Миссия Нового Мира

Видео демонстрация звездчатки

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 года. ^[1] до 2008 года 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 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:

Экзопланеты кажутся очень близкими к своим звездам, когда наблюдаются на астрономических расстояниях. Даже самые близкие звезды находятся на расстоянии нескольких световых лет . при поиске экзопланет обычно приходится наблюдать очень малые углы от звезды, порядка нескольких десятков миллисекунд угловых Это означает, что . Столь малые углы невозможно определить с земли из-за астрономического зрения .
Экзопланеты чрезвычайно тусклые по сравнению со своими звездами-хозяевами. Обычно звезда будет примерно в миллиард раз ярче вращающейся планеты. Это делает практически невозможным увидеть планеты на фоне яркого света звезды.

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 способах вывода о существовании орбитальных тел. Эти методы включают в себя:

Астрометрия – наблюдение за тем, как звезда слегка движется из-за гравитационного влияния соседней планеты.
Наблюдение доплеровских сдвигов спектра звезды из-за движения звезды.
Наблюдение за изменением количества света от звезды, когда внесолнечная планета проходит мимо звезды, не позволяя части света достичь наблюдателя.
пульсара Время
Гравитационное микролинзирование
Наблюдение излучения околозвездных дисков в инфракрасном диапазоне

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

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 для звезд в пределах примерно 10 парсеков (около 32 световых лет ) от Земли. По оценкам, на этом расстоянии может находиться несколько тысяч экзопланет . , но не следует путать его Звездчатый оттенок похож на Арагоскоп . ^[6] Это предлагаемое устройство формирования изображения, предназначенное для использования дифракции света вокруг идеально круглого светового экрана для создания изображения. Звездный оттенок — это предлагаемый подсолнуха в форме диск коронографа , 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 спроектирован для работы в тандеме с космическими телескопами, такими как космический телескоп Джеймса Уэбба , который его не использовал, или новым 4-метровым телескопом. ^[5] Он пролетит на расстоянии 72 000 км (45 000 миль) перед космическим телескопом (между телескопом и целевой звездой орбиты Земли ) и примерно на расстоянии 238 600 миль (384 000 км) от Земли, за пределами гелиоцентрической . ^[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

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

Обнаружение: Во-первых, с помощью космического телескопа и «звездной тени», или оккультной, экзопланетные системы будут напрямую обнаружены.
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.
Исследования планет. На этом этапе будет проводиться детальное изучение отдельных планет. При низком уровне шума и скромном сигнале спектроскопию и фотометрию можно выполнять . Спектроскопия позволяет ученым проводить химический анализ атмосфер и поверхностей , который может содержать ключ к разгадке существования жизни Вселенной в других частях . 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.
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 .
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 такого рода 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

New Worlds Discoverer предложил использовать существующий космический телескоп (например, телескоп Джеймса Уэбба) для поиска экзопланет. Размер звездного оттенка можно было бы оптимизировать для наблюдательного телескопа.
New Worlds Observer будет использовать два космических корабля: один со специальным телескопом, а другой со звездным козырьком для поиска экзопланет. Также рассматривается возможность двух звездных теней. Один звездный оттенок указывает на желаемую цель, а другой перемещается на позицию для следующей цели. Это устранило бы некоторую временную задержку в наблюдении за различными системами и позволило бы наблюдать гораздо больше целей за тот же промежуток времени. ^[2]
New Worlds Imager будет использовать множество космических кораблей и звездных теней. Это позволит наблюдателям различить планету и получить истинные планетарные изображения.

См. также

Арагоскоп
Коронограф , телескопическая насадка, блокирующая свет звезды и позволяющая рассмотреть близлежащие объекты.
Космический зонтик

Ссылки

^ Jump up to: ^а ^б Предложение CU по получению изображений далеких планет финансируется для второго раунда исследований. Архивировано 2 июля 2014 г., в Wayback Machine.
^ Jump up to: ^а ^б The New Worlds Observer. Архивировано 18 ноября 2016 г. в Wayback Machine . (PDF) Доктор Вебстер Кэш. Университет Колорадо, Боулдер, 2010 г.
^ 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.
^ «Энциклопедия внесолнечных планет» . 27 ноября 2007 г. Архивировано из оригинала 4 декабря 2007 г. Проверено 24 января 2008 г.
^ Jump up to: ^а ^б 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.
^ Кэш, Вебстер (23 января 2015 г.). «Новая концепция космического телескопа сможет отображать объекты с гораздо более высоким разрешением, чем Хаббл» . Физическая орг. Архивировано из оригинала 24 января 2019 года . Проверено 26 января 2015 г.
^ «Сайт Нового Света» . Архивировано из оригинала 2 июня 2019 г. Проверено 10 сентября 2006 г.
^ «Характеристики звездного тени» . Архивировано из оригинала 7 июля 2018 г. Проверено 17 ноября 2015 г.

Внешние ссылки

[CUfund-1] Jump up to: ^а ^б Предложение CU по получению изображений далеких планет финансируется для второго раунда исследований. Архивировано 2 июля 2014 г., в Wayback Machine.

[NWO-2] Jump up to: ^а ^б 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.

[Berger_2006-5] Jump up to: ^а ^б 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 сможет отображать объекты с гораздо более высоким разрешением, чем Хаббл» . Физическая орг. Архивировано из оригинала 24 января 2019 года . Проверено 26 января 2015 г.

[7] «Сайт Нового Света» . Архивировано из оригинала 2 июня 2019 г. Проверено 10 сентября 2006 г.

[8] «Характеристики звездного тени» . Архивировано из оригинала 7 июля 2018 г. Проверено 17 ноября 2015 г.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]