|
Телескоп для получения прямых изображений экзопланет
|
|
|
|
Римский космический телескоп предназначен для получения прямых изображений экзопланет с помощью сложных оптико-механических систем, разработанных Институтом астрономии Общества Макса Планка. Римский космический телескоп разрабатывался около десяти лет под руководством NASA. Его запуск запланирован на 30 августа 2026 года в 7:26 утра по восточному поясному времени. Телескоп назван в честь Нэнси Грейс Роман, которая считалась архитектором современной научной программы NASA и, помимо прочего, внесла большой вклад в успешную реализацию проекта космического телескопа «Хаббл».
|
|
|
|
Римский телескоп будет направлен в точку Лагранжа L2 — особое место на расстоянии 1,5 миллиона километров (930 000 миль) от Земли, расположенное на оси, соединяющей Солнце и Землю, со стороны, противоположной Солнцу. В этой точке гравитационные силы небесных тел уравновешивают друг друга, что позволяет телескопу вращаться вокруг Солнца без использования двигателей.
|
|
|
|
Диаметр главного зеркала Римского космического телескопа составляет 2,4 метра (7,9 фута). На телескопе установлены два научных прибора: Широкоугольный прибор имеет площадь детектора примерно в 100 раз большую, чем у "Хаббла", и всего за пять лет он позволит получить изображение участка неба в 50 раз большего, чем "Хаббл" за 30 лет. Вместе с находящимся на орбите космическим телескопом "Евклид" Роман отправится на поиски темной материи, которая широко распространена по всей Вселенной.
|
|
|
|
|
|
|
Благодаря высокому разрешению изображения и чувствительности прибора Wide Field исследователи также планируют исследовать большие участки неба в поисках более холодных планет, которые было не так легко найти, как горячие, яркие газовые гиганты. Для этого они будут использовать два метода: используя так называемый транзитный метод, они намерены обнаружить около 100 000 новых планет, когда они проходят перед своей звездой и вызывают минимальное, но измеримое ослабление света звезды. Используя другой метод, основанный на так называемом эффекте микролинзирования, они надеются обнаружить еще 1000 экзопланет. Оба метода обнаруживают удаленные миры только косвенно.
|
|
|
|
Второй прибор, коронограф (CGI), используется для непосредственного получения изображений и изучения экзопланет, которые уже были обнаружены другими методами. В коронографах используются специальные маски, которые блокируют свет яркой звезды, вокруг которой вращается планета, чтобы можно было рассмотреть более тусклые небесные тела. Эти далекие солнечные системы находятся так далеко, что планеты на снимках выглядят лишь как маленькие точки рядом со своей звездой, свет которой блокируется коронографом.
|
|
|
|
С помощью предыдущих коронографов, установленных на наземных телескопах, это было возможно только для наблюдения за особенно яркими газовыми гигантами, расположенными на большом расстоянии от своих центральных звезд — звезд, которые настолько горячие, что излучают инфракрасный свет и поэтому могут быть сфотографированы инфракрасными камерами. Однако с помощью CGI исследователи планируют получить изображения более холодных и небольших экзопланет, таких как Юпитер, которые отражают в основном свет своей звезды.
|
|
|
|
Планеты, которые планирует сфотографировать Роман, кажутся с Земли в миллиард раз тусклее, чем их звезды. Это примерно соответствует разнице в яркости между Юпитером и Солнцем. CGI предназначен для получения изображений экзопланет в виде точечных источников, которые в тысячу раз тусклее, чем те, что можно было получить с помощью существующих технологий.
|
|
|
|
Для этого все оптические компоненты должны быть очень точно выровнены относительно друг друга. Институт астрономии Общества Макса Планка в Гейдельберге создал специально для этой цели оптомеханические компоненты, которые образуют механизмы прецизионной юстировки, или сокращенно PAM. Если эта система окажется успешной, в будущем ее можно будет использовать для фотографирования еще более мелких и тусклых каменистых планет, таких как Земля, которые вращаются вокруг других звезд.
|
|
|
|
Институт астрономии Общества Макса Планка изготовил шесть летных моделей механизма позиционирования — то есть компонентов, которые будут постоянно установлены в коронографе и запущены в космос. Еще шесть инженерных моделей PAM используются для наземных испытаний. Механизмы прецизионной юстировки необходимы для достижения высочайшей точности оптики, требуемой для фотографирования планет, вращающихся вокруг своих звезд в далеких звездных системах.
|
|
|
|
Они обеспечивают наклон встроенных масок коронографа, а также его фильтров и зеркал не более чем на 40 миллисекунд дуги в течение восьми часов (3,6 миллиона миллисекунд дуги равны одному градусу). Это соответствует углу, под которым человек из Лос-Анджелеса был бы виден из Гейдельберга.
|
|
|
|
Дизайнеры и инженеры из Гейдельбергского института разработали модули PAM, а затем изготовили и протестировали их в собственных мастерских и лабораториях института. Компания von Hoerner & Sulger из Шветцингена, Германия, оказала поддержку в их создании.
|
|
|
|
«Когда передо мной лежали отдельные части летной модели, я вдруг осознала, что держу в руках детали, которые отправятся в космос и будут его исследовать», — говорит Моника Эберт. В Институте Макса Планка в Гейдельберге она руководила проектированием и сборкой критически важной системы стабилизации оптики телескопа. «Сборка требовала предельной концентрации».
|
|
|
|
Среди 12 версий системы PAM есть так называемая модель для проверки срока службы. Эта модель была протестирована на устойчивость к длительным нагрузкам и за время испытаний совершила более 27 000 движений. Это примерно в два раза больше нагрузки, которой подвергается летная модель. Благодаря таким испытаниям команды минимизируют вероятность ошибок и проблем с механизмом, установленным на телескопе «Римский космический телескоп». После запуска телескоп невозможно будет достать и отремонтировать, как это было с телескопом «Хаббл».
|
|
|
|
«Камера с градиентной коррекцией на борту телескопа «Римский космический телескоп» — самый совершенный прибор для оптических наблюдений, когда-либо использовавшийся для исследований в космосе», — говорит Оливер Краузе, руководитель исследовательской группы по инфракрасной астрономии в Институте астрономии Общества Макса Планка. Если первые испытания в космосе пройдут успешно, камера с градиентной коррекцией будет передана в распоряжение астрономов для изучения экзопланет.
|
|
|
|
Для того чтобы CGI мог напрямую отображать меньшие по размеру и более холодные экзопланеты, которые обращаются по орбите ближе к своим звездам-хозяевам, чем все ранее наблюдавшиеся, необходим больший контраст яркости между звездой и планетой, чем это было возможно на сегодняшний день. Поэтому задача состояла в том, чтобы подавить артефакты изображения и оптическую турбулентность, которые исторически доминировали на изображениях, полученных с помощью коронографов.
|
|
|
|
Для достижения этой цели инженеры использовали адаптивную оптику. Эта технология обычно используется в телескопах на Земле. Например, строящийся в настоящее время чрезвычайно большой телескоп будет изменять форму одного из своих зеркал тысячу раз в секунду, чтобы устранить колебание звездного неба — явление, видимое даже невооруженным глазом как мерцание звезд.
|
|
|
|
Несмотря на то, что в космосе нет воздуха, который мог бы исказить изображение, получаемое римским телескопом, оптическая система самого телескопа подвержена искажающим эффектам. Они подавляются небольшим зеркалом, которое может деформироваться в реальном времени. Это требует больших вычислительных мощностей — ресурсов, которые ограничены на борту спутника. Поэтому решение этой проблемы само по себе считалось сложной задачей.
|
|
|
|
"Чтобы в будущем иметь возможность найти и изучить вторую Землю, нам понадобится мощный коронограф, который будет включать в себя всю сложность компьютерной графики", - говорит Краузе. "С технологической точки зрения CGI является важной вехой на этом пути". Однако для этого также потребуется телескоп со значительно более высоким разрешением изображения, такой как обсерватория обитаемых миров, первоначальные проекты которой предусматривали использование зеркала диаметром не менее 6 метров (20 футов).
|
|
|
|
Как только начнется работа, Астрономический институт Макса Планка продолжит участвовать в разработке программного обеспечения для анализа технических и научных данных Римского телескопа и окажет помощь в планировании и подготовке наблюдений. Сами измерения координируются комитетом НАСА, известным как Программа участия сообщества, в состав основной команды которого также входит Краузе.
|
|
|
|
Вскоре после запуска члены комитета, базирующиеся в США, Японии и Европе, постепенно подключат телескоп к сети. Для этого они будут непрерывно анализировать данные, которые телескоп отправляет на Землю во время своего путешествия к месту назначения.
|
|
|
|
В общей сложности процесс ввода в эксплуатацию займет 90 дней — примерно столько же времени требуется Римскому космическому телескопу, чтобы достичь точки Лагранжа L2. Первые научные снимки ожидаются в начале 2027 года. Однако на завершение некоторых программ наблюдений уйдут годы, например, на исследование плоскости нашего Млечного Пути в поисках ранее неизвестных планет и черных дыр.
|
|
|
|
Источник
|
