескопа, который заменит знаменитый телескоп Хаббл. В этой части перейдем к научным задачам подобного инструмента.

         Главной задачей нового телескопа HDST называется поиск близнецов Земли у ближайших звезд, а также обнаружение у них следов внеземной жизни. Это будет достигнуто через получение их спектров, и обнаружение в этих спектрах, так называемых биомаркеров (к примеру, линий свободного кислорода).


          Даже для 12-метрового зеркала космического телескопа спектроскопия близнецов Земли является сложной задачей. Для получения спектров низкого разрешения (R=70-100) с SNR=10 (достаточно большим для обнаружения биосигнатур) у таких планет потребуются многочасовые экспозиции. Это связано с тем, что излучение такой планеты, представляет собой лишь отражение света своей звезды. Подобное излучение находится на уровне лишь в 10 наноЯн. Для 12-метрового зеркала такая интенсивность примерно эквивалентна 6 фотонам света в минуту. Во-вторых, задачу осложняет тот факт, что угловой диаметр зон жизни у близких звезд составляет 10-35 mas, что эквивалентно диаметру монеты, наблюдаемой с расстояния в 35-125 км. Свет звезды ярче света близнеца Земли в 10 миллиардов раз. Так как телескоп создаётся с большим запасом (меньшее зеркало резко уменьшит шансы на обнаружение биосигнатур), то он будет способен обнаруживать не только аналоги Земли и Венеры, но даже аналоги Марса, Урана и Нептуна:




      Даже при ограниченной экспозиции (1 час) телескоп HDST обладает значительно более лучшими техническими возможностями, чем любой будущий наземный телескоп (в том числе 39-метровый E-ELT). На схеме ниже указано в качестве примера возможность обнаружения планет в планетной системе солнечного типа, удаленной от нас на 10 парсек:



     Кроме того, как говорилось выше, телескоп будет способен искать внеземную жизнь у обнаруженных планет. Как известно спектр нашей планеты отличается сильной линией свободного кислорода, которая не наблюдается в спектре больше ни у одной другой планеты или спутника Солнечной Системы. Для сравнения можно привести теоретические спектры планет у звезды солнечного типа c R=70:




     На этой схеме кроме спектров аналогов Венеры, Земли и Марса показаны теоретические спектры суб-Нептуна на 2 а.е. и древней Земли в Архее (до появления кислорода в атмосфере в больших количествах). Абсолютно неизвестно у скольких процентов близнецов Земли есть подобные линии кислорода в спектре. Этот показатель может меняться от 1 до 100%. Поэтому чтобы найти такую планету с атмосферой богатой кислородом потребуется сначала обнаружить от 1 до нескольких сотен близнецов Земли:



     Ситуацию осложняет тот факт, что пока точно неизвестно у скольких процентов звезд солнечного типа могут быть точные близнецы Земли. Чувствительность космического телескопа Кеплер оказалось значительно хуже, чем планировалось ранее. Большинство последних работ сходят во мнение, что эта величина лежит между 5 и 20%:



      Дополнительную сложность может представлять зодиакальный свет вокруг звезд, который будет мешать обнаружению близнецов Земли. Некритичным считается такой уровень зодиакального света, который превосходит уровень такого света для Солнечной Системы не более чем в 3 раза. Если быть точным, зодиакальный свет уровня Солнечной Системы удваивает фоновый шум (2х23 звездных величин на квадратный градус). Исследования зодиакального света у близких звезд уже идут. Так на телескопе LBTI в рамках программы HOSTS наблюдались с этой целью несколько десятков звезд. В результате этого у многих из целей был обнаружен зодиакальный свет превышающий уровень Солнечной Системы в 10-100 раз.

       Все вышеперечисленные ограничения говорят, о том, что чтобы найти внеземную жизнь (линии кислорода в спектрах близнецов Земли) необходимо поискать близнецы Земли у как можно большего количества звезд. В связи с этим разработчики будущего космического телескопа считают нецелесообразным диаметр зеркала в 4 или 8 метров. Расчеты показывают, что за 1 год наблюдений 4-метровый космический телескоп сможет поискать близнецы Земли (и получить их спектры) только у 74 звезд, 8-метровый у 291 и 12 метровый у 582 звезд. Круги на этой схеме означают пространство радиусом в 35 парсек:



      Количество возможных обнаружений близнецов Земли существенно зависит от их встречаемости у звезд солнечного типа, уровня зодиакального света, параметров коронографа и размера зеркала космического телескопа:



     Также авторы учитывают, что не все планеты, обнаруженные на длине волны в 500 нанометров, получится обнаружить на более длинных волнах. Это важно для получения спектров и поиска в них биомаркеров:





       Перечислив все факторы, влияющие на обнаружение близнецов Земли, авторы показывают результаты моделирования, как должны на телескопе HDST происходить эти великие открытия.

     1)      Солнечная система в 13.5 парсек от нас. Изображение является комбинацией трех цветов (400, 500 и 600 нанометров) за 40 часов наблюдений с помощью внутреннего коронографа. Сам снимок:



      2)      Планетная система у близкой звезды Бета Гончих Псов G-типа в 8 парсеках от нас. Снимок получен в диапазоне 450-850 нанометров за 2 суток наблюдений с помощью внешнего коронографа. Достигнутая чувствительность на изображение соответствует 400-миллиардному ослаблению света звезды на удаление от неё в 1 астрономическую единицу. Такая чувствительность превосходит в 10 раз все текущие и будущие проекты. Кроме обнаружения аналогов Земли, Венеры, Юпитера и Сатурна становится возможным увидеть Марс (за сутки наблюдений) и пылевое кольцо в астероидном поясе на удаление в 3.5 астрономических единиц от звезды. Сам снимок:





     Кроме поиска планет ожидается, что новый телескоп HDST станет эффективным инструментом для изучения планетобразования у молодых звезд:




    Телескоп сможет получить снимки протопланетных дисков с разрешением лучше 1 а.е. ближе 100 парсек, и лучше 10 а.е. ближе 1000 парсек. Обладая в 50-100 раз лучшей чувствительностью в УФ-диапазоне телескоп сможет провести детальную спектроскопию сотен дисков до 300 парсек. Также телескоп может изучить УФ-излучение холодных звезд с известными планетами. Это позволит лучше понять влияние звездной активности на возможную местную биосферу. Телескоп Хаббл может проводить такие наблюдения лишь для систем ближе 15 парсек (при условии, что время наблюдений ограничено 20 часами). Новый телескоп сможет изучить УФ-излучение для красных карликов в радиусе 50 парсек и для оранжевых карликов в радиусе 200 парсек. Также такие спектры будут в 50 раз более чувствительными в диапазоне 0.1-0.3 микрон и с R=30000.



       Кроме того новый телескоп HDST сыграет важную роль в изучение динамики атмосфер внешних планет Солнечной Системы. Так для Нептуна он сможет получать снимки облачности с 300-км разрешением:




      Для орбиты Юпитера телескоп получит разрешение в 35-км на пиксель. Особенно актуальными такие наблюдения будут для спутника Европы. Слева показано изображение в видимых лучах, справа в УФ-диапазоне:



      Ещё более актуальными становятся наблюдения нового телескопа для пояса Койпера или облака Оорта. При альбедо в 4% в зависимости от удаления от Земли телескоп может обнаружить объекты следующего размера:



    Эти пределы позволяют обнаружить койпероиды размером до 1-1.5 км. Карликовые планеты (размером больше 500 км) или даже планеты (размером с Землю или Нептун) телескоп способен зарегистрировать до удаления в 5000-15000 а.е. Также телескоп сможет проводить спектроскопию койпероидов размером до 10 км. Или проводить картографирование поверхности крупнейших объектов пояса Койпера. Так для Плутона телескоп сможет получить разрешение в 300 км на пиксель:




       В следующей части я опишу вторую важнейшую задачу телескопа – первые галактики и звезды во Вселенной.
Tags: hdst, аналог Земли, внеземная жизнь
Subscribe
promo za_neptunie july 10, 2014 20:36 8
Buy for 30 tokens
Число постов в блоге перевалило за сотню, поэтому я решил систематизировать их по различным тематиками. Это поможет мне и моим читателям быстрее находить в блоге интересную информацию. Последнее обновление от 4 августа 2014 года Венера Новая книга о Венере Венера-Экспресс готовится к…
  • Post a new comment

    Error

    default userpic

    Your reply will be screened

    Your IP address will be recorded 

    When you submit the form an invisible reCAPTCHA check will be performed.
    You must follow the Privacy Policy and Google Terms of use.
  • 2 comments