Технологія зображення екзопланет нового покоління NASA сприяє пошуку позаземного життя

Інструмент коронограф Римського космічного телескопа NASA, призначений для спостереження за далекими екзопланетами шляхом блокування зоряного світла, пройшов важливі випробування, що відзначає значний прогрес у технології спостереження за космосом і пошуку позаземного життя. Передовий інструмент для спостереження за планетами за межами нашої Сонячної системи пройшов два ключові випробування перед його запуском у рамках Римського космічного телескопа агентства до 2027 року.

Інструмент коронограф на римському космічному телескопі NASA Nancy Grace продемонструє нові технології, які можуть значно збільшити кількість планет за межами нашої Сонячної системи (екзопланет), які вчені можуть безпосередньо спостерігати. Розроблений і виготовлений в Лабораторії реактивного руху агентства в Південній Каліфорнії, він нещодавно пройшов серію критичних випробувань перед запуском. Це включає випробування, щоб переконатися, що електричні компоненти приладу не заважають іншим частинам обсерваторії, і навпаки.

Ключові тести та технологія коронографа

«Це такий важливий і нервовий етап створення інструменту космічного корабля, перевірка того, чи все працює так, як задумано», — сказав Фен Чжао, заступник керівника проекту Римського коронографа в JPL. «Але у нас є чудова команда, яка створила цю штуку, і вона відмінно пройшла випробування електричних компонентів».

Коронограф блокує світло від яскравого космічного об’єкта, наприклад зірки, щоб вчені могли спостерігати за сусіднім об’єктом, який інакше був би прихований відблисками. (Подумайте про сонцезахисний козирок автомобіля.) Світло, відбите або випромінюване планетою, несе інформацію про хімічні речовини в атмосфері планети та інші потенційні ознаки придатності для життя, тому коронографи, ймовірно, будуть критичним інструментом у пошуку життя за межами нашої Сонячної системи. 

Удосконалення спостереження за екзопланетами

Але якби вчені намагалися отримати зображення планети, схожої на Землю, в іншій Сонячній системі (такого ж розміру, на такій самій відстані від зірки, схожої на наше Сонце), вони б не змогли побачити планету у відблиску зірки, навіть якщо найкращі коронографи та найпотужніші телескопи, що діють сьогодні.

Римський коронограф має на меті змінити цю парадигму. Інновації, впроваджені в інструмент, повинні дозволити побачити планети, схожі на Юпітер за розміром і відстанню від своєї зірки. Команда Coronagraph очікує, що ці досягнення допоможуть зробити стрибок до перегляду планет, схожих на Землю, за допомогою майбутніх обсерваторій.

Як демонстрація технологій, головна мета Римського коронографа — перевірити технології, які раніше не використовувалися в космосі. Зокрема, він перевірить складні можливості блокування світла, які принаймні в 10 разів кращі, ніж доступні на цей час. Вчені очікують ще більше підвищити його продуктивність, щоб спостерігати за складними цілями, які можуть дати нові наукові відкриття.

Подолання проблем у космічних спостереженнях

Навіть якщо коронограф блокує світло зірки, планета все одно буде надзвичайно слабкою, і може знадобитися цілий місяць спостережень, щоб отримати гарне зображення далекого світу. Щоб зробити ці спостереження, камера приладу виявляє окремі фотони або окремі частинки світла, що робить її набагато чутливішою, ніж попередні коронографи.

Це одна з причин, чому нещодавні тести були вирішальними: електричні струми, які надсилають живлення до компонентів космічного корабля, можуть виробляти слабкі електричні сигнали, імітуючи світло чутливих камер коронографа – ефект, відомий як електромагнітні перешкоди. Тим часом сигнали від коронографа могли так само порушити роботу інших інструментів Романа.

Місія повинна гарантувати, що ні те, ні інше не відбудеться, коли телескоп працює в ізольованому, електромагнітно тихому середовищі на відстані 1 мільйона миль (приблизно 1,5 мільйона кілометрів) від Землі. Тож команда інженерів помістила повністю зібраний інструмент у спеціальну ізольовану, електромагнітно-безшумну камеру в JPL і включила його на повну потужність.

Вони виміряли електромагнітний вихід приладу, щоб переконатися, що він опустився нижче рівня, необхідного для роботи на борту Романа. Команда використовувала інжекційні затискачі, трансформатори та антени для створення електричних перешкод і радіохвиль, подібних до тих, які генеруватиме решта телескопа. Потім вони виміряли продуктивність інструменту, шукаючи надмірний шум у зображеннях камери та інші небажані реакції від оптичних механізмів.

«Електричні поля, які ми генеруємо за допомогою антен, мають приблизно таку ж силу, як і те, що генерує екран комп’ютера», — сказав Клемент Гайдон, інженер з електричних систем Roman Coronagraph в JPL. «Зважаючи на все, це досить щадний рівень, але у нас є дуже чутливе обладнання. Загалом прилад виконав фантастичну роботу, орієнтуючись на електромагнітних хвилях. І дякую команді за завершення цієї тестової кампанії в рекордно короткі терміни!»

Широка місія Римського космічного телескопа

Уроки, отримані під час демонстрації технології Coronagraph, будуть відокремлені від основної місії Римського космічного телескопа, яка включає численні наукові цілі. Основний інструмент місії, Wide Field Instrument, призначений для створення одних із найбільших зображень Всесвіту, коли-небудь зроблених із космосу. Ці зображення дозволять Роману провести новаторські дослідження космічних об’єктів, таких як зірки, планети та галактики, і вивчити масштабний розподіл матерії у Всесвіті.

Наприклад, роблячи повторювані зображення центру Чумацького Шляху , як багаторічний покадровий фільм, Wide Field Instrument виявить десятки тисяч нових екзопланет. (Цей огляд планети буде відокремлений від спостережень, зроблених коронографом).

Роман також створить 3D-карти космосу, щоб дослідити, як утворилися галактики та чому розширення Всесвіту прискорюється, вимірюючи вплив того, що астрономи називають «темною матерією» та «темною енергією». Завдяки цим широким можливостям Роман допоможе відповісти на запитання про великі та малі особливості нашого Всесвіту.

Детальніше про місію

Римським космічним телескопом Ненсі Грейс керує Центр космічних польотів імені Годдарда NASA в Грінбелті, штат Меріленд, за участю JPL і Caltech/IPAC у Південній Каліфорнії, Наукового інституту космічного телескопа в Балтіморі та наукової групи, до складу якої входять вчені з різних дослідницьких установ. Основними промисловими партнерами є Ball Aerospace & Technologies Corp. у Боулдері, Колорадо; L3Harris Technologies у Мельбурні, Флорида; і Teledyne Scientific & Imaging в Таузанд Оукс, Каліфорнія.