stringtranslate.com

Миссия Нового Мира

Starshade с космической обсерваторией во время развертывания
Видео демонстрация звездчатки
Испытание оккультизма Starshade, 2014 г.

Миссия «Новые миры» — это предлагаемый проект, включающий в себя большой оккультный объект , летающий в строю, с космическим телескопом , предназначенным для блокировки света близлежащих звезд и наблюдения за вращающимися вокруг них экзопланетами . Наблюдения можно было бы проводить с помощью существующего космического телескопа или специального оптического телескопа видимого света , оптимально предназначенного для поиска экзопланет. Предварительный исследовательский проект финансировался с 2005 [1] по 2008 год Институтом перспективных концепций НАСА (NIAC) и возглавлялся Вебстером Кэшем из Университета Колорадо в Боулдере совместно с Ball Aerospace & Technologies Corp. , Northrop Grumman , Юго-западным исследовательским институтом. и другие. С 2010 года проект ищет дополнительное финансирование со стороны НАСА и других источников в размере примерно 3 миллиардов долларов США, включая собственный четырехметровый телескоп. [2] [3] В случае финансирования и запуска он будет действовать в течение пяти лет.

Цель

В настоящее время прямое обнаружение внесолнечных планет (или экзопланет) чрезвычайно затруднено. Это связано прежде всего с:

Трудность наблюдения такой тусклой планеты так близко к яркой звезде является препятствием, которое не позволяет астрономам напрямую фотографировать экзопланеты. На сегодняшний день удалось сфотографировать лишь несколько экзопланет. [4] Первая экзопланета, которую удалось сфотографировать, 2M1207b , находится на орбите вокруг звезды 2M1207 . Астрономам удалось сфотографировать эту планету только потому, что это очень необычная планета, находящаяся очень далеко от своей родительской звезды, примерно на 55 астрономических единиц (примерно в два раза дальше, чем Нептун ). Кроме того, планета вращается вокруг очень тусклой звезды, известной как коричневый карлик .

Чтобы преодолеть трудности с различением планет, похожих на Землю, в окрестностях яркой звезды, Миссия Новых Миров заблокировала бы свет звезды с помощью оккультиста . Оккультист блокировал бы весь звездный свет от достижения наблюдателя, в то же время позволяя свету планеты проходить беспрепятственно. Звездный козырек будет иметь ширину десятки метров и, вероятно, будет сделан из каптона , легкого материала, похожего на майлар . [5]

Методы

Традиционные методы обнаружения экзопланет основаны на косвенных средствах вывода о существовании орбитальных тел. Эти методы включают в себя:

Все эти методы предоставляют убедительные доказательства существования внесолнечных планет, но ни один из них не дает реальных изображений планет.

Желтый круг представляет звезду, свет которой блокируется оккультером. Синий круг представляет планету, свет которой беспрепятственно доходит до наблюдателя.

Цель миссии «Новые миры» — блокировать свет, исходящий от близлежащих звезд, с помощью оккультиста. Это позволило бы напрямую наблюдать за орбитальными планетами. Оккультист будет представлять собой большой листовой диск, пролетающий на тысячи километров вдоль луча зрения. Диск, вероятно, будет иметь диаметр несколько десятков метров, поместится в существующие одноразовые ракеты-носители и будет развернут после запуска.

Одна из трудностей этой концепции заключается в том, что свет, падающий от целевой звезды, будет дифрагировать вокруг диска и конструктивно интерферировать вдоль центральной оси. Таким образом, звездный свет по-прежнему будет хорошо виден, что сделает обнаружение планет невозможным. Эта концепция была впервые выдвинута Симеоном Пуассоном , чтобы опровергнуть волновую теорию света, поскольку он считал существование яркого пятна в центре тени бессмысленным. Однако Доминик Араго экспериментально подтвердил существование пятна Араго . Этот эффект можно свести на нет, специально придав форму заслонке. Добавив к внешнему краю диска лепестки особой формы, пятно Араго исчезнет, ​​что позволит подавить свет звезды.

Этот метод сделает возможным обнаружение планет на звездах в пределах примерно 10 парсеков (около 32 световых лет ) от Земли. По оценкам, на этом расстоянии может находиться несколько тысяч экзопланет . Звездчатый оттенок похож на Арагоскоп , [6] который представляет собой предложенное устройство формирования изображения, предназначенное для использования дифракции света вокруг идеально круглого светового экрана, но не следует путать его с ним для создания изображения. Звездный оттенок — это предлагаемый диск коронографа в форме подсолнуха , который был разработан, чтобы блокировать звездный свет, мешающий телескопическим наблюдениям за другими мирами. «Лепестки» звездчатого абажура в форме «подсолнуха» предназначены для устранения дифракции, которая является центральной особенностью арагоскопа .

Starshade — это космический корабль , разработанный Вебстером Кэшем, астрофизиком из Университета Колорадо в Центре астрофизики и космической астрономии Боулдера. [7] Предлагаемый космический корабль был разработан для работы в тандеме с космическими телескопами, такими как космический телескоп Джеймса Уэбба , который его не использовал, или с новым 4-метровым телескопом. [5] Он пролетит на расстоянии 72 000 км (45 000 миль) перед космическим телескопом (между телескопом и целевой звездой ) и примерно на расстоянии 238 600 миль (384 000 км) от Земли, за пределами гелиоцентрической орбиты Земли . [8] В развернутом виде звездчатый козырек напоминает подсолнух с заостренными выступами по окружности. Звездный оттенок действует как очень большой коронограф : он блокирует свет далекой звезды, что облегчает наблюдение за связанными с ней планетами . Развернутый звездный козырек может уменьшить количество собранного света от ярких звезд в 10 миллиардов раз. Свет, который «просачивается» по краям, будет использоваться телескопом при сканировании целевой системы в поисках планет . С уменьшением резкого света астрономы смогут проверять атмосферы экзопланет на расстоянии десятков триллионов миль на предмет потенциальных химических признаков жизни . [1]

Цели

Художественное видение, показывающее очертания оккультиста перед космическим телескопом со стилистически добавленными орбитальными экзопланетами (не в масштабе)

Миссия «Новые миры» направлена ​​на обнаружение и анализ внесолнечных планет земной группы :

  1. Обнаружение: Во-первых, с помощью космического телескопа и «звездной тени», или оккультной, экзопланетные системы будут напрямую обнаружены.
  2. Картирование системы: после обнаружения картирование системы будет включать в себя прямое картирование планетных систем посредством обнаружения планетарного света, отдельного от родительской звезды. На достаточно качественном изображении планеты выглядели бы как отдельные звездообразные объекты. Серия изображений планетной системы позволит измерить орбиты планет, а яркость и широкополосные цвета планет предоставят информацию об их основной природе.
  3. Исследования планет. На этом этапе будет проводиться детальное изучение отдельных планет. При низком уровне шума и скромном сигнале можно выполнять спектроскопию и фотометрию . Спектроскопия позволяет ученым проводить химический анализ атмосфер и поверхностей , который может содержать ключ к разгадке существования жизни в других частях Вселенной . Фотометрия покажет изменение цвета и интенсивности по мере вращения элементов поверхности в поле зрения и за его пределами, что позволит обнаруживать океаны, континенты, полярные шапки и облака.
  4. Получение изображений планет: для достижения истинного изображения планет необходимо значительное увеличение возможностей. Однако методы интерферометрии показывают, что этого в принципе можно добиться. Теоретически можно нанести на карту от пятидесяти до ста процентов поверхности планеты, в зависимости от наклона планеты .
  5. Планетарная оценка: Последним шагом в изучении внесолнечных планет станет возможность изучать эти далекие миры так же, как системы наблюдения за Землей изучают поверхность Земли. Такой телескоп должен быть чрезвычайно большим, чтобы собирать достаточно света для разрешения и анализа мелких деталей на поверхности планеты. Однако подобные исследования не лежат в обозримом будущем, поскольку для улавливания необходимого сигнала требуются квадратные километры площади сбора.

Помимо поиска и анализа планет земной группы, он также может обнаруживать и анализировать газовые гиганты . Миссия «Новые миры» также обнаружит спутники и кольца , вращающиеся вокруг внесолнечных планет. Этот метод будет включать в себя прямое получение изображений планет путем блокировки звездного света звездной тенью. Он будет детально изучать спутники и кольца и выяснять, могут ли спутники поддерживать жизнь, если газовые планеты-гиганты вращаются в обитаемых зонах родительских звезд.

Архитектура

Существует множество возможностей для различных миссий Нового Мира, в том числе

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ ab CU Предложение по изображению далеких планет финансируется для второго раунда исследований. Архивировано 2 июля 2014 г., в Wayback Machine.
  2. ^ ab The New Worlds Observer. Архивировано 18 ноября 2016 г. в Wayback Machine . (PDF) Доктор Вебстер Кэш. Университет Колорадо, Боулдер, 2010 г.
  3. ^ Разработка технологий New Worlds для New Worlds Observer. Архивировано 5 марта 2016 г. в Wayback Machine , (PDF) доктор Вебстер Кэш. Университет Колорадо, Боулдер, 2011 г.
  4. ^ "Энциклопедия внесолнечных планет". 27 ноября 2007 г. Архивировано из оригинала 4 декабря 2007 г. Проверено 24 января 2008 г.
  5. ↑ Аб Бергер, Брайан (4 декабря 2006 г.). «Концепция Northrop Grumman использует тень для поиска новых планет». Космос . Архивировано из оригинала 25 мая 2009 г. Проверено 17 ноября 2015 г.
  6. ↑ Кэш, Вебстер (23 января 2015 г.). «Новая концепция космического телескопа может отображать объекты с гораздо более высоким разрешением, чем Хаббл». Физическая орг. Архивировано из оригинала 24 января 2019 года . Проверено 26 января 2015 г.
  7. ^ "Веб-сайт новых миров" . Архивировано из оригинала 2 июня 2019 г. Проверено 10 сентября 2006 г.
  8. ^ "Технические характеристики Starshade" . Архивировано из оригинала 7 июля 2018 г. Проверено 17 ноября 2015 г.

Внешние ссылки