(миссии Corot и Darwin в поисках внеземной жизни)
Вопрос о существовании внеземной жизни продолжает волновать умы не только
поклонников известного телесериала, но и серьезных ученых.
Желание пусть не полететь, но хотя бы заглянуть в далекий космос и отыскать
другие миры, населенные живыми существами подталкивает
самоотверженных астрономов и конструкторов космической техники всего мира
на новые идеи. Так ученые из ESA озадачили себя проектами создания новых мощных
космических телескопов. Современные орбитальные обсерватории
(Hubble, Chandra, Spitzer и другие), а тем более наземные способны
разглядеть в глубоком космосе лишь очень крупные объекты, такие как звезды,
галактики и массивные газовые планеты-гиганты. Однако найти и получить снимки
твердых планет с их помощью не представляется возможным. Новые
космические телескопы Corot и Darwin помогут решить эту задачу и,
быть может, отыщут в необъятных просторах вселенной наших братьев по разуму
или хотя бы планеты похожие на Землю и пригодные для колонизации в далеком будущем.
Corot
Corot станет первой миссией способной обнаружить твердые планеты, в несколько раз большие, чем наша Земля, вращающиеся вокруг соседних звезд (т.е. экзопланеты). Миссия представляет собой 30-сантиметровый телескоп, который будет запущен в январе 2005 года.
Телескоп будет использован для внимательного наблюдения за изменением яркости звезд, причиной которого являются проходящие перед светилами планеты. Во время наблюдения за звездами Corot так же сможет зафиксировать "звездотрясения", которые порождают пульсации на поверхности звезд, изменяя их яркость. Специфический характер таких пульсаций позволит астрономам вычислить точную массу, возраст и химический состав звезды. Этот метод называется астросейсмологией. Солнечная и Гелиосферная Обсерватория ESA SOHO (Solar and Heliospheric Observatory) проводит подобные эксперименты с Солнцем уже многие годы, поэтому данные, которые будут получены телескопом Corot, помогут сравнить другие звезды с нашей.
Все обнаруженные с Земли планеты, вращающиеся вокруг других звезд, представляют собой гигантские газовые миры (подобные Юпитеру) более чем в 10 раз огромнее нашей планеты. Неподверженный воздействию искажений атмосферы, Corot станет первым телескопом, имеющим возможность обнаружить твердые планеты. Они меньше, чем газовые гиганты, но в несколько раз больше нашей Земли. С помощью нового телескопа астрономы надеются отыскать не только от 10 до 40 твердых планет, но и десятки новых газовых гигантов.
ESA планирует продолжить поиски земноподобных планет и во втором десятилетии XXI века с помощью миссии Darwin. Эта флотилия из восьми космических аппаратов позволит получить снимки найденных планет и возможно обнаружить на них жизнь.
Начинка аппарата Corot состоит из телескопа, камеры и бортового компьютерного процессора.
Телескоп состоит из двух параболических зеркал с фокусным расстоянием равным 1,1 метр. Поле зрения телескопа - квадрат 2.8 x 2.8°, половина для сейсмологической миссии, половина для экзопланетной миссии. Специальная призма разделит цвета, позволив ученым изучить звездную активность при прохождении планет.
Так же на телескопе имеется специальный дефлектор. Это устройство защитит линзы от 'светового загрязнения' от других объектов вселенной.
Corot будет выведен на круговую орбиту, позволяющую вести непрерывные наблюдения за двумя областями неба в течение более 150 дней.
Миссия Corot была впервые предложена Французским Национальным Космическим Агентством (French National Space Agency, CNES) в декабре 1996 года, а затем в течение трех лет ученые занимались исследованиями, обосновав ее осуществимость. В сентябре 1999 года с проектом были ознакомлены потенциальные европейские партнеры, а в марте 2000 CNES дала миссии Carot зеленый свет. В октябре 2000 года к CNES присоединилось ESA.
Darwin
Darwin это целая флотилия из 8 космических аппаратов для поиска земноподобных планет и анализа их атмосфер на наличие химических признаков жизни. Шесть из них это телескопы. Восьмой предназначен для объединения света от шести телескопов и имитации зеркала намного большего, чем зеркало одного телескопа. Восьмой аппарат предназначен для связи между Землей и флотилией.
Найти внесолнечные планеты очень сложно. Даже для ближних звезд это все равно, что пытаться разглядеть разницу между слабым светом свечи и горящим по близости маяком на расстоянии 1000 километров.
По световым волнам звезды ярче твердых планет в тысячи миллионов раз. Чтобы частично обойти эту трудность, Darwin будет наблюдать звезды в середине инфракрасного спектра. На этих длинах волн контраст между звездой и планетой представляется как миллион к одному, что несколько облегчит поиск.
Darwin использует инфракрасный спектр еще и потому, что жизнь на Земле оставляет следы именно в этом волновом диапазоне. На Земле биологическая активность порождает газы, которые смешиваются с нашей атмосферой. Например, растения производят кислород, животные - углекислый газ и метан.
Эти газы, а так же другие субстанции, такие как вода, оставляют следы поглощая некоторые длины волн инфракрасного спектра. Darwin расщепит спектр внесолнечной планеты на составные части, используя спектрометр. Это поможет выявить снижение яркости, вызванное специфическими газами атмосферы, а, следовательно, идентифицировать их. Если они аналогичны земным и не похожи на результаты небиологических процессов, то это значит, что Darwin найдет признаки жизни в другом мире.
Атмосфера Земли препятствует проникновению инфракрасного излучения. При комнатной температуре телескопы и сами будут излучать инфракрасные волны, заглушая собственные наблюдения. Это все равно, что использовать обычный оптический телескоп, поставив перед его линзой прожекторы.
В космосе очень холодно. Телескопы предназначены для работы при температуре 40 К (-233°C), в то время как сам детектор может охладиться до 8K (-265°C). Это препятствует телескопу излучать собственные инфракрасные волны и позволяет искать тусклый свет далеких планет.
Darwin состоит из восьми аппаратов: управляющего спутника, информационного центра и шести телескопов.
В начале планировалось, что информационный центр (hub) будет включать антенну для связи с Землей. Однако, изменение положения антенны для поддержания Земли в зоне видимости вызовет нарушения в работе чувствительных оптических приборов на борту. Поэтому, в миссию был включен специальный управляющий спутник. Он представляет собой куб со стороной в 1 метр, который будет осуществлять связь с Землей при помощи основной антенны и четырех запасных коммуникационных систем.
Кроме того, он будет выполнять еще одну важную функцию. Он будет наблюдать за положением остальных семи аппаратов. Это просто, поскольку управляющий спутник будет находиться позади остальных. Он будет снабжен небольшими передатчиками для посылки команд маневрирования телескопам и информационному центру.
Центральный аппарат называется информационным центром. Он не может наблюдать за звездами самостоятельно, но осуществляет сбор и объединение света от шести окружающих его телескопов. Для облегчения этой задачи информационный центр будет сделан шестисторонним таким образом, чтобы каждая его грань была постоянно направлена на один из шести телескопов.
Комбинирование света подобным образом называется интерферометрией. Для миссии Darwin оно будет осуществляться в режиме обнуления. Свет, достигнув нескольких телескопов, будет собран воедино с некоторой незначительной задержкой. Это позволит нейтрализовать свет основной звезды из результирующих данных. Свет же от планеты в таком режиме не подвергается изменению. Если не использовать такое обнуление, слабый свет от планеты будет гаситься светом звезды. В другом режиме - режиме формирования изображения - никакой задержки света не будет и Darwin будет функционировать, как один большой телескоп, генерирующий детальные снимки различных видов астрономических объектов.
Остальные шесть аппаратов - телескопы обычного вида, известные как Кассегреновские, такие же, как и телескоп Hubble. Габариты каждого телескопа (длина/ширина) - 2.8 на 1.7 метров.
Для работы миссии Darwin все телескопы и информационный центр должны быть позиционированы в строгом порядке. Отклонения более чем в несколько тысячных миллиметра испортят все наблюдения. Такая точность кажется невероятной, однако ESA надеется на высоконадежную Систему Глобального Позиционирования (Global Positioning System, GPS), которая хорошо зарекомендовала себя в спутниковой навигации на Земле.
Скорее всего, каждый из шести аппаратов будет так же снабжен крошечными электростатическими (ионными) ракетными двигателями, которым необходимо всего лишь пять килограммов топлива на всю пятилетнюю миссию. Альтернативой являются двигатели малой тяги на струях холодного газа. Возможно, это даже лучший вариант, поскольку ионы могут вызвать коррозию и повредить другие аппараты флотилии.
Вместо околоземной орбиты аппараты миссии Darwin будут выведены на орбиту за Луной. Расстояние в 1,5 миллионов километров от Земли, противоположное Солнцу направление - вот наиболее благоприятное положение для аппаратов миссии, называемое L2 (second Lagrangian point или вторая точка Лагранжа).
Запуск миссии Darwin зависит от разработки нового носового обтекателя для ракетоносителя Ariane-5, способного вместить всю флотилию. В носовом обтекателе шесть телескопов будут сгруппированы в два яруса по три. Над первым ярусом будет помещен информационный центр, под вторым ярусом - управляющий спутник. Затем ярусы будут помещены наверх еще одного, закреплены на верхушке ракеты и закрыты кожухом. Все аппараты будут закреплены к одной стойке для поддержания устойчивости во время запуска.
Запущенная ракета выведет Darwin точно по курсу к позиции L2. Полет займет от 100 до 200 дней, в зависимости от используемой траектории.
После того, как первая ступень ракеты закончит полет, восемь аппаратов будут как можно быстрее отделены от стойки и отправятся в свободный полет неплотной группой.
Как только они достигнут точки L2 и активируют двигатели малой тяги для занятия нужной позиции, телескопы будут точно выстроены в форме шестиугольника, с информационным центром в центре и управляющим спутником позади. После этого маневра обсерватория может приступить к работе.
Идея подобной миссии была предложена в 1993 году. Сначала целью миссии Darwin был только поиск земноподобных планет, вращающихся вокруг близлежащих звезд и обнаружение на них жизни.
Позже цели миссии были расширены возможностью получения снимков космических объектов в десять раз более четких, чем снимки Космического Телескопа Джеймса Вебба (James Webb Space Telescope, JWST), совместного проекта NASA и ESA, который должен быть запущен в 2009 году.
С середины 90-х ESA работает над реальным проектированием. Ученые и инженеры переконструировали флотилию миссии Darwin и обнаружили оригинальные пути уменьшения требуемых технологических условий для каждого аппарата. Даже сейчас ESA продолжает исследования с целью выяснить, возможно ли использовать четыре телескопа взамен шести.
NASA также активно разрабатывает подобную миссию под названием Terrestrial Planet Finder. Учитывая амбициозность обоих проектов, NASA и ESA возможно объединят свои разработки в будущем, создав совместный проект Darwin/Terrestrial Planet Finder. Другие страны (Россия и Япония) так же выражают свой интерес к этому проекту.
Предполагаемая дата запуска миссии Darwin - январь 2014 года.
Подробнее о миссиях ESA на научной странице агенства
Перевод с английского и вступительные комментарии
© 2004, Кирилл Юдин
