Tento podivně brilantní design dalekohledu by mohl konečně odhalit dvojče Země

Nalezení planet podobných Zemi je téměř nemožné, protože hvězdy je přesvětlují svou září. Konvenční konstrukce dalekohledů selhávají, ale navrhovaný obdélníkový infračervený dalekohled by mohl tento problém vyřešit. Mohl by odhalit desítky slibných světů do vzdálenosti 30 světelných let, což by připravilo cestu k pozorování známek života.

Původ života a role vody
Země je jediné místo, o kterém víme, že zde existuje život, a každý živý tvor na Zemi je závislý na kapalné vodě, která umožňuje základní chemické reakce. Jednoduché jednobuněčné organismy existují téměř stejně dlouho jako samotná planeta, ale trvalo asi tři miliardy let, než se vyvinuly složitější mnohobuněčné organismy. Lidé ve srovnání s tím existují jen nepatrný zlomek historie Země.

Tato časová osa naznačuje, že život by mohl poměrně často vznikat na planetách, kde je přítomna kapalná voda, ale inteligentní bytosti schopné prozkoumávat vesmír mohou být mnohem méně běžné.

Limity vesmírného cestování a cíle hledání
Výzvou je, že vesmír je nepředstavitelně rozlehlý a fyzikální zákony nám brání v pohybu nebo komunikaci rychleji než rychlostí světla. Toto omezení znamená, že během lidského života by realisticky mohly být prozkoumány pouze hvězdy nejbližší našemu Slunci, a to i s robotickými sondami. Mezi nimi jsou nejlepšími kandidáty hvězdy, které se velikostí a teplotou velmi podobají našemu Slunci. Takové hvězdy žijí dostatečně dlouho a zůstávají dostatečně stabilní, aby umožnily rozvoj složitého života.

V současné době astronomové identifikovali přibližně 60 hvězd podobných Slunci ve vzdálenosti zhruba 30 světelných let od Země. Za nejslibnější místa k hledání jsou považovány planety obíhající kolem těchto hvězd, které jsou velikostí a teplotou podobné Zemi, kde by mohla existovat jak pevná půda, tak i kapalná voda.

Oslňující záře hvězd
Pozorování exoplanety podobné Zemi odděleně od hvězdy, kolem níž obíhá, je velkou výzvou. I v nejlepším možném scénáři je hvězda milionkrát jasnější než planeta; pokud jsou oba objekty rozmazané, neexistuje žádná naděje na detekci planety.

Teorie optiky říká, že nejlepší rozlišení, kterého lze na snímcích z dalekohledu dosáhnout, závisí na velikosti dalekohledu a vlnové délce pozorovaného světla. Planety s kapalnou vodou vydávají nejvíce světla na vlnových délkách kolem 10 mikronů (tloušťka tenkého lidského vlasu a 20násobek typické vlnové délky viditelného světla). Na této vlnové délce musí dalekohled sbírat světlo při průměru alespoň 20 metrů, aby měl dostatečné rozlišení k oddělení planety od hvězdy ve vzdálenosti 30 světelných let.

Dalekohled musí být navíc ve vesmíru, protože pohled skrz zemskou atmosféru by obraz příliš rozmazal. Náš největší vesmírný dalekohled – James Webb Space Telescope (JWST) – má však průměr pouze 6,5 metru a jeho vypuštění bylo extrémně obtížné.

Alternativní koncepty dalekohledů
Protože se vypuštění 20metrového vesmírného dalekohledu zdá být se současnou technologií nemožné, vědci prozkoumali několik alternativních přístupů. Jeden zahrnuje vypuštění více menších dalekohledů, které mezi sebou udržují extrémně přesné vzdálenosti, takže celá sada funguje jako jeden dalekohled s velkým průměrem. Udržení požadované polohy kosmických sond je však v současné době také neproveditelné.

Jiné návrhy využívají světlo s kratší vlnovou délkou, takže lze použít menší dalekohled. Ve viditelném světle je však hvězda podobná Slunci více než 10 miliardkrát jasnější než planeta. V tomto případě je nad naše současné schopnosti blokovat světlo hvězdy, abychom planetu mohli vidět, i když má obraz v principu dostatečně vysoké rozlišení.

Jeden nápad, jak blokovat hvězdné světlo, zahrnuje let kosmické sondy zvané „starshade“ (stínítko hvězdy) o průměru několika desítek metrů, ve vzdálenosti desítek tisíc kilometrů před vesmírným dalekohledem, aby přesně blokovala světlo hvězdy, zatímco světlo obíhající planety blokováno nebude. Tento plán však vyžaduje vypuštění dvou kosmických sond (dalekohledu a stínítka). Namíření dalekohledu na různé hvězdy by navíc znamenalo přesunutí stínítka o tisíce kilometrů, což by spotřebovalo neúnosně velké množství paliva.

Odvážný nový design: Obdélníkový dalekohled
V našem článku navrhujeme proveditelnější alternativu. Ukazujeme, že je možné najít blízké planety podobné Zemi obíhající kolem hvězd podobných Slunci pomocí dalekohledu, který má přibližně stejnou optickou plochu jako JWST, pracuje na zhruba stejné infračervené vlnové délce (10 mikronů) jako JWST, avšak se zrcadlem, které má tvar obdélníku o rozměrech jeden krát 20 metrů namísto kruhu o průměru 6,5 metru.

Se zrcadlem tohoto tvaru a velikosti můžeme oddělit hvězdu od exoplanety ve směru, ve kterém je zrcadlo dalekohledu dlouhé 20 metrů. Abychom našli exoplanety v jakékoliv poloze kolem hvězdy, lze zrcadlo otáčet tak, aby se jeho delší osa shodovala s polohou hvězdy a planety. Ukazujeme, že tento návrh dokáže v principu najít polovinu všech existujících planet podobných Zemi obíhajících kolem hvězd podobných Slunci do vzdálenosti 30 světelných let za méně než tři roky. I když náš návrh bude vyžadovat další inženýrské práce a optimalizaci, než budou zajištěny jeho schopnosti, neexistují žádné zjevné požadavky, které by vyžadovaly intenzivní technologický vývoj, jako je tomu u jiných návrhů.

Směrem k Zemi 2.0: Hledání života
Pokud kolem průměrné hvězdy podobné Slunci obíhá přibližně jedna planeta podobná Zemi, pak bychom našli asi 30 slibných planet. Následné studium těchto planet by mohlo identifikovat ty s atmosférami, které naznačují přítomnost života, například kyslíku, který vznikl fotosyntézou. K nejslibnějšímu kandidátu bychom mohli vyslat sondu, která by nakonec poskytla snímky povrchu planety. Obdélníkový dalekohled by mohl poskytnout přímou cestu k identifikaci naší sesterské planety: Země 2.0.

Zdroj: https://scitechdaily.com/this-weirdly-brilliant-telescope-design-might-finally-uncover-earths-twin/

autor: František Martinek