Nalezení planet podobných Zemi je téměř nemožné, protože hvězdy je utopí v jasu. Konvenční návrhy dalekohledu nedosahují, ale navrhovaný obdélníkový infračervený dalekohled by to mohl vyřešit. Mohlo by to odhalit desítky slibných světů do 30 světelných let, čímž se vydláždí cestu k pozorování známek života.
Role původu života a vody
Země je jediným místem, o kterém víme, že život má život, a každá živá věc zde závisí na tekuté vodě k napájení základních chemických reakcí. Jednoduché, jednobuněčné organismy existují téměř tak dlouho jako samotná planeta, ale trvalo asi tři miliardy let, než se vyvinuly složitější, mnohobuněčné organismy. Lidé ve srovnání existovali pouze pro nepatrný zlomek historie Země-méně než jeden deset tisícin jeho věku.
Tato časová osa naznačuje, že život by mohl nastat poměrně často na planetách, kde je přítomna tekutá voda, ale inteligentní bytosti schopné prozkoumat vesmír mohou být mnohem méně běžné. Pokud doufáme, že objevíme život mimo Země, možná ho budeme muset oslovit přímo.
Limity kosmických cestování a cílů vyhledávání
Výzvou je, že prostor je nepředstavitelně obrovský a fyzikální zákony nám brání v pohybu nebo komunikaci rychleji než rychlost světla. Toto omezení znamená, že pouze nejbližší hvězdy na naše slunce by mohly být realisticky prozkoumány během lidského života, a to i s robotickými sondami. Mezi nimi jsou nejlepšími kandidáty hvězdy, které se velmi podobají našemu slunci ve velikosti a teplotě. Takové hvězdy žijí dostatečně dlouho a zůstávají dostatečně stabilní, aby umožnily rozvoji složitého života.
V současné době astronomové identifikovali přibližně 60 slunečních hvězd ve vzdálenosti zhruba 30 světelných let od Země. Planety krouží tyto hvězdy, které jsou podobné velikosti a teplotě na Zemi, kde by mohla existovat pevná i kapalná voda, jsou považovány za nejslibnější místa, která lze vypadat.
Ohromující jas hvězd
Pozorování Země exoplanet Samostatně od hvězdy, kterou obíhá kolem, je hlavní výzvou. I v nejlepším možném scénáři je hvězda milionkrát jasnější než planeta; Pokud jsou oba objekty rozmazané dohromady, není naděje na detekci planety.
Teorie optiky říká, že nejlepší rozlišení, které lze získat v obrazech dalekohledu, závisí na velikosti dalekohledu a vlnové délce pozorovaného světla. Planety s tekutou vodou vydávají nejvíce světla na vlnových délkách kolem 10 mikronů (šířka tenkých lidských vlasů a 20násobek typické vlnové délky viditelného světla). Při této vlnové délce musí dalekohled shromažďovat světlo na vzdálenost nejméně 20 metrů, aby měl dostatečné rozlišení, aby oddělil Zemi od slunce ve vzdálenosti 30 světelných let.
Kromě toho musí být dalekohled ve vesmíru, protože při pohledu na zemskou atmosféru by obraz příliš rozmazalo. Náš největší kosmický dalekohled – James Webb Space Telescope (Jwst) – má průměr pouze 6,5 metrů a byl dalekohled nesmírně obtížné na zahájit.
Alternativní koncepty a výzvy
Protože nasazení 20 metrů kosmického dalekohledu se zdá být mimo dosah současných technologií, vědci prozkoumali několik alternativních přístupů. Jeden zahrnuje zahájení více menších dalekohledů, které mezi nimi udržují extrémně přesné vzdálenosti, takže celá sada působí jako jeden dalekohled s velkým průměrem. Ale udržování požadované polohy kosmické lodi přesnost (což musí být přesně kalibrováno na velikost typické molekuly) je také v současné době proveditelné.
Jiné návrhy používají světlo kratší vlnové délky, takže lze použít menší dalekohled. Ve viditelném světle je však sluneční hvězda více než 10 miliardkrát jasnější než Země. Je mimo naši současnou schopnost blokovat dostatek hvězdného světla, aby bylo možné v tomto případě vidět planetu, i když v zásadě má obraz dostatečně vysoké rozlišení.
Jedna myšlenka blokování hvězdného světla zahrnuje létání kosmické lodi zvané „hvězdné stíní“, která je desítky metrů napříč, ve vzdálenosti desítek tisíc kilometrů před kosmickým dalekohledem, takže přesně blokuje světlo od hvězdy, zatímco světlo od doprovodné planety není blokováno. Tento plán však vyžaduje spuštění dvou kosmických lodí (dalekohled a hvězd). Kromě toho by směřování dalekohledu na různé hvězdy znamenalo pohyb hvězdného stínu tisíce kilometrů a použití neúměrně velkého množství paliva.
Odvážný nový design: obdélníkový dalekohled
V našem příspěvku navrhujeme proveditelnější alternativu. Ukazujeme, že je možné najít nedaleké planety podobné Zemi obíhajícím slunečními hvězdami pomocí dalekohledu, který má přibližně stejnou velikost jako JWST, který pracuje při zhruba stejné infračervené (10 mikronové) vlnové délce jako JWST, se zrcadlem, který je jeden až 20 metrů obdélníkem namísto kruhu v průměru 6,5 metrů.
Se zrcadlem tohoto tvaru a velikosti můžeme oddělit hvězdu od exoplanetu ve směru, že zrcadlo dalekohledu je dlouhé 20 metrů. Pro nalezení exoplanetů na jakékoli poloze kolem hvězdy může být zrcadlo otočeno, takže jeho dlouhá osa se někdy bude vyrovnat s hvězdou a planetou. Ukazujeme, že tento design může v zásadě najít polovinu všech stávajících zemských planet obíhajících na sluneční hvězdy do 30 světelných let za méně než tři roky. I když náš design bude potřebovat další inženýrství a optimalizaci, než budou zajištěny jeho schopnosti, neexistují žádné zřejmé požadavky, které by vyžadovaly intenzivní technologický rozvoj, jako je tomu v případě dalších předních nápadů.
Směrem k Zemi 2.0: Hledání života
Pokud existuje asi jedna planeta podobná Země obíhající průměrnou hvězdu podobnou slunci, pak bychom našli asi 30 slibných planet. Následná studie těchto planet by mohla identifikovat ty s atmosférou, které naznačují přítomnost života, například kyslík, který byl vytvořen skrz fotosyntéza. Pro nejslibnějšího kandidáta bychom mohli odeslat sondu, která by nakonec přezářila zpět obrazy povrchu planety. Obdélníkový dalekohled by mohl poskytnout přímou cestu k identifikaci naší sesterské planety: Earth 2.0.
Reference: „Případ obdélníkového formátového kosmického dalekohledu pro nalezení exoplanetů“ Heidi Jo Newberg, Leaf Swordy, Richard K. Barry, Marina Cousins, Kerrigan Nish, Sarah Rickborn a Sebastian Todeasa, 30. června 2025,, 30. června 2025, Hranice v astronomii a kosmických vědách.
Dva: 10,3389/FSPAS.2025.1441984
Nikdy nezmeškáte průlom: Připojte se k zpravodaji Scitechdaily.
