Plánování observatoře NASA Habitable Worlds Observatory (HWO), která bude prohledávat atmosféry planet mimo Sluneční soustavu, po příznacích mimozemského života, je v plném proudu.
Tento týden se na Kalifornském technologickém institutu (Caltech) konal workshop, na kterém vědci a inženýři diskutovali o stavu technologie, kterou by mohla využít HWO, jeden z dalších velkých dalekohledů NASA po vesmírném teleskopu Jamese Webba (JWST). . .
Hledání známek života v atmosférách planet mimo sluneční soustavu, které obíhají kolem vzdálených hvězd – exoplanet – se podobá hledání jehly v kupce kosmického sena. Koneckonců, NASA odhaduje, že existuje několik miliard planet velikosti Země, které se nacházejí v obyvatelných zónách jejich hvězd, v oblastech se správnou teplotou umožňující existenci kapalné vody. A to se vyskytuje pouze v Mléčné dráze.
Vědci však mají alespoň dobrou představu o tom, co by měli hledat, stejně jako znalosti o znameních, která by potenciálně naznačovala život.
„Chceme prozkoumat atmosféru těchto exoplanet na přítomnost kyslíku, metanu, vodní páry a dalších chemikálií, které by mohly signalizovat přítomnost života,“ uvedl ve svém prohlášení hlavní technolog NASA Exoplanet Exploration Programme Nick Siegler. “Neuvidíme malé zelené mužíčky, ale spíše spektrální podpisy těchto základních chemikálií nebo to, čemu říkáme biosignatury.”
Příbuzný: NASA možná nevědomky našla a zabila mimozemský život na Marsu před 50 lety, říká vědec
HWO byla poprvé navržena jako hlavní priorita v Decadal Survey on Astronomy and Astrophysics 2020 (Astro2020), což je plán cílů, které má astronomická komunita provést v příštím desetiletí. Je to proto, že kromě hledání známek života mimo sluneční soustavu a pomoci astronomům porozumět celým planetárním systémům bude observatoř hrát důležitou roli také v astrofyzikálních výzkumech.
I když se očekává, že mise bude spuštěna na konci 30. nebo počátkem 40. let 20. století, pokrok v technologiích, které bude nyní dalekohled používat, by podle Dmitryho Maweta, člena HWO Technical Assessment Group (TAG), mohl v budoucnu pomoci vyhnout se překročení nákladů.
Vrhání stín na vzdálené hvězdy
K provedení hloubkového průzkumu atmosféry exoplanet za účelem hledání známek života využije HWO své schopnosti blokovat oslnění hvězd, které tyto exoplanety obíhají.
Blokování silného světla přicházejícího z těchto hvězd umožní vidět slabší fragmenty hvězdného světla, odražené od atmosfér planet na oběžné dráze kolem těchto hvězd. Chemické prvky a sloučeniny absorbují a vyzařují světlo na vlnových délkách jedinečných 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.
Existují dva hlavní způsoby, jak by HWO mohla potenciálně blokovat nadměrné světlo hvězd. Jednak by mohl využít velký vnější blok světla zvaný hvězdná clona, který by se rozvinul z HWO po jeho startu do obrovského deštníku ve tvaru slunečnice.
Nebo by alternativně mohl využít vnitřní hvězdný stín zvaný koronograf, podobný přístrojům, které vědci používají k blokování světla z jasné fotosféry Slunce ke studiu jeho mlhavé vnější atmosféry neboli koróny. Siegler dodal, že v současné době se NASA rozhodla zaměřit HWO na koronagrafickou technologii používanou v několika dalších dalekohledech, včetně JWST a připravovaného římského dalekohledu Nancy Grace.
Observatoř WM Keck, která se nachází na havajské hoře Mauna Kea, již ke studiu exoplanet používá koronograf vynalezený Mawetem ve spojení s Keck Planet Imager and Characterizer (KPIC). Koronograf umožňuje KPIC vizualizovat tepelné emise z mladých obřích exoplanet s horkým plynem, což umožňuje vědcům zkoumat, 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 koronograf pro budoucí vesmírný dalekohled by musel posunout světlo hvězd za jeho současné limity.
“Jak se blížíme a blížíme k této požadované úrovni potlačení hvězdného světla, stávají se výzvy exponenciálně obtížnějšími,” dodal Mawet.
Potlačení světla hvězd pomocí zrcadla měnícího tvar
Jednou z myšlenek předložených na setkání Caltech pro zlepšení potlačení světla ze vzdálené hvězdy je umístit do koronografu zrcadlo, které lze pokřivit a ovládat světelné paprsky.
Využití tisíců ovladačů k definování tvaru zrcadla, stejně jako tlačení a přitahování jeho reflexních povrchů, by mohlo zabránit rozptýlenému světlu, aby dosáhlo konečného obrazu, a tím zabránit nechtěnému „botu“ zbytkového světla hvězd. Takové deformovatelné „aktivní“ zrcadlo je typ, který má používat Nancy Grace Roman Space Telescope, ve skutečnosti observatoř, která má být spuštěna 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 zásadní 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 pokrýt příslovečným jediným skokem.
“Musíme být schopni deformovat zrcátka s přesností na pikometr,” vysvětlil Mawet. “Budeme muset potlačit světlo hvězd o další faktor přibližně 100 ve srovnání s Romanovým koronografem.”
Během zasedání Caltech vědci také diskutovali o nejlepším typu zrcadla pro použití pro HWO ao tom, čím by mělo být potaženo, stejně jako o dalších potenciálních nástrojích pro dalekohled.
Vzhledem k tomu, že plánování HWO seriózně pokračuje, astronomové také pracují na výběru cílů pro exoplanety podobné Zemi pro budoucí teleskop, na kterých budou trénovat svůj pohled. Tento lov bude zahrnovat použití Keck Planet Finder (KPF) provozovaného Caltech na observatoři Keck, který byl speciálně navržen pro hledání planet podobných Zemi v obyvatelných zónách malých červených hvězd.
„Workshop nám pomohl odhalit, kde jsou mezery v naší technologii a kde musíme v příštím desetiletí udělat další vývoj,“ uzavřel Mawet.