Носи ли светлината от далечни звезди информация за наличието на живот извън пределите на Слънчевата система? Възможно е отговор на този въпрос да намери гигантски космически чадър.
От научнофантастичен сюжет търсенето на извънземен разум се превърна в реалност. За последните няколко години астрономите са открили хиляди планети извън пределите на Слънчевата система (така наречените екзопланети).
Очевидно край всяка звезда в нашата галактика се върти поне една планета. Съществуването на такова количество планети повишава вероятността поне на една от тях съществува живот – и не е изключено, че съществува дори „близнак" на Земята.
Това предположение превръща търсенето на признаци от разумен живот в Космоса в сериозна научна задача, достойна за прилаганите усилия.
„От въпроса за това, съществуват ли във Вселената други планети, сме готови да преминем към следващия въпрос – има ли живот на тях – казва Ник Сийглер, главен технически специалист на програмата по изучаване на екзопланети на НАСА. – За НАСА това означава необходимост по конкретен начин да преразгледа своя подход към търсенето на извънземен разум и към бъдещото на планетологията като наука."
Проблемът се заключава в това, че откриването на признаци на живот на друго небесно тяло от разстояние милиони километри е по-трудно, отколкото може да изглежда – особено ако този живот не е надарен с разум.
Според изследователката Сара Сийгър за тази цел е необходимо да се анализира атмосферния състав на далечните светове. Една от технологиите, предлагани от Сийгър и други ловци на извънземни, на пръв поглед може да изглежда налудничава.
© Nasa/JPL
Идеята е да се изпрати в Космоса апарат под названието Starshade („Звезден чадър"), който външно напомня на гигантски слънчоглед. Този космически чадър трябва да закрие светлината, идваща от далечна звезда – за да може нейните планети да се наблюдават в телескоп и вероятно да се открият признаци на живот на тях.
„Ако нашата цел е да открием близнак на Земята, да речем в близките няколко десетилетия, то безспорно ни е необходим Starshade", казва Сийгър, която работи в Масачузетския технологичен институт.
Яркостта на звездите, сходни по размери със Слънцето, 10 милиарда пъти превишава яркостта на планети с размерите на Земята.
Единствената възможност за астрономите да засекат поне намек за извънземен живот (по-скоро във вид на микроорганизми) е да закрият светлината, идваща от родителската звезда, за да могат да наблюдават планетите.
Предполагаемата методика за космически чадър коренно се отличава от основния метод, с който астрономите досега са откривали и изучавали планетите извън пределите на Слънчевата система.
Поради голямата отдалеченост на екзопланетите, техните малки размери и слабата яркост учените ги откриват с методи за непряко наблюдение – например регистрират намаляването на яркостта на звездата при преминаването на планета по нейния диск (така наречения транзитен метод) или измерват гравитационните смущения на звездата, свидетелстващи за наличието на планети.
Но за да се открие живот в Космоса, се изисква нещо ново. Учените разчитат чрез анализ на атмосферния състав на екзопланетите да открият присъствие на химични елементи, сочещи наличието на живот – такива като кислород, който съставя 20% от земната атмосфера.
„Ако на екзопланетата няма живот във вид на растения или фотосинтезиращи бактерии, то в нейната атмосфера практически не би трябвало да има и кислород", отбелязва Сийгър.
По тази причина присъствието на кислород се смята за един от най-достоверните признаци за наличието на живи организми.
Както илюстрира тази снимка, направена по време на експериментите,
с макет на Starshade, ярката светлина от звездата значително затруднява наблюдението на нейните планети.
© Northrop Grumman
Но странични продукти на живота на Земята, освен кислорода, са и други газове, а извънземната атмосфера може в този смисъл сериозно да се отличава от земната. Трудността се заключава в това, да се установи произходът на химичните елементи в атмосферата на екзопланетите.
Макар че досега никой не е откривал каквито и да било признаци на живот извън пределите на Земята, астрономите вече са успели да анализират атмосферния състав на редица екзопланети.
Когато планетата преминава по диска на звездата, звездната светлина преминава през нейната атмосфера. Молекулите на атмосферните газове поглъщат светлинните вълни с определена дължина, в зависимост от химичния състав на атмосферата.
Като установят какви вълни се оказват погълнати, астрономите могат да определят от какви газове се състои атмосферата. Учените се надяват, че транзитният метод за наблюдение може да се използва за по-подробен анализ на атмосферата на екзопланетите с помощта на нови мощни телескопи – като например „Джеймс Уеб", който се планира да бъде изведен в Космоса през 2018 година.
Не е изключено, че телескопът „Джеймс Уеб" дори ще открие признаци на живот. „Възможно е да ни провърви в това отношение", казва Сийглер. Но транзитният метод е подходящ само за планетни системи, въртящи се около неголеми звезди от спектър М, а не за звезди от слънчев тип.
Затова Сийгър и други астрономи се надяват, че проектът Starshade ще се реализира.
© Nasa/JPL
Планира се Starshade да бъде разгърнат в комплект със собствен телескоп – при достигането на дадена точка в Открития космос чадърът с диаметър 34 метра ще се отвори. Назъбената форма на неговите листенца се обяснява с необходимостта да се отстрани ефектът на дифракция, при който светлинните вълни огъват края на чадъра и дават нежелателно осветяване на телескопа.
След това чадърът и телескопът ще бъдат разгърнати на разстояние до 50 000 километра – почти 4 пъти повече от диаметъра на Земята.
Няма да е лесно да се реализира тази идея, но учените са доказали на практика (в пустинята, с помощта на лами, макет на космическия чадър и фотоапарат), че технологията ще работи.
Джеръми Касдин от Принстънския университет – един от водещите изследователи по проекта Starshade, провежда лабораторни тестове с мащабен модел на Starshade с диаметър около 5 см, докато дължината на моделираната област е 78 метра.
При достатъчно финансиране и спазване на графика на НАСА Starshade може да бъде пуснат още през 2026 година.
За тестването на технологията в пустинята е използван този модел на Starshade.
© Northrop Grumman
„В момента не виждаме никакви технически препятствия за завършването на работата по създаване на Starshade и изпращането му следващото десетилетие", казва Касдин.
Starshade не е единственият проект, призван да блокира звездната светлина. Неговият старт съвпада със старта на WFIRST – космически телескоп от ново поколение. Той ще разполага с коронограф, който ще филтрира светлината на звездите непосредствено в телескопа.
„Не е лошо да имаш резервен вариант, в случай че основният план не сработи", коментира Сийглер.
Принципът на работа на коронографа е проверен от времето. Той е изобретен през 30-те години на миналия век за изучаването на короната на Слънцето. Сега може да помогне на астрономите в търсенето на близнак на Земята. Но според Сийглер тази технология още не е отработена напълно.
Коронографите са сложни и крехки уреди, много чувствителни към високите температури и вибрациите, предизвиквани от работата на системата за ориентиране на космическия апарат.
Всяко нарушение на точните настройки на коронографа може да доведе дотам, че в телескопа да попадне звездна светлина и да унищожи резултатите от наблюденията.
Изкривяванията частично може да се компенсират с прилагане на така наречените адаптивни (или деформируеми) огледала, но съществуващите в момента телескопи не са в състояние да засекат екзопланета със земни размери на фона на звездна светлина.
И ето че Starshade, както се очаква, ще блокира надеждно светлината. Всичко, което е необходимо за работата на тази система, е телескоп със сравнително проста конструкция и неголеми размери.
Художествено изображение на телескопа WFIRST. © NASA's Goddard Space Flight Center/CI Lab
Евтино и просто ще бъде да се конструира такъв уред. Освен това не е изключено Starshade изобщо да няма нужда от собствен телескоп – космическият чадър може да работи съвместно с обсерваторията WFIRST.
Ловът за двойници на Земята набира обороти. „Изучаването на екзопланети с най-различни размери само по себе си е много важно за науката, но все пак повечето от нас искат да открият екзопланета със земни размери", казва Касдин.
Ако това се случи, безспорно следващият въпрос ще бъде за наличието на живот на такава планета – и тогава проекти като Starshade може да се окажат най-добрият ни шанс.
