Космический телескоп NASA имени Нэнси Грейс Роман готовится к открытию стартового окна. Главный инструмент обсерватории призван внести вклад практически во все области астрофизики, однако внутри аппарата также размещен специализированный коронограф. Этот экспериментальный прибор впервые попытается напрямую зафиксировать свет звезд, отраженный от поверхности планеты. NASA рассчитывает, что данный амбициозный проект проложит путь к созданию космического телескопа, способного в будущем рассмотреть похожую на Землю планету на орбите солнцеподобной звезды. Подобная задача находится далеко за пределами возможностей современной инженерии, поэтому базовую технологию сначала испытают на борту телескопа Roman.
Ванесса Бейли, астрофизик из Лаборатории реактивного движения NASA и научный сотрудник проекта коронографа, отмечает, что тестирование пройдет в космосе впервые, что позволит понять объем оставшейся работы. По своей сути коронограф представляет собой научный солнцезащитный экран, способный закрыть свет яркой звезды и обнаружить более тусклый объект, который иначе затерялся бы в лучах. Подобные приборы уже запускались в космос на телескопах Hubble и James Webb, но система Roman на световые годы сложнее предшественников благодаря адаптивной оптике. Данная технология деформирует зеркало телескопа для подавления искажений света.
Сложнейшая задача для оптики нового поколения
NASA сравнивает работу коронографа телескопа Roman с попыткой сфотографировать светлячка, сидящего рядом с прожектором, с другого конца страны. Маргарет Тернбул, специалист по экзопланетам из некоммерческого исследовательского института SETI в Калифорнии и руководитель научной группы коронографа, подчеркивает, что любое попадание звездного света в неположенное место способно испортить значительную часть изображения.
Эта технология является стандартной для передовых наземных телескопов, включая Очень большой телескоп в Чили и обсерваторию Кека на Гавайях. Там адаптивная оптика отслеживает помехи от плотных и подвижных слоев земной атмосферы, что позволяет получать более четкие снимки. Космические телескопы традиционно не нуждались в адаптивной оптике просто в силу нахождения за пределами атмосферных помех, однако они никогда ранее не пытались искать старые и холодные планеты, освещенные исключительно отраженным светом.
Ключевые технологии и будущие космические миссии
Ключом к успеху телескопа Roman служат два зеркала размером с ладонь, каждое из которых оснащено примерно 2300 миниатюрными актуаторами. При подаче небольшого электрического заряда они расширяются, микроскопически изменяя форму зеркала для компенсации помех. Агентство впервые применяет в космосе активные деформируемые зеркала. Сами по себе зеркала не смогут эффективно работать без сверхчувствительных детекторов для усиления сигналов от отдельных фотонов, учитывая их крайне малое количество.
В основе любого коронографа лежат звездные маски. В случае с Roman используется набор детально проработанных масок со сложными формами, существенно отличающимися от существующих космических аналогов. По словам Брюса Макинтоша, астронома из Калифорнийского университета, маски телескопа Hubble устроены гораздо проще и представляют собой обычные металлические пластины, преграждающие путь свету звезды.
В ходе работы инженеры соберут массив тестовых данных для оценки эффективности прибора в космосе и выявления проблем перед будущими запусками аналогичных технологий. Ученые проверят коронограф на нескольких известных экзопланетах. Если прибор их не обнаружит, это укажет на наличие неполадок, поскольку эти космические тела достоверно существуют. Инструмент также нацелят на звезды, окруженные облаками пыли и обломков, что поможет выявить пробелы, вызванные пока еще не обнаруженными планетами.
Все полученные данные послужат основой для будущих телескопов, нацеленных на поиск еще более мелких миров. Среди них числится Обсерватория обитаемых миров, запуск которой NASA планирует в 2040-х годах и которой потребуется коронограф примерно в 100 раз эффективнее. Аналогичное устройство с адаптивной оптикой также должно полететь в рамках запланированной космической обсерватории Lazuli Space Observatory, о создании которой исследовательский институт бывшего генерального директора Google Эрика Шмидта объявил в январе.
Технические особенности испытаний и научные цели
Помимо поиска экзопланет, наблюдения за звездными дисками из пыли и обломков позволят ученым получить совершенно новое представление о том, насколько типичен уровень космического мусора в нашей Солнечной системе. Хотя обнаружение иноземных миров является самой привлекательной задачей, в будущем коронографы также смогут показывать астрономам двойные звезды или объекты, скрывающиеся рядом с яркими квазарами.
Как отмечает Джули МакЭнери, астрофизик из Центра космических полетов имени Годдарда NASA в Мэриленде и старший научный сотрудник проекта Roman, лучший способ продемонстрировать работоспособность технологии — это совершить с ее помощью интересное научное открытие. Телескоп выступает в роли первого важнейшего шага к этому будущему, а открываемые им по пути чудеса способны дополнительно поддержать дальнейшие исследования.
