Astronominin Geleceği: Yıldız Gölgesi ve Ötegezegen Görüntüleme
Görsel kaynak: Northrop Grummon, 2015–6, Steve Warwick, Megan Novicki, Danny Smith, Michael Richards.
Gelecekte Dünya benzeri gezegenlerin fotoğraflarını nasıl doğrudan çekeceğiz!
İnsanlığın uzay araştırmaları tarihinde büyük bir eşikte duruyoruz. Galaksinin komşuluğunda yaşam yaygınsa, insanlık tarihinde bu eşiği geçen ilk nesil olmak ve Dünya'nın ötesinde herhangi bir yaşam olup olmadığını öğrenmek, kaynaklarımız ve teknolojik erişimimiz dahilindedir.
- Sarah Seager
25 yıl önce bir astronoma Güneş gibi diğer yıldızların etrafında gezegenler olup olmadığını sormuş olsaydınız, muhtemelen size söylerlerdi, ancak tek bir örnek göstermeden. sadece sorsaydın beş Yıllar önce, Güneş benzeri diğer yıldızların etrafında Dünya gibi kayalık gezegenler olsaydı, muhtemelen size söylerlerdi, ancak somut bir örnek olmadan. Yine de bugün itibariyle, 2016'da, yüzlerce kayalık dünya da dahil olmak üzere diğer güneş sistemlerindeki yıldızların etrafında iki binden fazla onaylanmış gezegen keşfettik ve bu kayalık dünyaların belki de sekiz ila on ikisi sıvı suya sahip olmak için doğru yerdeydi. ve potansiyel olarak yüzeyde yaşam. Gelişmiş teknoloji olmadan yapabileceğimiz tek şey spekülasyon yapmak. Ama o kayalık dünyalardan gelen ışığı ölçebilirsek, yaşamla ilişkilendirdiğimiz imzaları arayabiliriz:
- sıvı, sulu okyanuslar ve kıtalar,
- zengin oksijen içeriğine ve yaşama elverişli diğer gazlara sahip atmosferler,
- farklı biyolojik imzalara sahip moleküller,
- ve hatta dünyanın yüzeyindeki yaşam imzalarının mevsimlerle değiştiğine dair kanıtlar.
Boş bir hayal gibi gelebilir, ancak yıldız gölgesi adı verilen yeni bir teknolojinin ortaya çıkmasıyla, tüm bu bilgiler parmaklarımızın ucunda olabilir.
Sanatçının Kepler-62e gezegeninin yorumu. Resim kredisi: NASA/Ames/JPL-Caltech.
Bilmek isteyeceğimiz tüm bu bilgilerin, Dünya'dan çok da farklı olmayan bir dünyadan gelen sadece birkaç bin fotonda yer aldığını düşünün. Dünya yörüngesinde dönerken, okyanusun karaya farklı oranlarını görürüz, bu da yüzeyin ne kadarının sıvı ile kaplandığını, ne kadarının katı olduğunu öğrenmemize izin verir. Gezegenin atmosferinden yansıyan güneş ışığını toplayarak, bize nitrojen, oksijen, karbondioksit, su buharı ve metan gibi gazların oranının ne olduğunu söyleyerek, bu gezegenin olası olup olmadığını belirlememizi sağlayan hangi spektral absorpsiyon özelliklerinin mevcut olduğunu görebiliriz. yerleşik veya değil. Ve Dünya'yı yörüngesindeki farklı konumlarda - ve dolayısıyla farklı mevsimlerde - gözlemleyerek, kara kütlelerinin yeşilliklerle kaplı olmaktan donuk kahverengiye, yansıtıcı buzla kaplanmasına ve tekrar geri döndüğünü görebiliriz.
Tüm bunların anahtarı, gezegenden ışık toplamaktır. olmadan o ışığın yıldızın kendisi tarafından yutulması. Yıldızın ışığını koronagraf adı verilen küçük bir diskle basitçe engelleyerek tam olarak bunu yapabileceğimizi düşünebilirsiniz. Astronomide büyük etki için taçografları kullandığımız doğrudur, ancak ışığın talihsiz bir özelliği vardır (çünkü bir dalga gibi davranır), bir taç grafiği de dahil olmak üzere herhangi bir nesnenin etrafında kırılır ve içinden kayan kırılan ışığın miktarı herhangi bir nesneyi batırır. yörüngesindeki yıldızdan milyarlarca kat daha sönük bir gezegenden gelen sinyal. Yine de yıldızın ışığını tamamen engellemek için kullanabileceğimiz güzel bir optik numara var: mükemmel şekilli Doğru boyuttaki optik nesne, teleskopun merceğinden çok uzakta. Başka bir deyişle, soluk bir gezegen görmenin çözümü kendisi değil daha güçlü bir teleskop için bir görev, ancak bir teleskop için özel bir ışık engelleyen gölge için, aynı tam güneş tutulması sırasında Ay'ın bizi Dünya'da gölgelemesi gibi.
Resim kredisi: Luc Viatour / Lucnix.be , c.c.a.-s.a.-3.0 lisansı altında.
Ancak bu gölge dairesel olmaz ve açısal büyüklük açısından neredeyse Ay kadar büyük olamaz. Aradığımız şey, yıldızından bir derecenin sadece 1/36000'i kadar ayrılmış bir gezegendi; bu da, bir teleskopun gözlemleyebileceği alanın sadece küçük bir bölümünü kaplamasına ihtiyacımız olduğu anlamına geliyor. Bunun gibi bir gölgenin sahip olması gereken üç özel özellik vardır:
Resim kredisi: Northrop Grummon, 2016, Steve Warwick, Megan Novicki, Danny Smith, Michael Richards. Bu, gerçek planlanmış yıldız gölgesinin 1:100'lük bir örneğidir.
- Çok özellikle şekillendirilmiş olması gerekir; küresel değil, özel bir matematiksel şekil olarak bilinen hipergauss yüzeyi Bu yüzeyin kenarlarında kırılan tüm yıldız ışığının yıkıcı bir şekilde kendi kendine müdahale etmesi gibi özel özelliklere sahip olan . Sonuç olarak, yıldız ışığı 10¹⁰'den daha fazla bir faktör tarafından bastırılır ve gezegenin görüntülenmesine izin verir.
- Fresnel Numarası olarak bilinen optik bir özellik nedeniyle büyük ve son derece uzak olması gerekir. Temel olarak, gölgenin belirli bir açısal boyutta olması gerekir ve ekran gerçekten uzaktaysa, Fresnel Numarası daha büyük olacaktır. Büyük sayılar, sızan ışık miktarını azaltmak için daha iyidir, bu nedenle en iyi seçeneğiniz, büyük ve geniş bir gölge oluşturmaktır. aşırı boyutta uzak, dış yıldız ışığının neden olduğu gürültüyü azaltmak için.
- Ve son olarak, teleskobunuzun görüş hattı boyunca mükemmel bir şekilde hizalanması gerekiyor, yani bağlı olduğu teleskopla mükemmel bir şekilde senkronize çalışan kendi itici gücüne ve stabilizasyonuna sahip olması gerekiyor.
NASA'nın önerdiği WFIRST görevi gibi, Hubble sınıfı bir teleskop için, bu, uçtan uca ölçüldüğü gibi, 40.000 kilometre (veya Dünya'nın çevresi!) 2.4 metre genişliğinde bir teleskop.
Bu gölgenin yapması gereken teknik zorluklar çoktur:
- uzayda teleskoptan doğru mesafede açın,
- teleskop-yıldız-gölge-yıldız hizalamasının, yıldız ışığının engellenebilmesi ve gezegenlerin yıldızdan herhangi bir müdahale olmaksızın doğrudan görüntülenebilmesi için tutarlı bir şekilde mükemmel olmasını sağlamak,
- uzay araçlarının her ikisi de uzayda yörüngede dönmeye devam etse bile mükemmel hizada kalması gerekecekti,
- ve görüntülemek istediğiniz her yeni hedef için gökyüzünde doğru yere - on binlerce kilometrelik bir yolculuk - seyahat etmesi gerekecekti.
Yine de öyle olsa bile, NASA'nın 2020'lerdeki en önemli on yıllık görevi olan WFIRST ile bir yıldız gölgesinden uçsaydık, belki de en yakın otuz yıldızın etrafındaki tüm kayalık dünyalar için bunun gibi verileri toplayabilir ve kayalık gezegene ilk bakışımızı elde edebilirdik. sadece 1 milyar dolarlık bir maliyetle atmosferler.
Resim kredisi: NASA ve Northrop Grumman, bir yıldız gölgesi kullanan bir teleskop.
Bunun işe yarayıp yaramayacağını merak ediyor olabilirsiniz, çünkü bunu yapmakta haklısınız. Kavram kanıtının bir parçası olarak, bir yıldız gölgeliği modeli yaptılar ve gece göğünün en parlak yıldızlarından biri olan Vega'nın bir yıldız gölgesi olmadan fotoğrafını çektiler:
Resim kredisi: Vega'dan 2016 Northrop Grumman Systems Corporation ve çevresi, herhangi bir kalkan olmadan 1 saniye boyunca görüntülendi. Görüntü %100 doygun.
ve onu görüntüleyen kameradan doğru mesafede örnek bir yıldız gölgesiyle. İlk görüntü, yalnızca 1 saniyelik bir pozlama süresinden sonra tamamen doygun hale gelirken, ikinci görüntü, 20 dakikalık bir izlemeden sonra aşağıdakileri döndürdü:
Resim kredisi: Vega'dan 2016 Northrop Grumman Systems Corporation, bir yıldız gölgesiyle gizlendi ve aynı gökyüzü parçası 20 dakika boyunca gözlemlendi.
Vega'dan gelen ışık bir kattan fazla azaldı. bir milyar ve daha önce hiç görülmemiş birçok yeni yıldız, sadece bu basit test yapılarak keşfedildi. Bu yeni konsepti - yıldız gölgesini - kullanarak yıldız ışığını engelleyerek, yıldıza her zamankinden daha yakın olan nesneleri görüntüleyebildik. Sonraki adım? Birini yörüngeye alın ve Hubble sınıfı (veya daha büyük!) bir optik uzay teleskopuyla çalışması için onu güçlendirin. Gezegen kendi yörüngesinde dönerken tayfları da dahil olmak üzere, düzinelerce kayalık gezegenden gelen ışığı ilk kez doğrudan görebileceğiz. İlk kez, kayalık dünyaların diğer güneş sistemlerinde, hatta belki de Dünya'da olup olmadığını ölçebileceğiz. yaşanabilir Diğer güneş sistemlerinin bölgeleri, Dünya'da bulunanlara benzer (hatta farklı) biyolojik imzalara sahiptir. Evrende yaşam arayışı daha yeni başladı, ancak astronominin geleceği yaşam belirtileri aramayı da içeriyor ve biz bunu gerçekleştirme yeteneğine sahibiz!
Paylaş: