Plánování observatoře NASA Habitable Worlds Observatory (HWO), která bude zkoumat atmosféry planet mimo Sluneční soustavu, zda nehledá známky mimozemského života, je v plném proudu.
Tento týden se na Kalifornském technologickém institutu (Caltech) konal workshop, kde vědci a inženýři diskutovali o stavu technologie, kterou by mohla využít HWO, jeden z dalších velkých dalekohledových projektů NASA po vesmírném teleskopu Jamese Webba (JWST). ). .
Hledání známek života v atmosférách planet mimo sluneční soustavu obíhajících kolem vzdálených hvězd – exoplanet – je podobné hledání jehly v kupce sena. Nakonec NASA odhaduje, že existuje několik miliard planet velikosti Země, které se nacházejí v obyvatelných zónách jejich hvězd, tedy v oblastech, kde jsou teploty ideální pro existenci kapalné vody. A to se týká pouze Mléčné dráhy.
Přesto vědci mají alespoň dobrou představu o tom, co hledat a jaké znaky by mohly potenciálně naznačovat život.
“Chceme v atmosféře těchto exoplanet zkoumat kyslík, metan, vodní páru a další chemikálie, které by mohly signalizovat přítomnost života,” uvedl v tiskové zprávě Nick Siegler, hlavní technolog programu NASA pro výzkum exoplanet. “Neuvidíme malé zelené mužíčky, ale spíše spektrální podpisy těchto klíčových chemikálií nebo to, čemu říkáme biologické podpisy.”
Příbuzný: Lovec exoplanet NASA TESS zachytil horký Jupiter s nejdelším známým rokem
HWO byla poprvé navržena jako hlavní priorita Dekádový průzkum astronomie a astrofyziky 2020 (Astro2020), plán cílů, kterých musí astronomická komunita v nadcházejícím desetiletí dosáhnout. Kromě hledání známek života mimo Sluneční soustavu a pomoci astronomům porozumět celým planetárním systémům totiž bude observatoř hrát velkou roli také v astrofyzikálním výzkumu.
Ačkoli se očekává, že mise bude zahájena koncem 30. nebo začátkem 40. let 20. století, pokročilé technologie, které teleskop nyní použije, by podle Dmitryho Maweta, člena skupiny pro technické hodnocení (TAG) HWO, mohly pomoci vyhnout se překročení nákladů později.
Vrhání stín na vzdálené hvězdy
K provedení hloubkových průzkumů atmosfér exoplanet pro zjištění známek života využije HWO svou schopnost blokovat odrazy od hvězd, kolem kterých exoplanety obíhají.
Blokování silného světla z těchto hvězd umožní vidět slabší kousky hvězdného světla odrážející se od atmosféry planet obíhajících kolem těchto hvězd. Chemické prvky a sloučeniny absorbují a vyzařují světlo na jedinečných vlnových délkách charakteristických pro jejich složení, což znamená, že světlo vystavené atmosféře planety nese otisky prstů prvků, ze kterých je vyrobeno.
Vědci toto světlo vezmou a pomocí procesu zvaného spektroskopie hledají tyto otisky prstů. Tyto chemické otisky mohou zahrnovat biologické podpisy označující chemické sloučeniny vydechované nebo vdechované živými bytostmi.
HWO by mohlo potenciálně blokovat nadměrné světlo hvězd dvěma hlavními způsoby. Na jedné straně by mohl využít velký externí světelný blok zvaný starshade, který by se po startu rozmístil z HWO do obrovského deštníku ve tvaru slunečnice.
Nebo by mohl použít vnitřní sluneční clonu zvanou koronograf, podobný přístrojům, které vědci používají k blokování světla z jasné sluneční fotosféry ke studiu její mlhavé vnější atmosféry neboli koróny. Siegler dodal, že v současné době se NASA rozhodla zaměřit HWO na technologii koronografu používanou na několika dalších dalekohledech, včetně JWST a připravovaného římského dalekohledu Nancy Grace.
Observatoř WM Keck, která se nachází na havajské hoře Mauna Kea, již používá ke studiu exoplanet koronograf vynalezený Mawetem ve spolupráci s Keck Planet Imager and Characterizer (KPIC). Koronograf umožňuje KPIC zobrazovat tepelné emise z mladých, horkých exoplanet, což umožňuje vědcům studovat, jak se tyto planety a jejich planetární systémy vyvíjejí.
Planety podobné Zemi, na které se HWO zaměří, mohou vyzařovat světlo asi 10 miliardkrát slabší než světlo jejich hvězd, což znamená, že se očekává, že koronograf pro budoucí vesmírný dalekohled posune světlo hvězd daleko za jeho současné limity.
„Jak se blížíme k této požadované úrovni potlačení hvězdného světla, stávají se výzvy exponenciálně obtížnějšími,“ dodal Mawet.
Odstraňte světlo hvězd pomocí zrcadla měnícího tvar
Jednou z myšlenek předložených na setkání Caltech ke zlepšení potlačení světla ze vzdálené hvězdy je umístit do koronografu zrcadlo, které může být zkresleno, aby bylo možné ovládat světelné paprsky.
Využití tisíců ovladačů k určení tvaru zrcadla a k tlačení a přitahování jeho reflexních povrchů by mohlo zabránit rozptýlenému světlu, aby si našlo cestu do konečného obrazu, a tím zabránit nechtěným “kapkám” zbytkového světla hvězd. Deformovatelné “aktivní” zrcadlo tohoto typu je to, které bude používat Nancy Grace Roman Space Telescope, ve skutečnosti observatoř, která by měla vypustit nejpozději v roce 2027. Roman by měl astronomům umožnit vidět plynné obry asi miliardkrát slabší než jejich hvězdy, stejně jako trosky kolem hvězd, které zbyly po zrození planet.
To bude kritický odrazový můstek k výkonnější technologii, kterou HWO bude potřebovat, překlenutí mezery v koronografických maskách a aktivních zrcadlech příliš velkých na to, aby je bylo možné překlenout jediným příslovečným skokem.
“Musíme být schopni deformovat zrcadla s pikometrickou přesností,” vysvětlil Mawet. “Budeme muset potlačit světlo hvězd o další faktor asi 100 ve srovnání s Romanovým koronografem.”
Během zasedání Caltech vědci také diskutovali o nejlepším typu zrcadla pro použití pro HWO a o tom, čím by mělo být pokryto, stejně jako o dalších potenciálních nástrojích pro dalekohled.
Související příběhy:
“Venušina smrtící atmosféra by nám mohla pomoci najít obyvatelné světy.” zde je návod
— Planety se „bledě modrými tečkami“ jako Země by mohly představovat pouze 1 % potenciálně obyvatelných světů
Studie naznačuje, že vesmírný prach by mohl přenášet mimozemský život napříč galaxií
Vzhledem k tomu, že plánování HWO seriózně pokračuje, astronomové také pracují na výběru cílů exoplanet podobných Zemi pro budoucí teleskop, na kterých by trénovali svůj pohled. Tento lov bude zahrnovat použití Keck Planet Finder (KPF) na observatoři Keck, navržený speciálně pro hledání planet podobných Zemi v obyvatelných zónách malých červených hvězd.
„Seminář nám pomohl určit, kde jsou mezery v naší technologii a kde musíme v nadcházejícím desetiletí provést další vývoj,“ uzavřel Mawet.