НАЙБІЛЬШЕ в астрономії Ле Девуар
Поліна Гравій
У червні 2003 року Канада поставила над атмосферою телескоп, здатний виявляти краще, ніж будь-який інший існуючий в даний час прилад, крихітні варіації світла, що надходять від пульсуючих зірок та екзопланет, імовірно, відкриють нам майбутнє і минуле нашої Сонячної системи.
Цей космічний телескоп з винятковими можливостями, який отримав назву MOST, за мікрозмінність та коливання Стіл, був запущений з півночі Росії на борту колишньої радянської ядерної ракети. З моменту досягнення висоти 820 кілометрів, яка звільняє її від атмосферних збурень, MOST рухається зі швидкістю 27000 км/год, що дозволяє здійснити повний оберт навколо Землі за 101 хвилину.
Траєкторія своєї орбіти проходить через два полюси і розташована на розділовій лінії між днем і ніччю, "що дозволяє спостерігати одну і ту ж зірку протягом двох місяців без перерви", підкреслив директор проекту MOST Джеймі Метьюз, університет Британської Колумбії (UBC), який представив останні результати, отримані цим канадським космічним телескопом, на щорічній конференції Канадського астрономічного товариства (CASCA), яка нещодавно відбулася в Монреальському університеті. "Виступ, який навіть телескоп Хаббл не може зробити ніде в небі".
Це справді економічна місія, вартість якої становить 10 мільйонів доларів, з гордістю зазначила Джеймі Метьюз. «Для космічного телескопа це мінімальні витрати. Місії порівнянні з цією, які оснащені звичайними технологіями, коштують близько 150 мільйонів доларів США ".
Установити телескоп на більшій висоті було б дорожче, з одного боку, тому що для цього потрібно більше енергії, а з іншого, оскільки навколишнє середовище там більш вороже, космічний корабель більше не захищений магнітним полем Землі, сказав астроном. Тоді електронне обладнання повинно бути більш надійним, щоб протистояти випромінюванню. А щоб забезпечити зв’язок із Землею, яка тоді є більш віддаленою, необхідно розробити більші антени та потужніші радіостанції. "По мірі того, як ми віддаляємось від Землі, все стає більш складним і дорогим", - сказав професор фізики та астрономії UBC. Однак ми хотіли поставити телескоп досить далеко від Землі, щоб не перешкоджати огляду зірок. Висота, яку ми вибрали, була компромісною: вона була максимально високою, зберігаючи все досить просто ».
Перший канадський космічний телескоп MOST - це також перший мікросателіт (вагою менше 100 кілограмів), повністю призначений для астрономічних досліджень. MOST важить лише 54 кілограми і за розміром схожий на валізу. Однак MOST оснащений найбільш чутливим на сьогоднішній день детектором світла. Цей детектор розміщений у фокусі телескопа, який спрямований до зірок, імовірно оточених планетами.
Цей детектор дозволяє побачити дуже малі варіації світла, що генеруються коливаннями зірок. "Зірки вібрують, як дзвони, через порушення, що виникають на їх поверхні", - пояснює Рене Расін, професор астрономії у відставці. Однак ці варіації світла інформують нас про внутрішню будову зірок, а також їх вік.
Більшість може також виявити світло, що відбивається планетами, що обертаються навколо цих зірок, і вивести з цієї інформації атмосферу, що панує на їх поверхні. Ми також можемо вивчати гази, які проектуються у космос від деяких з цих масивних зірок, гази, які часто є джерелом формування нових поколінь зірок і планет, додає Джеймі Метьюз. "Ми сьогодні тут, тому що таке явище сталося 4,5 мільярда років тому від іншого покоління зірок", - говорить він.
Однак для вивчення цих явищ необхідно вміти виявляти дрібні зміни яскравості зірок. Однак телескоп MOST досягає точності 0,0001%, або одна частина на мільйон. "Щоб зменшити яскравість Емпайр-Стейт-Білдінг в Нью-Йорку на 0,0001%, коли світло у всіх його офісах горить, а штори у всіх його вікнах підняті, штору доведеться опустити лише на один. сантиметрове вікно, ілюструє пан Метьюз. Наш прилад здатний виявити таке ослаблення зоряного світла. Однак жоден інший прилад спостереження, включаючи телескоп Хаббла, не має такої точності вимірювання ".
Вплив Сонця на клімат
Якщо ми хочемо знати, яким стане наше Сонце в майбутньому і що воно пережило в минулому, нам потрібно спостерігати за іншими зірками серед сотень мільярдів, які населяють нашу галактику, Чумацький Шлях, говорить Джеймі Метьюз. Вивчення цих клонів Сонця різного віку дозволить нам визначити поведінку Сонця у різні періоди його життя та зрозуміти, як воно розвивається.
Ця інформація допоможе нам зрозуміти вплив Сонця на клімат нашої планети. Вони також допоможуть нам вирішити знаменитий парадокс, згідно з яким через мільярд років після свого народження наше Сонце було настільки маленьким, а отже, таким слабким (і, отже, менш жарким), що Земля повинна була повністю замерзнути. Проте життя з’явилося там у той час (3,5 мільярда років тому) і там розвивалося. Рідкі океани справді існували на Землі. "У минулому Земля зазнала великої вулканічної активності, і вуглекислий газ, що викидається в атмосферу, створював значний парниковий ефект, який, ймовірно, компенсував нижчу температуру сонця", - пояснює Роберт Ламонтань, професор астрофізики в Монреальському університеті.
Зірки - це великі кулі гарячих газів, які, як правило, розсіюються в просторі через свою високу температуру, але які ефект гравітації, як правило, тримається. Отже, у такій зірці, як Сонце, існує ідеальний баланс між силою тяжіння і тиском газів, щоб вона не розширювалася і не руйнувалась сама на собі. Гази, що закручуються на поверхні зірки, впорскують енергію в ядро зірки і змушують її вібрувати, подібно до музичного інструменту. Ці вібрації говорять нам про внутрішню будову Сонця. Якщо ми почуємо два дзвони, один видає легкий дзвін, а другий передає глибокий донг, ми будемо відрізняти, навіть не бачачи їх, той, який є маленьким, від того, який є більш масовим, пояснює директор МОСТ. "Вібрації об'єкта, які в науковому жаргоні називаються резонансними частотами, є дуже репрезентативними для будови цього об'єкта", - пояснює він.
"Ми дивимося на зірки трохи як музичні інструменти", - говорить Джеймі Метьюз. Ми перекладаємо в звуковий регістр, що людське вухо сприймає коливання інтенсивності світла, які ми виявляємо, коли зовнішній шар зірки періодично набрякає і стискається. Однак у цих звуках є різні вібрації, як у тих, що видаються музичними інструментами, і кожен з них свідчить про певний регіон інтер’єру зірки. Виділяючи ці вібрації від звуку, це дозволяє нам зрозуміти фізику, яка відбувається у зірці ".
Ця наука, яку називають зоряною сейсмологією, виходить з того самого підходу, що і той, що дозволяє визначити склад серця Землі за вібраціями, що поширюються в землі під час землетрусу, зазначає дослідник.
НАЙБОЛІШИЙ телескоп настільки потужний, що може також виявляти світло, відбите від планет, що обертаються навколо зірок у нашій галактиці. Це вже дозволило дослідити три з цих екзопланет - звані Тау Боотис, HD209458 і 51 пегасі - які обертаються навколо зірок, дуже схожих на наше Сонце. "Ми намагаємося вивчити клімат на планетах, яких ми навіть не бачимо і які обертаються навколо зірок за 150 світлових років від нас", - говорить Джеймі Метьюз. Ми навіть розробили моделі того, як повинна виглядати атмосфера цих екзопланет ».
Завдяки НАЙБОЛЬШОМУ телескопу астрономи змогли помітити планетарну систему з дуже незвичною поведінкою, коли планета змусила свою материнську зірку обертатися на собі в синхронізмі з орбітою цієї планети. Насправді час, необхідний зірці, яка називається Тау Боотис, для повного обертання на собі ідентичний часу, необхідному планеті для опису революції навколо зірки. "Це дуже рідкісне явище, оскільки такий синхронізм, як правило, спричинений наймасивнішим об'єктом найменшого, а не навпаки", пояснює Роберт Ламонтань.
Наприклад, ми, земляни, завжди бачимо одне і те ж обличчя Місяця, тому що земне тяжіння змусило Місяць поступово сповільнюватися, поки він не залишиться на цьому обличчі до Землі. Таким чином, Місяць здійснює повний оберт на собі за 27 і треті дні, а саме час, необхідний йому для того, щоб здійснити один оберт навколо Землі. Але це явище не дивно, якщо врахувати, що Земля набагато більша за Місяць.
Ймовірно, лише газоподібні шари на поверхні зірки Тау Боотис піддаються гравітаційному впливу планети, припускає Джеймі Меттьюз, подібно до того, як Місяцю вдається перемішувати тонку плівку води на поверхні планети. Земля, викликаючи припливи на рівні океану. Таким чином, лише зовнішня оболонка зірки оберталася б синхронно з орбітою своєї планети, що означало б, що вона завжди відкриває одне і те ж обличчя своїй планеті.
Єдина причина, яка пояснювала б силу, яку ця планета надає над своєю зіркою в системі Тау Боотис, - це дуже мала відстань між планетою і зіркою. Насправді планета в 20 разів ближче до своєї зірки, ніж Земля до Сонця, і у вісім разів ближче, ніж Меркурій, до Сонця. "Той факт, що він настільки близький до свого сонця, пояснює його настільки великий гравітаційний вплив на зірку", - резюмує Метьюз.
Крім того, це досить велика планета, маса якої приблизно в чотири рази перевищує Юпітер, найбільшу планету нашої Сонячної системи.
"Жоден астроном ще не спостерігав такої взаємодії між планетою та її зіркою", - говорить Джеймі Метьюз. У будь-якому випадку їх неможливо було виявити за допомогою всіх приладів, доступних на Землі та в космосі. Однак чутливість MOST дозволяє нам це робити ».
Нові придатні для життя планети
Використовуючи MOST, астрономи сподіваються відкрити інші планетарні системи, такі як наша Сонячна система, які могли б дозволити життю процвітати. Джеймі Метьюз пригадує, що всі форми життя, які увічнені на нашій планеті, потребують води в першу чергу. Кисень для них не є абсолютно необхідним, оскільки ми знаємо бактерії, звані анаеробними, які виживають за відсутності кисню у великих глибинах Тихого океану, а також у льодах Антарктиди.
Астрономи помітили позасонячні планети в орбітальній зоні, яка називається "придатною для проживання", тобто розташованою на відстані від їхнього Сонця, що дозволяє присутність рідкої води, сполуки, необхідної для життя. Але ці небесні тіла найчастіше є гігантськими газовими планетами, і тому життя, як ми його уявляємо на Землі, там існувати не могло. У цих планет можуть бути великі супутники - такі, як у Юпітера, - які могли б бути більше схожими на Землю, говорить Джеймі Метьюз.
НАЙБОЛІШИЙ телескоп може надати нам інформацію про атмосферу цих позасонячних планет, а також про обставини їх утворення та еволюції. Астрономи сподіваються дізнатися, скільки часу знадобилося цим екзопланетам для формування та міграції до свого теперішнього положення. Ця інформація повинна дозволити їм вдосконалити теорії формування та еволюції планет і порівняти їх із тим, що відбувається в нашій Сонячній системі. "Буде цікаво дізнатись, чи є наша Сонячна система найпоширенішим прикладом чи винятком", - говорить Джеймі Метьюз. Ми спробуємо побачити, чим наша Сонячна система відрізняється від цих інших планетних систем. І на цій діаграмі ми, мабуть, зможемо передбачити, скільки з цих зірок, ймовірно, дозволить життя "
Ці позасонячні планети дуже загадкові, говорить Метьюз. Ми знаємо їх опосередковано з гравітаційного впливу, який вони чинять на свою зірку. "MOST дозволяє виявити їх існування лише за допомогою гравітаційного впливу, який вони чинять на зірку, навколо якої вони обертаються, впливаючи на це коливанням зірки", - уточнює Джеймі Метьюз. Тим не менше, нам вдається визначити форму їх орбіти, їх період (час, який потрібно планеті, щоб здійснити оберт навколо своєї зірки) та їх приблизну масу.
Часто кажуть, що Сонце знаходиться в центрі нашої Сонячної системи і що планети обертаються навколо нього. Але це не зовсім те, що відбувається. Сонце і планети обертаються навколо спільної точки, яка є центром маси Сонячної системи. Однак ця точка знаходиться всередині сонячної кулі, оскільки остання є більш масивною, ніж планети. Отже, поки Юпітер обертається навколо Сонця через 12 років, Сонце описує невелике коло в протилежному від Юпітера напрямку. Однак, вимірюючи повільне коливання Сонця, спричинене притяганням Юпітера, який знаходиться на орбіті навколо нього, ми можемо визначити присутність Юпітера, навіть не бачачи цього. Ми можемо визначити його орбітальний період, відстань і навіть масу. Ось як ми можемо припустити існування цих позасонячних планет.
Джеймі Метьюз переконана, що протягом п’яти-десяти років ми відкриємо планету розміром із Землю. І якщо воно знаходиться в придатній для життя зоні, радіоастрономи, які шукають позаземний інтелект, будуть уважніше, ніж будь-коли, слухати свій телескоп, спрямований на цього земного близнюка.