New Worlds Mission — это предлагаемый проект, включающий большой оккультный аппарат , летящий в строю с космическим телескопом, предназначенным для блокировки света близлежащих звезд с целью наблюдения за их орбитальными экзопланетами . Наблюдения могут проводиться с помощью существующего космического телескопа или специального оптического телескопа видимого света, оптимально спроектированного для задачи поиска экзопланет. Предварительный исследовательский проект финансировался с 2005 [1] по 2008 год Институтом передовых концепций НАСА (NIAC) и возглавлялся Вебстером Кэшем из Университета Колорадо в Боулдере совместно с Ball Aerospace & Technologies Corp. , Northrop Grumman , Southwest Research Institute и другими. С 2010 года проект ищет дополнительное финансирование от НАСА и других источников в размере около 3 миллиардов долларов США, включая собственный четырехметровый телескоп. [2] [3] В случае финансирования и запуска он будет работать в течение пяти лет.
В настоящее время прямое обнаружение внесолнечных планет (или экзопланет) крайне затруднено. Это обусловлено прежде всего:
Трудность наблюдения такой тусклой планеты так близко к яркой звезде является препятствием, которое помешало астрономам напрямую фотографировать экзопланеты. На сегодняшний день сфотографировано лишь несколько экзопланет. [4] Первая сфотографированная экзопланета, 2M1207b , находится на орбите вокруг звезды под названием 2M1207 . Астрономы смогли сфотографировать эту планету только потому, что это очень необычная планета, которая находится очень далеко от своей звезды-хозяина, примерно в 55 астрономических единицах (примерно в два раза дальше расстояния до Нептуна ). Кроме того, планета вращается вокруг очень тусклой звезды, известной как коричневый карлик .
Чтобы преодолеть трудности с различением большего количества планет, похожих на Землю, в непосредственной близости от яркой звезды, миссия New Worlds Mission заблокировала бы свет звезды с помощью оккультера . Оккультер заблокировал бы весь звездный свет, не давая ему достичь наблюдателя, в то же время позволяя свету планеты проходить беспрепятственно. Звездный абажур будет иметь десятки метров в поперечнике и, вероятно, сделан из каптона , легкого материала, похожего на майлар . [5]
Традиционные методы обнаружения экзопланет опираются на косвенные способы вывода о существовании орбитальных тел. Эти методы включают:
Все эти методы предоставляют убедительные доказательства существования внесолнечных планет, но ни один из них не дает реальных изображений планет.
Цель миссии New Worlds — блокировать свет, исходящий от близлежащих звезд, с помощью оккультера. Это позволило бы напрямую наблюдать за планетами, вращающимися по орбите. Оккультер будет представлять собой большой плоский диск, пролетающий тысячи километров по линии прямой видимости. Диск, вероятно, будет иметь несколько десятков метров в диаметре и будет помещаться внутрь существующих одноразовых ракет-носителей и будет развернут после запуска.
Одна из трудностей этой концепции заключается в том, что свет, поступающий от целевой звезды, будет дифрагировать вокруг диска и конструктивно интерферировать вдоль центральной оси. Таким образом, свет звезды все равно будет легко виден, что сделает обнаружение планеты невозможным. Эта концепция была впервые выдвинута Симеоном Пуассоном с целью 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 оккультеру. При добавлении лепестков особой формы к внешнему краю диска пятно Араго исчезнет, что позволит подавить свет звезды.
Эта техника сделала бы возможным обнаружение планет для звезд в пределах приблизительно 10 парсеков (около 32 световых лет ) от Земли. Предполагается, что на таком расстоянии может быть несколько тысяч экзопланет . Звездный абажур похож на Арагоскоп , но его не следует путать с ним, [6], который является предлагаемым устройством для получения изображений, разработанным для использования дифракции света вокруг идеально круглого светового экрана для получения изображения. Звездный абажур представляет собой предлагаемый диск коронографа в форме подсолнечника , который был разработан для блокировки звездного света, который мешает телескопическим наблюдениям других миров. «Лепестки» формы «подсолнуха» звездного абажура предназначены для устранения дифракции, которая является центральной особенностью Арагоскопа .
Starshade — это космический корабль , разработанный Вебстером Кэшем, астрофизиком из Центра астрофизики и космической астрономии Университета Колорадо в Боулдере . [7] Предлагаемый космический корабль был разработан для работы в тандеме с космическими телескопами, такими как космический телескоп Джеймса Уэбба , который его не использовал, или новым 4-метровым телескопом. [5] Он будет лететь на расстоянии 72 000 км (45 000 миль) перед космическим телескопом (между телескопом и целевой звездой ) и примерно в 238 600 милях (384 000 км) от Земли, за пределами гелиоцентрической орбиты Земли. [8] В развернутом виде starshade напоминает подсолнух с заостренными выступами по всей окружности. starshade действует как очень большой коронограф : он блокирует свет далекой звезды, что облегчает наблюдение за связанными с ней планетами . Развернутый звездный абажур может уменьшить собранный свет от ярких звезд в 10 миллиардов раз. Свет, который «просачивается» по краям, будет использоваться телескопом при сканировании целевой системы на предмет планет . С уменьшением жесткого света астрономы смогут проверять атмосферы экзопланет, удаленных на десятки триллионов миль, на предмет потенциальных химических следов жизни . [1]
Цель миссии «Новые Миры» — открытие и анализ экзопланет земной группы :
Помимо поиска и анализа планет земной группы, он также может обнаруживать и анализировать газовых гигантов . Миссия New Worlds также найдет луны и кольца , вращающиеся вокруг экзопланет. Эта технология будет включать прямую съемку планет путем блокировки звездного света с помощью starshade. Он будет подробно изучать луны и кольца и выяснять, могут ли луны также поддерживать жизнь, если газовые гигантские планеты вращаются в обитаемых зонах родительских звезд.
Существует множество возможностей для различных миссий в Новых Мирах, включая