Инженеры создают телескоп на воздушном шаре для наблюдений за экзопланетами
Атмосферы экзопланет сегодня — одна из главных тем в астрономии. Космический телескоп «Джеймс Уэбб» Space Telescope изучает их с беспрецедентной точностью, но время его работы ограничено и стоит дорого. Получить полную картину атмосферы одной планеты требует многих часов наблюдений.
Команда исследователей предложила более доступную альтернативу — проект EXoplanet Climate Infrared TElescope, или EXCITE. Его особенность в том, что телескоп поднимается не в космос, а на воздушном шаре. Результаты работы опубликованы на сервере препринтов arXiv.
Почти космос, но дешевле
EXCITE крепится к гондоле, которую поднимают на высоту около 40 километров. Это выше 99,5 % земной атмосферы. В таких условиях воздух почти не мешает инфракрасным наблюдениям, а стоимость запуска значительно ниже, чем у орбитальных миссий.
Планируется, что аппарат сможет работать несколько суток подряд, особенно во время антарктических кампаний, когда шар можно долго удерживать в стабильных условиях. Непрерывность здесь ключевая.
Как составляют карту погоды на экзопланете
Большинство новостей об экзопланетах связано с транзитами, когда планета проходит перед звездой, или вторичными затмениями, когда она скрывается за ней. Эти события дают краткие «срезы» атмосферы.
EXCITE нацелен на более сложную задачу — получение так называемых фазовых кривых. Речь идет о горячих юпитерах, гигантах, которые вращаются очень близко к своей звезде и всегда повернуты к ней одной стороной. Это состояние называют приливной блокировкой. Одна половина планеты постоянно освещена, другая погружена в темноту.
По мере движения планеты вокруг звезды линия между днем и ночью смещается. Если наблюдать этот процесс непрерывно в течение нескольких дней, можно восстановить трехмерную карту температуры и состава атмосферы. Это уже не отдельные кадры, а своего рода «климатическая карта» мира.
По таким данным астрономы смогут определить, где находится самая горячая точка планеты и как распределяется тепло по долготе. Кроме того, разные длины волн света поглощаются на разной глубине и при разном давлении. Спектроскопия, которой оснащен EXCITE, позволяет разделять эти длины волн и тем самым оценивать давление в атмосфере.
В чем его преимущество перед орбитальными телескопами
У телескопа «Джеймс Уэбб» есть режим PRISM, который теоретически подходит для фазовых кривых, но он слишком чувствителен к ярким звездам. Сенсоры могут перегружаться.
У телескопа «Хаббл» другая проблема. Телескоп находится на низкой орбите и регулярно входит в тень Земли. Температура его конструкции меняется, требуется время на стабилизацию, из-за чего возникают разрывы в наблюдениях. Для непрерывной фазовой кривой это серьезное ограничение.
Первые испытания
В августе 2024 года прошел тестовый полет над Форт-Самнером в Нью-Мексико. Аппарат находился в воздухе около 10 часов. Гондола стабилизировалась с точностью до долей угловой секунды, а криогенная система охлаждения инфракрасных детекторов работала без сбоев.
Проблемы тоже были. Отказала система GPS, а алюминиевый корпус вокруг подшипников сжался, что ограничило наклон телескопа и фактические наблюдения. Инженеры считают эти трудности ожидаемыми для новой технологии и уже дорабатывают конструкцию.
Первый длительный антарктический полет запланирован на уже 2026 и 2027 годы. Если миссия пройдет успешно, EXCITE может удвоить число известных фазовых кривых экзопланет. Для относительно недорогого проекта это серьезная заявка на вклад в изучение чужих миров.
