Medības par planētām ārpus mūsu Saules sistēmas pēdējās desmitgadēs ir ļāvušas atklāt tūkstošiem kandidātu. Lielākā daļa no tiem ir bijuši gāzes giganti, kuru lielums svārstās no Super-Jupiters līdz Neptūna lieluma planētām. Tomēr vairākiem ir arī noteikts, ka tiem ir “Zemei līdzīgs” raksturs, kas nozīmē, ka tie ir akmeņaini un riņķo attiecīgajās zvaigžņu apdzīvojamās zonās.
Diemžēl ir grūti noteikt, kādi apstākļi varētu būt uz to virsmām, jo astronomi nespēj tieši izpētīt šīs planētas. Par laimi, UC Santa Barbara fiziķa Bendžamina Mazina vadītā starptautiskā komanda ir izstrādājusi jaunu instrumentu, kas pazīstams kā DARKNESS. Šī supravadošā kamera, kas ir pasaulē lielākā un vismodernākā, ļaus astronomiem atklāt planētas ap tuvējām zvaigznēm.
Komandas pētījums, kurā sīki aprakstīts viņu instruments, ar nosaukumu “DARKNESS: Mikroviļņu kinētiskās induktivitātes detektora integrālā lauka spektrogrāfs augsta kontrasta astronomijai”, nesen parādījās Klusā okeāna astronomijas biedrības publikācijas. Komandu vadīja Benjamin Mazin, Worster priekšsēdētājs eksperimentālajā fizikā UCSB, un tajā ietilpst arī locekļi no NASA reaktīvās piedziņas laboratorijas, Kalifornijas Tehnoloģiju institūta, Fermi Nacionālā paātrinātāja laboratorijas un vairākām universitātēm.
Būtībā zinātniekiem ir ārkārtīgi grūti tieši izpētīt eksoplanetes, jo to zvaigznes rada traucējumus. Kā Mazins paskaidroja nesenā UCSB paziņojumā presei, "Eksoplanētas attēla uzņemšana ir ārkārtīgi izaicinoša, jo zvaigzne ir daudz spožāka nekā planēta, un planēta ir ļoti tuvu zvaigznei." Tāpēc astronomi bieži nespēj analizēt planētas atmosfēras atstaroto gaismu, lai noteiktu tās sastāvu.
Šie pētījumi palīdzētu noteikt papildu ierobežojumus attiecībā uz to, vai planēta ir vai nav potenciāli apdzīvojama. Pašlaik zinātnieki ir spiesti noteikt, vai planēta varētu uzturēt dzīvību, pamatojoties uz tās lielumu, masu un attālumu no zvaigznes. Turklāt ir veikti pētījumi, kas nosaka, vai ūdens eksistē uz planētas virsmas vai nav, pamatojoties uz to, kā tās atmosfēra zaudē ūdeņradi kosmosā.
DARK-speckle ar gandrīz infrasarkano staru enerģijas izšķirtspējīgu supervadošu spektrofotometru (pazīstams arī kā DARKNESS), pirmais 10 000 pikseļu integrālā lauka spektrogrāfs, to mēģina labot. Kopā ar lielo teleskopu un adaptīvo optiku tas izmanto mikroviļņu kinētiskās induktivitātes detektorus, lai ātri izmērītu gaismu, kas nāk no tālās zvaigznes, pēc tam nosūta signālu atpakaļ uz gumijas spoguli, kas 2000 reizes sekundē var veidoties jaunā formā.
MKID ļauj astronomiem noteikt atsevišķu fotonu enerģiju un ierašanās laiku, kas ir svarīgi, lai atšķirtu planētu no izkliedētas vai refrakcijas gaismas. Šis process novērš arī nolasīto troksni un tumšo strāvu - primāros kļūdu avotus citos instrumentos - un attīra atmosfēras traucējumus, nomācot zvaigžņu gaismu.
Mazins un viņa kolēģi gadiem ilgi ir pētījuši MKID tehnoloģiju, izmantojot Mazin Lab, kas ir daļa no UCSB Fizikas departamenta. Kā skaidroja Mazins:
“Šī tehnoloģija pazeminās kontrasta grīdu, lai mēs varētu noteikt zemākas planētas. Mēs ceram, ka tuvosimies fotonu trokšņa robežai, kas mums radīs kontrasta attiecības tuvu 10-8, ļaujot mums redzēt planētas 100 miljonus reižu šķiltavas nekā zvaigzne. Šajos kontrasta līmeņos mēs varam redzēt dažas planētas atstarotā gaismā, kas paver pilnīgi jaunu planētu domēnu, ko izpētīt. Patiešām aizraujoši ir tas, ka tas ir tehnoloģiju ceļvedis nākamās paaudzes teleskopiem. ”
Tagad DARKNESS darbojas ar 200 collu Hale teleskopu Palomar observatorijā netālu no Sandjego, Kalifornijā, kur tas ir daļa no PALM-3000 galēji adaptīvās optikas sistēmas un Zvaigžņu dubultā koronagrāfa. Pēdējā pusotra gada laikā komanda ir veikusi četrus braucienus ar DARKNESS kameru, lai pārbaudītu tās kontrasta attiecību un pārliecinātos, ka tā darbojas pareizi.
Maijā komanda atgriezīsies, lai savāktu vairāk datu par tuvumā esošajām planētām un demonstrētu to progresu. Ja viss iet labi, DARKNESS kļūs par pirmo no daudzām kamerām, kas paredzētas planētu attēlošanai ap netālu esošajām M tipa (sarkanā pundura) zvaigznēm, kur pēdējos gados ir atklātas daudzas akmeņainas planētas. Visievērojamākais piemērs ir Proxima b, kas riņķo pa tuvāko zvaigžņu sistēmu mūsu pašu (Proxima Centauri, aptuveni 4,25 gaismas gadu attālumā).
"Mēs ceram, ka kādu dienu mēs varēsim uzbūvēt instrumentu Trīsdesmit metru teleskopam, kas paredzēts Mauna Kea Havaju salā vai La Palmā," sacīja Mazins. “Ar to mēs varēsim nofotografēt planētas netālu esošās mazmasas zvaigžņu apdzīvojamās zonās un meklēt dzīvību to atmosfērā. Tas ir ilgtermiņa mērķis, un tas ir svarīgs solis uz to. ”
Papildus tuvējo klinšaino planētu izpētei šī tehnoloģija arī ļaus astronomiem detalizētāk izpētīt pulsārus un noteikt miljardu galaktiku sarkano nobīdi, ļaujot precīzāk noteikt, cik ātri Visums paplašinās. Tas, savukārt, ļaus veikt detalizētākus pētījumus par to, kā laika gaitā ir attīstījies mūsu Visums un kāda ir Tumšās enerģijas loma.
Šīs un citas tehnoloģijas, piemēram, NASA ierosinātais kosmosa kuģis Starshade un Stokfordas slēptais mDot, nākamajos gados radīs revolūciju eksoplanetu pētījumos. Pārī ar nākamās paaudzes teleskopiem - piemēram, Džeimsa Veba kosmiskais teleskops un Tranzīta Exoplanet aptaujas satelīts (TESS), kuru nesen uzsāka - astronomi ne tikai varēs uzzināt vairāk eksoplanetu veidā, bet arī spēs tās raksturot kā vēl nekad.
