Российские учёные предложили новый метод для поиска экзопланет
Группа учёных во главе с Александром Тавровым из МФТИ предложила принципиально новую систему адаптивной оптики для телескопов, которая позволит им добиться более чётких и контрастных изображений.
Такая оптика поможет астрономам получить непосредственные изображения экзопланет, большинство из которых пока ещё не удалось сфотографировать напрямую. Соответствующая работа опубликована в .
Учёные смоделировали существенно несбалансированный интерферометр (Extremely Unbalanced Interferometer, EUI), концепцию которого предложил один из авторов статьи, японец Джун Нисикава из Японской национальной астрономической обсерватории. В отличии от обычного интерферометра, он «складывает» волны не равной, а резко отличающейся интенсивности.
Интерферометр — это прибор, через который можно пропустить какое-либо электромагнитное излучение, например, свет. Простейший вариант интерферометра — ширма с двумя прорезями. Направив на неё луч света, мы получим два когерентных (согласованных во времени) «дочерних» луча, выходящих из ширмы. Будучи волнами по своей природе, они наложатся друг на друга (как круги на воде) и при проекции на какую-либо поверхность создадут изображение из нескольких чередующихся полос. Чем уже будут прорези, тем контрастнее будет изображение. Этим фактом пользуются астрономы, заменяя крупные телескопы решёткой из мелких. Свет, проходящий сквозь них, складывается в цельное изображение при условии равной интенсивности волны (в случае обычного интерферометра), позволяя получить изображение очень высокого разрешения.
В случае же EUI свет делится на два луча: сильный и слабый. Амплитуда слабого и сильного лучей при этом соотносятся примерно как 1:10. После деления входящего в телескоп света на два таких пучка слабый луч пропускают через систему адаптивной оптики. Она состоит из зеркал, способных менять форму, адаптируясь под состояние атмосферы и нивелируя искажения, вносимые атмосферными условиями.
После этого оба луча снова сводятся вместе и интерферируют друг с другом. Это значит, что световые волны из одного пучка накладываются на волны другого светового пучка. Поскольку более слабый луч перед этим прошёл через адаптивную оптику, он может уменьшить искажения формы волнового фронта, а также вклад спеклов (крапинок, пятнышек — случайной интерференционной картины) более сильного луча. Поэтому он как бы «разглаживает» дефекты волнового фронта последнего и позволяет, в конечном счёте, получить более чёткую и контрастную «картинку».
Расчёты показали, что новая схема даёт контраст изображения примерно 10-9. Кроме того, было продемонстрировано, что при её использовании уменьшаются аберрации (ошибки или погрешности изображения) при увеличении длины волны.
Идея группы Таврова нацелена на усовершенствования так называемых коронографов. Это устройства, позволяющие с помощью «искусственной Луны» затенять часть наблюдаемого поля зрения, чтобы лучше разглядеть какую-то не слишком яркую деталь (чаще всего солнечную корону). Коронографы также применяются и для получения снимков экзопланет, однако в этом направлении им мешает недостаточное разрешение телескопов. Даже лучшие из них, такие как «Хаббл», имеют угловое разрешение в 0,05 угловой секунды, в то время как видимый размер ближайших к нам землеподобных планет — всего 0,1 угловой секунды. Совершенствование техники получения таких изображений имеет большое значение для экзопланетной астрономии.
— Благодаря использованию сравнительно простой оптической схемы мы можем получать необходимый для коронографов контраст изображения для прямого наблюдения планет земного типа, — отмечает Александр Тавров
На данный момент открыты тысячи кандидатов в экзопланеты, из которых очень мало надёжно подтверждены. Поскольку свет от других планет чересчур слаб, получить их изображение напрямую пока удалось всего в 65 случаях. Сегодня экзопланеты открывают в основном транзитным методом (по падению яркости звезды при прохождении планеты между ней и Землей) и методом лучевых скоростей («дрожание» света звезды под действием притяжения планеты). Оба метода косвенные и не всегда позволяют точно выяснить массу и размеры небесного тела. Без знания этих параметров трудно понять, может ли на той или иной планете возникнуть жизнь, или даже является ли она планетой земной группы или газовым гигантом. Иногда косвенные методы недостаточно точны даже для того, чтобы надёжно выяснить, существует ли планета или нет. Не так давно это привело к «закрытию» планеты у ближайшей к нам звёздной системы.
