Проект CHES и связанная с ним астрометрия для наблюдения за ближайшими похожими на Землю экзопланетами
Исследователи из Китайской академии наук описали новую концепцию космического телескопа, известного как Closeby Habitable Exoplanet Survey. Он будет использовать дуговую микросекундную относительную астрометрию для определения характеристик планет, подобных Земле, вращающихся вокруг звезд, похожих на Солнце, в пределах 33 световых лет от нас.
Астрометрия заключается в проведении точных измерений положений и собственных движений небесных тел, сравнивая их с эталонными звездами на заднем плане. Если вокруг звезды есть планета, она слегка колеблется. Колебание настолько незначительное, что очень трудно точно обнаружить колебание планет, особенно малых. Поэтому астрометрия требует чрезвычайно точной оптики, и ее особенно трудно проводить с поверхности Земли, поскольку наша атмосфера искажает и изгибает свет. Вот почему полет в космос - оптимальное решение.
В недавнем исследовании группа специалистов под руководством Китайской академии наук (CAS) описала новую концепцию космического телескопа, известного как Closeby Habitable Exoplanet Survey (CHES). Эта обсерватория предназначена для поиска землеподобных планет в пригодных для жизни зонах звезд, похожих на Солнце, на расстоянии около 33 световых лет. Для этого будет использоваться метод, известный как относительная микросекундная дуговая астрометрия.
Космический телескоп для высокоточной астрометрии
Миссия CHES, предложенная китайскими исследователями, будет работать в точке Лагранжа L2 системы Земля-Солнце, где в настоящее время находится космический телескоп NASA James Webb Space Telescope (JWST). Телескоп будет наблюдать за целевыми звездами в течение пяти лет. Его цели включают 100 звезд в радиусе 33 световых лет от Солнечной системы, которые попадают в эти типы:
- F (желто-белые карлики). Горячее, ярче и массивнее нашего Солнца.
- G (желтые карлики). Соответствует Солнцу, которое является звездой главной последовательности G2V.
- K (оранжевый карлик). Немного тусклее, холоднее и менее массивна, чем Солнце.
Для каждой наблюдаемой звезды CHES будет измерять небольшие динамические возмущения, вызванные орбитальными экзопланетами. Это позволит получить точные оценки их масс и орбитальных периодов. Как космическая обсерватория CHES не будет подвергаться помехам из-за прецессии и атмосферы Земли и сможет проводить астрометрические измерения с достаточной точностью, чтобы попадать в дуговые микросекунды.
В следующем видео можно оценить характеристики астрометрического метода:
CHES проведет первые прямые измерения фактических масс и наклонов аналогов Земли и суперземель, которые вращаются в пределах пригодных для жизни зонах своих звезд и считаются "потенциально пригодными для жизни".
Основной полезной нагрузкой для этой миссии является высококачественное зеркало диаметром 1,2 метра с полем зрения 0,44 квадратных градуса. Это зеркало является частью трехзеркальной коаксиальной анастигматической системы, в которой три изогнутых зеркала используются для минимизации оптических аберраций.
CHES также полагается на мозаичные приборы с зарядовой связью (CCD) и методы лазерной метрологии для проведения астрометрических измерений в диапазоне от 500 до 900 нанометров. Поэтому он будет включать в себя видимый свет и ближний инфракрасный диапазон. Доктор Цзяньхуэй Цзи, профессор Ключевой лаборатории планетарных наук CAS и ведущий автор исследования, объяснил:
Во-первых, CHES проведет тщательное исследование близлежащих звезд солнечного типа на расстоянии 33 световых лет от нас. Таким образом, он обнаружит все землеподобные планеты в обитаемой зоне с помощью астрометрии. Во-вторых, это позволит провести первые прямые измерения реальных масс "двойников Земли" и суперземель, вращающихся вокруг наших близких звезд: масса планеты действительно важна для характеристики планеты. Наконец, CHES предоставит трехмерные орбиты планет земной группы, еще один важный компонент в понимании формирования планет.
Астрометрия и расширение границ: куда мы пойдем дальше?
Текущая перепись экзопланет состоит в основном из газовых гигантов, похожих на Юпитер или Сатурн, мини-нептунов и суперземель. Однако с улучшением разрешения и чувствительности приборов следующего поколения, астрономы предсказывают, что число земных аналогов будет расти экспоненциально. Это также улучшит наше понимание разнообразной природы планет, вращающихся вокруг звезд, подобных Солнцу, а также формирования и эволюции Солнечной системы.
На этом преимущества космической астрометрической миссии нового поколения не заканчиваются. Как отмечает доктор Цзи: "CHES также может проводить измерения с помощью высокоточных приборов радиальной скорости. Как Чрезвычайно Большой Телескоп (ELT) и Тридцатиметровый Телескоп (TMT)".
Таким образом, CHES в предложенном виде будет способствовать продвижению вперед на передовых рубежах астрономии и космологии. Последующие исследования позволят по-новому взглянуть на физику, которая управляет нашей Вселенной. А также о формировании и эволюции планетарных систем и происхождении самой жизни. Возможно, даже следы этого за пределами нашей планеты Земля.