Российские ученые показали, как можно увидеть экзопланенты размером с Землю

Рис.1 Принципиальная схема оптической схемы на основе существенно несбалансированного интерферометра (EUI. Изображение предоставлено пресс-службой МФТИ.

Физики из МФТИ и ИКИ РАН разработали оптическую технологию улавливания света от далеких звезд, которая позволит значительно улучшить работу телескопов и напрямую наблюдать экзопланеты, сопоставимые по размерам с Землей.

Первые экзопланеты — планеты за пределами Солнечной системы — были обнаружены в конце XX века, а сейчас их известно более двух тысяч. Увидеть без специальных инструментов слабый свет от них практически невозможно — его «затмевает» излучение звезд. Поэтому экзопланеты находят косвенными методами, фиксируя слабые периодические колебания светимости звезды при прохождении планеты перед ее диском (транзитный метод) или же поступательные колебания самой звезды под действием притяжения планеты (метод лучевых скоростей). Только в конце 2000-х годов астрономы впервые смогли напрямую получить снимки экзопланет.

Для таких съемок используются коронографы — приборы, созданные в 1930-х годах для наблюдений солнечной короны вне затмений. Внутри у этих устройств есть «искусственная луна», которая экранирует часть поля зрения, например закрывает солнечный диск, позволяя видеть тусклую солнечную корону. Для того чтобы повторить это со звездой, требуется значительно более высокий уровень точности и значительно более высокое разрешение самого телескопа, на котором установлен коронограф. Видимый размер ближайших к нам планет, подобных Земле, составляет порядка 0,1 угловых секунд, что близко к пределу разрешения современных космических телескопов (например, разрешение космического телескопа «Хаббл» — около 0,05 секунд).

Оптическая схема эксперимента

В своей работе ученые нашли способ обойтись относительно простыми и недорогими системами адаптивной оптики, получив при этом высочайшее разрешение. Они использовали идею существенно несбалансированного интерферометра (Extremely Unbalanced Interferometer, EUI), предложенную одним из авторов статьи, японцем Джуном Нисикавой из Японской национальной астрономической Обсерватории.

В EUI свет делится на два луча (сильный и слабый), амплитуды которых относятся примерно как 1:10. Слабый луч проходит через систему адаптивной оптики, после чего оба луча снова сводятся вместе и интерферируют друг с другом. В результате слабый луч как бы «разглаживает» свет сильного и устраняет в нем посторонние сигналы.

Рис. 2. Экспериментальная схема EUI. Изображение предоставлено пресс-службой МФТИ


«Благодаря использованию сравнительно простой оптической схемы мы можем получать необходимый контраст изображения для прямого наблюдения планет земного типа. Конечно, по сравнению с зарубежными разработками наша система требует более сложной системы управления, но вместе с тем она гораздо меньше зависит от показателей температурной стабильности, что существенно упрощает ее эксплуатацию в космосе», — рассказывает руководитель работы, доцент МФТИ и заведующий лабораторией Планетной астрономии ИКИ РАН Александр Тавров.

С помощью компьютерного моделирования были установлены приблизительные характеристики разработанной ими системы. В дальнейших ученые планируют создать лабораторный прототип и провести с ним ряд экспериментов. Работа опубликована в Journal of Astronomical Telescopes, Instruments, and Systems.

Напомним, что землеподобные экзопланеты часто считают потенциально «живыми». Ближайшая такая экзопланета расположена в 21 световом году от Солнца.
Теги:

Читать еще на Чердаке: