Космический телескоп им. Джеймса Уэбба

Осенью 2018 г. с космодрома Европейского космического агентства в Гайане стартует ракета «Ариан», несущая космический телескоп им. Джеймса Уэбба (JWST), совместную разработку НАСА и ЕКА. Для JWST это будет последний шаг на долгом пути в космос, начатом в середине 1990-х гг., когда появилась идея его создания. В первую неделю пребывания на орбите в строго определенные моменты будут проводиться сложные манипуляции по подготовке оборудования (развертывание основного и вспомогательного зеркал и солнечных панелей) — надеемся, все пройдет идеально. Примерно через месяц JWST окажется за 1,5 млн км от Земли, тепло и свет которой нарушают точность астрономических измерений. «Джеймса Уэбба » часто называют следующим поколением космического телескопа «Хаббл», поскольку он имеет зеркало намного большей площади и работает в инфракрасном диапазоне.

JWST впервые позволит нам искать признаки жизни на нескольких избранных планетах. Мы нацелим его на маленькие каменистые планеты в поисках газов, которые не находятся в химическом равновесии с основной атмосферой. Самый впечатляющий пример такого рода — как ни странно, кислород, составляющий 20% атмосферы Земли, которого, однако, практически не было бы, если бы не деятельность растений или фотосинтезирующих бактерий. Сегодня планетологи яростно спорят, возможна ли выработка кислорода в отсутствии жизни — сценарий так называемой «ложнопозитивной кислородной пробы». Астрономов интересуют и многие другие газы-биомаркеры, в том числе метан, оксид азота, диметилсульфид. Мы не будем знать, кто произвел эти газы — крохотные микробы, всевозможные животные или разумные расы, и являются ли эти формы жизни углеродными, как и мы, или совершенно иными. Для начала нам следует сосредоточиться на результатах жизнедеятельности — на процессах метаболизма и выработки газообразных отходов живых организмов, а не на том, что она из себя представляет.

При изучении атмосферы каменистых планет с помощью JWST мы будем пользоваться изобретенным мною методом, описанным в моей статье от 2000 г. Отмечу только, что подлинные инновации редки и речь, скорее, идет об идеях, развивающих труды предшественников. Метод таков. В некоторых случаях при наблюдении с Земли можно видеть «транзит» — прохождение планеты на фоне своего светила. Для этого нужно, чтобы орбита находилась в одной плоскости с наблюдателем, а этому условию удовлетворяет лишь малая часть планет, поскольку оси вращения звезд (а соответственно, в какой-то мере и орбиты их планет) ориентированы в космическом пространстве случайным образом. Во время транзита какая-то часть лучей звезды проходит через атмосферу планеты, особенно эффективно поглощающую свет с определенными длинами волны. Тщательно изучая каждый участок спектра, мы можем установить, какие газы содержатся в атмосфере и, до некоторой степени, в каком количестве. У этого метода много тонкостей, тем не менее всего за 16 лет с момента опубликования моего прогноза были написаны сотни научных статей, признающие заслуги моей команды и других ученых, и проделаны наблюдения атмосферы десятков экзопланет. Самым эффективным инструментом для этого оказалась широкоугольная камера-3 телескопа «Хаббл».

«Джеймс Уэбб» сможет изучать отдельные планеты, но не в состоянии обшарить сотни тысяч звезд в поисках планет для дальнейшего исследования. Этой подготовительной работой займется «Спутник исследования транзитных экзопланет» (TESS) — космический телескоп, разрабатываемый Массачусетским технологическим институтом для НАСА. Он предназначен для поиска малых транзитных планет малых звезд. Проект TESS в течение двух лет изучит все небо с помощью четырех одинаковых широкоугольных камер, способных вместе просмотреть до 90% неба. Каждый сектор неба будет наблюдаться в течение 26 дней и ночей. Таким образом, в первый год своей работы TESS изучит небо Северного полушария, а во второй — Южного. Запуск назначен на лето 2018 г. с использованием ракеты-носителя Falcon 9 компании Space X, которая должна будет вывести телескоп на сильно вытянутую наклоненную к Земле орбиту. Команда проекта TESS должна будет подобрать для астрономов 50 каменистых планет, из которых несколько окажутся в зоне Златовласки своей звезды — там, где не слишком жарко и не слишком холодно, а именно так, как нужно, чтобы условия на поверхности благоприятствовали жизни. Именно эти редкостные планеты и изучит JWST в поисках газов-биомаркеров в их атмосфере. Это непростая задача: скорее всего, нам придется провести наблюдения множества транзитов продолжительностью несколько часов каждый.