Когда в пятницу поздно вечером с космодрома на мысе Канаверал во Флориде стартовала ракета Delta II, в Москве уже была суббота, 7 часов утра. Сколько часов было на других, похожих на Землю планетах, пока никто не знает. Но телескоп Kepler, который Delta II вывела в космос, должен разобраться, сколько таких планет в наших галактических окрестностях.
На сегодняшний день астрономам известны три с половиной сотни внесолнечных планет, однако ни одна из них и близко не похожа на «колыбель человечества». Большинство известных экзопланет – «горячие юпитеры», газовые гиганты вроде крупнейшей планеты Солнечной системы, кружащиеся, в отличие от нашего Юпитера, очень близко к своим звёздам.
Задача телескопа Kepler – найти планеты, похожие на Землю, на орбитах, похожих на земную.
Такие, на которых может существовать жидкая вода, – а значит, и жизнь, как мы её знаем. Правда, непосредственно увидеть следы жизни космическая обсерватория не сможет.
В своих поисках Kepler будет полагаться на второй по эффективности метод поиска внесолнечных планет – метод транзитов. Первую планету этим методом 10 лет назад с помощью 10-сантиметрового телескопа открыл 24-летний гарвардский аспирант Давид Шарбонно. Буквально на прошлой неделе американский Национальный научный фонд удостоил его высшей награды для молодых учёных – медали Уотермана. С тех пор таким образом открыты уже более полусотни планет.
Когда какое-нибудь непрозрачное тело проходит по диску звезды, её блеск едва заметно меняется, как меняется яркость ночного фонаря, когда мимо него пролетает маленькая мушка.
Грубо говоря, Kepler будет искать тени, которые отбрасывают планеты в космическое пространство. В надежде, что эти тени лягут на Солнечную систему.
Чтобы тень на нас упала, орбита планеты должна быть наклонена под очень небольшим углом к лучу зрения. Такие шансы невелики – например, земную тень можно разглядеть лишь примерно с каждой сотой звезды в окрестностях Солнца (эти звёзды должны лежать в узкой полоске шириной примерно в полградуса вокруг эклиптики – проекции земной орбиты на небесную сферу). Поэтому Kepler должен наблюдать сразу очень много звёзд. Астрономы решили ограничиться сотней тысяч.
Кроме того, падать на нас будут даже не тени, а полутени: планеты слишком малы, чтобы полностью закрыть своим телом диск далёкого светила. Например, Земля, проходя по диску Солнца, покрывает для далёкого наблюдателя лишь 0,008% его поверхности, и примерно на столько же падает его блеск. А значит, измерять блеск надо с огромной точностью – в тысячные доли процента. Это требует точной и стабильной фотометрии (измерений блеска) – и Kepler сможет измерять изменения блеска звёзд с точностью от 0,002% для самых ярких из 100 тысяч своих целей до 0,008% для более слабых.
skin: article/incut(default)
data:
{
"_essence": "test",
"incutNum": 2,
"picsrc": "Поле зрения Kepler'а на фоне Млечного пути и Большого летнего треугольника – Веги, Денеба и Альтары, главных звёзд созвездий Лиры (Lyra), Лебедя (Cygnus) и Орла (Aquila). // C.Roberts/Eastbay Astronomical Society",
"repl": "<2>:{{incut2()}}",
"uid": "_uid_2954244_i_2"
}
Собственно, этим он и займётся, как только выйдет на орбиту и отладит всю свою аппаратуру: в течение трех с половиной лет (а если программа будет продолжена, то и дольше), телескоп будет пялиться в одну и ту же область неба размером примерно 100 квадратных градусов на границе созвездий Лебедя и Лиры. Прерывать свою вахту космический аппарат будет лишь на несколько часов каждые три месяца, чтобы переориентировать антенну на Землю. Разом сбрасывать всю накопленную информацию на Землю прибор будет примерно раз в месяц.
Ради непрерывности и стабильности наблюдений телескоп выходит на не совсем обычную орбиту.
Kepler будет следовать в нескольких миллионах километров позади Земли по чуть более вытянутой, чем земная, орбите, медленно уплывая от нашей планеты, примерно на 40 тысяч километров в сутки. Здесь он будет постоянно купаться в солнечных лучах, и его нагрев – а значит, и шумы аппаратуры – не будут меняться каждые полчаса из-за непрерывных прохождений через земную тень.
Космический аппарат представляет собой телескоп системы Шмидта, приспособленный для поиска далёких планет из космоса. Через коррекционную «линзу» особого профиля диаметром 95 см свет поступает на главное зеркало телескопа, размер которого – уже 1,3 метра. Отражённый от зеркала свет собирается в главном фокусе, где расположена мозаика из 21 пары специально созданных астрономических ПЗС-матриц, способных зафиксировать почти каждый падающий на них фотон (эффективность человеческого глаза – в десятки раз меньше). Вся мозаика имеет размер примерно 30 см на 30 см и состоит из 95 мегапикселов. Это крупнейшая ПЗС-матрица из всех, когда-либо отправлявшихся в космос.
Большое зеркало и специальная матрица необходимы для высокой точности измерений блеска. Фотоны на матрицу падают нерегулярно, и существуют нерегулярные и неистребимые (так называемые пуассоновы) флуктуации их числа. Он пропорционален квадратному корню из числа фотонов, и если вы хотите измерить блеск с точностью 10% (1:10), нужно не меньше 100 фотонов, с точностью 1% (1:100) - не меньше 10 000 фотонов, а с точностью 0,002% (1:50 000), на которую метит Kepler – не меньше 2,5 миллиардов квантов от каждой звезды. Даже с метровым зеркалом телескопу придётся копить свет по полчаса на каждую экспозицию.
Кроме того, чтобы исключить возможные колебания чувствительности телескопа (например, из-за медленной деградации оптики из-за микрометеоритов или камеры из-за космических лучей), блеск будет всякий раз высчитываться относительно соседних звёзд и предыдущих кадров. Это так называемая двойная (в пространстве и во времени) дифференциальная фотометрия.
Это будут звёзды трёх спектральных классов – жёлтые звёзды класса G, похожие на наше Солнце, белые звёзды класса A, которые ярче и горячее нашего светила, и красные карлики класса M, которые тусклее Солнца. В зависимости от яркости светила, зона жидкой воды находится на разных расстояниях от звезды – она поближе для тусклых звёзд и подальше для ярких.
Продолжительность основной миссии Kepler'а – 3,5 года, а для уверенного обнаружения планеты учёные намерены наблюдать не менее 3 прохождений кандидата по диску светила. Поэтому, если планеты есть вокруг большинства звёзд, в зоне жидкой воды будет больше всего найдено планет у красных и жёлтых звёзд, а планетам, кружащимся по орбитам в более широкой зоне жидкой воды вокруг звёзд класса A, может и не хватить времени на три полных оборота.
Правда, учёные полагают, что уже в первые полгода найдут немало «горячих юпитеров», периоды которых могут составлять лишь несколько суток – по современным оценкам, они кружатся вокруг каждой десятой звезды, а может, и чаще. Четыре таких планеты в поле зрения есть точно – они уже были обнаружены с Земли, и их «переоткрытие» Kepler станет неплохим тестом его возможностей.
Ну а «земель» придётся ждать как минимум пару лет, а скорее, и все три года.
Раньше они просто не успеют совершить три необходимых оборота. Кроме того, учёные собираются не публиковать данные о новых планетах, пока не подтвердят их параметры наблюдениями на крупных телескопах с Земли. Это может ещё несколько затянуть обнародование данных о новых планетах.
Сколько таких планет найдётся – никто сказать пока не может. Если у всех похожих на Солнце звёзд есть похожие на Землю планеты на таких же расстояниях, как Земля, мы сможем увидеть несколько сотен землеподобных планет – тех, которые отбрасывают тень в нашу сторону. Но это максимальное значение. Участники проекта рассчитывают, скорее, на несколько десятков.
Kepler не даст ответ на вопрос, есть ли на этих планетах жизнь, и даже не даст ответа на вопрос, есть ли на них жидкая вода. Однако вода распространена достаточно широко, и большинство учёных полагают, что если орбита планеты проходит в зоне, где может существовать жидкая вода, она там наверняка будет.
Будет ли в этой воде водиться жизнь – другой вопрос.
Для ответа на него надо либо твёрдо верить в неизбежность возникновения жизни в подходящих условиях либо непосредственно увидеть следы этой жизни. Поскольку упомянутые «подходящие», достаточные для зарождения жизни условия нам всё ещё неизвестны, придётся проверять. Например, с помощью наблюдений спектра планеты; правда, для этого потребуются более мощные, чем Kepler, инструменты.
А вот если Kepler не найдёт ни одной хотя бы потенциально пригодной для жизни планеты, это будет, наверное, ещё более впечатляющим и неожиданным достижением. Ведь в этом случае жизнь в том виде, как мы её знаем, должна быть очень редким явлением во Вселенной. И на нас лежит тем большая ответственность сохранить её.
