Тоска по синей точке
Не за горами ли «вторая Земля» в звездной системе Альфа Центавра? Космический телескоп мог бы выглядеть, но НАСА не хочет его строить. Сейчас за проект берется частная инициатива.
Ветераны компьютерных игр наверняка помнят «Цивилизацию», классику всех стратегических игр. Одним из способов победить было переместить свою цивилизацию на соседнюю звезду Альфа Центавра. Молчаливо предполагалось, что там, в 4,3 световых года от Земли, ждет комфортный мир. В то время как астрономы теперь знают о более чем 3500 планетах вокруг далеких звезд, очень мало известно об окрестностях Альфы Центавра. Ни одна звездная система не находится ближе к нам. Проксима, карликовая звезда на широкой орбите вокруг Альфы Центавра, в прошлом году действительно оказалась планетой размером с Землю, но Проксима - это маленький свет по сравнению с Солнцем.
Альфа Центавра, с другой стороны, гораздо больше похожа на Солнце - если быть более точным, есть даже две солнцеподобные звезды, которые вращаются вокруг друг друга почти за 80 лет: Альфа Центавра А и В. Инициатива под названием «Проект Синий» теперь хочет более внимательно изучить, есть ли у одной из звезд или даже у них обоих другие компаньоны. Его название вдохновлено знаменитым изображением Земли в виде «бледно-голубой точки», сделанным космическим кораблем «Вояджер» с расстояния в шесть миллиардов километров. Говорят, что изображение, которое Project Blue планирует сделать с помощью космического телескопа размером с холодильник, очень похоже. Но на этот раз синяя точка должна быть Землей в обитаемой зоне Альфы Центавра.
Пригодная для жизни зона звезды - это диапазон расстояний, на которых вода может существовать в жидкой форме на поверхности планеты. Даже если рядом с Альфой Центавра есть такая планета - поиск будет непростым. Пока что напрямую можно получить изображения только особенно больших планет, вращающихся далеко от своих звезд. Эти объекты обычно очень молодые и горячие, так что помимо отраженного звездного света они также излучают собственное инфракрасное излучение. У них мало общего с землей. Планеты, находящиеся на более близких орбитах, особенно те, что находятся в обитаемых зонах, находятся слишком близко к звездам, которые в миллионы раз ярче, чтобы их можно было сфотографировать напрямую. Вместо этого астрономы обнаруживают их через «колебание», то есть периодическое колебание звезды вперед и назад из-за гравитационного притяжения ее планеты. Однако этот метод хорошо работает только для очень массивных планет, вращающихся очень близко вокруг своей звезды.
Предполагаемое колебание - это не планета, в конце концов
В 2012 году астрономы забили тревогу: они измерили предполагаемое колебание от Альфы Центавра B, которое они проследили до планеты размером с Землю, обращающейся по орбите всего три дня. Звезда качалась со скоростью всего 50 сантиметров в секунду, со скоростью пешехода. Но планета, поспешно названная «Альфа Центавра B b», вскоре оказалась ошибкой измерения. В любом случае, ему было бы слишком жарко, чтобы жить. Чтобы найти объект размером с Землю в обитаемой зоне Альфы Центавра A или B, нужно было бы измерять колебания звезды менее десяти сантиметров в секунду - и это в течение многих лет. Это невозможно с имеющимися в настоящее время телескопами и спектрографами. И метод транзита, при котором планеты выдают себя, проходя перед своей звездой, не работает и для Альфы Центавра: экваториальные плоскости обеих звезд, в которых могли бы вращаться возможные планеты, не обращены к Земле.
Значит, нет никаких шансов найти планеты рядом с нашими непосредственными соседними звездами? Не совсем так. Их астрономически малое расстояние меняет правила игры. Спроецированные на небесную сферу обитаемые зоны альф Центавра A и B занимают около четырех угловых секунд в случае A и двух угловых секунд в случае B соответственно. Угловая секунда составляет 3600-ю часть градуса, так что это довольно маленький угол. Но даже небольшие любительские телескопы способны отображать угловые расстояния в одну угловую секунду. Таким образом, вероятность пространственного изображения планеты в обитаемой зоне рядом со звездами значительно выше, чем для любой другой звезды на небе. Все, что вам нужно сделать, это найти способ справиться с суровым звездным светом. Это все равно, что пытаться разглядеть свечение светлячка рядом с лучом маяка.
Планета против звезды это как светлячок против луча маяка
В 2015 году Руслан Беликов из Исследовательского центра Эймса НАСА в Калифорнии вместе с несколькими коллегами представил концепцию космического телескопа, специально адаптированного для этой задачи, который работает за пределами возмущающей атмосферы Земли. Проблема звездного света должна решаться тремя способами: во-первых, с помощью так называемого коронографа. Это устройство, первоначально разработанное в 1930-х годах для наблюдения за солнечной короной, которая блокирует прямой свет звезд с небольшой апертурой. Коронографы теперь регулярно используются для наблюдения за далекими звездами, и их технология считается зрелой. Однако одного коронографа недостаточно, чтобы сфотографировать планету, соседнюю с Альфой Центавра. Даже оставшегося рассеянного света было бы достаточно, чтобы замаскировать слабое свечение планеты.
Поэтому Беликов и его команда разработали так называемый Multi-Star Wavefront Control (MSWC). Эта система чем-то похожа на адаптивную оптику, которую используют наземные обсерватории для компенсации возмущений в атмосфере Земли. Его цель состоит в том, чтобы использовать деформируемое зеркало для воздействия на мешающие световые волны таким образом, чтобы они компенсировали друг друга за счет деструктивной интерференции. Таким образом, окружение звезды, защищенное коронографом, может быть снова затемнено. Особенностью метода MSWC является то, что он способен устранить рассеянный свет нескольких звезд с помощью одного деформируемого зеркала - решающее преимущество для такой тесной двойной звезды, как Альфа Центавра..
Даже при коронографе и MSWC первоначально на одном изображении будут видны только световые пятна, так называемые спеклы. Большинство этих спеклов вызвано случайным шумом. Планета выглядела бы как еще одно пятнышко на каждом отдельном снимке. Таким образом, на третьем этапе многие записи будут объединены в финальное изображение, на котором планета выделяется из спекл-шума. Компьютерный алгоритм, называемый орбитальной разностной визуализацией, может использовать тот факт, что планета движется по своей орбите от изображения к изображению. Он отфильтровывает только те пятна, которые движутся по определенным путям. Примерно через два года - именно столько Беликов и его команда рассчитывают время миссии - будет собрано около 20 000 изображений. Планеты внутри и за пределами обитаемой зоны как Альфы Центавра A, так и B тогда можно было бы обнаружить, как показало моделирование с использованием данных искусственных наблюдений.
Маленький телескоп для великих открытий
"ACESat" (спутник экзопланеты Альфа Центавра) - так исследователи назвали концепцию своей миссии. С телескопом-рефлектором диаметром от 30 до 45 сантиметров на борту спутник будет довольно маленьким и недорогим. Астрономы-любители нередко имеют в своем саду более крупное оборудование. Конечно, кроме «фотографии открытия», с помощью такого маленького инструмента было бы возможно не так много последующих исследований планет. По цветам соответствующих планет можно было бы определить их поверхности и, возможно, даже узнать, есть ли у них атмосферы. Для более точных исследований, даже спектров с высоким разрешением, потребуется космический телескоп большего размера. Однако, если ACESat окажется успешным, у исследователей и инженеров будет четкая цель.
Но НАСА не проявило особого энтузиазма: если ни у Альфы Центавра А, ни у В нет планет, то научная польза от миссии будет довольно скудной. ACESat слишком мал для поиска других, более далеких звезд. Вместо телескопа, специализирующегося на одной звездной системе, космическое агентство хочет запустить большой и более сложный проект, с помощью которого можно будет искать не только Альфу Центавра, но и десятки звезд. Такой спутник намного дороже, чем ACESat, и не будет запущен в космос до середины следующего десятилетия. Не все хотят ждать так долго. Инициатива Project Blue хочет реализовать концепцию Беликова и его коллег в частном порядке. За проектом Blue стоит также частный институт BoldlyGo в Нью-Йорке. Его цель - реализация отвергнутых космических миссий за счет частных средств. Во главе с Джоном Морсом, бывшим директором НАСА, BoldlyGo пытается профинансировать миссию на Марс, а также, среди прочего, преемника телескопа Хаббл.
Как и в случае с Project Blue, это должно быть возможно в основном за счет крупных частных спонсоров и краудфандинга. По сравнению с другими запланированными частными космическими миссиями Project Blue будет меньше: стоимость спутника должна составлять от 10 до 50 миллионов евро, а запуск примерно в 2020 году вполне реален. Успех или провал Project Blue также будет показателем того, осуществимы ли сложные космические миссии без участия национальных космических агентств. Недостатка в идеях и инициативах нет, но пока не реализовано ни одного частного проекта. С научной точки зрения, конечно, хотелось бы успеха. Тем не менее, общественный интерес к Project Blue ограничен: цель краудфандинга в размере одного миллиона долларов была явно недостигнута в конце 2016 года.