რა არის ეგზოპლანეტური ტექნოლოგიების ლაბორატორია?

 NASA-ს მიერ სიცოცხლისთვის გამოსადეგი ეგზოპლანეტების ძიების პროცესში კიდევ ერთხელ დავრწმუნდით, რომ ჩვენი დედამიწა, მართლაც რომ, უნიკალური პლანეტაა. თუმცა, ისეთი ტელესკოპების დახმარებით, როგორიცაა, მაგ. ”კეპლერი”, ისიც აღმოვაჩინეთ, რომ კოსმოსში ვარსკვლავების უმეტესობას პლანეტური სისტემები აქვს, და ამიტომ, კიდევ უფრო მეტად მოსალოდნელია, რომ საოცნებო პლანეტები სადღაც აქვე ”იმალება”, და მათი მიგნება მხოლოდ დროის ამბავია.

 ამ ”დაფარული” სამყაროების აღმოჩენის მიზნით NASA ახალ ტექნოლოგიებსა და მეთოდების შეიმუშავებს. მეცნიერების მთავარი მიზანი დედამიწის მსგავსი პლანეტების აღმოჩენა და მათი დეტალების დანახვაა. ღრმა კოსმოსში დედამიწის მსგავსი პლანეტების უშუალო გამოსახულების მიღება მოწინავე ტექნოლოგიებს და უდიდეს ძალისხმევას მოითხოვს.

 ფაზისმიერი ამპლიტუდური აპოდიზაციის კორონოგრაფი – PIAA (Phase-Induced Amplitude Apodization) არის სისტემა, რომელიც სპეციალური დიზაინის მქონე, ორ არასფერულ ოპტიკას იყენებს და ტელესკოპის ოკულარისა და თვალის გუგის ერთობლივი ფუნქციონირების ანალოგია. ასეთი სისტემა გაფართოებული თვალის გუგის მსგავსად შეკრებს მიღებულ სინათლეს და ზემგრძნობიარე ფოტოელემენტზე მიმართავს, რაც უაღრესად მაღალი ხარისხის გამოსახულებას იძლევა. @NASA/Ames Research Center/Dominic Hart.

 არამზისიერი პლანეტების უმეტესობა არაპირდაპირი მეთოდით იქნა აღმოჩენილი (გრძელპერიოდიანი პლანეტებისა და ვარსკვლავთა თანამგზავრების აღმოჩენის შესახებ, 4000 ეგზოპლანეტა), ხოლო იმგვარ დაკვირვებას, რომლის შედეგადაც უცხო პლანეტური სისტემების სურათებს იღებენ, პირდაპირი დამზერის მეთოდი ეწოდება. სწორედ ამ საშუალებებით შეიძლება ეგზოპლანეტების დეტალების ვიზუალური გამოკვლევა. სხვა არაპირდაპირ მეთოდებთან კომბინირებით შესაძლებელია პლანეტების ატმოსფეროს ქიმიური შედგენილობის დადგენა და, წარმოიდგინეთ, ოკეანეებისა და კონტინენტების მოხაზულობების გარჩევაც კი. თუმცა, ამ შემთხვევაში ჩვენამდე არა მარტო ატმოსფეროს გამჭოლი, არამედ – პლანეტის ზედაპირიდან არეკვლილი სხივიც უნდა მოდიოდეს.

 ამ დეტალების ცოდნა უაღრესად მნიშვნელოვანია, იმისთვის, რომ ამ ეგზოპლანეტებზე სიცოცხლის არსებობა ვივარაუდოთ. ამ მონაცემების მიღების მთავარი ხელისშემშლელი მიზეზი კი ის არის, რომ ეგზოპლანეტიდან არეკვლილ სინათლეს მისი მშობლიური ვარსკვლავის სიკაშკაშე მნიშვნელოვნად გადაფარავს.

კორონოგრაფი

 კორონოგრაფი არის სისტემა, რომელიც ტელესკოპზე მაგრდება და ახდენს ვარსკვლავიდან წამოსული სინათლის ბლოკირებას. ამ ხელსაწყოს ”კორონოგრაფი” იმიტომ ეწოდება, რომ ის თავიდან მზის კაშკაშა დისკოს დასაფარად და მის გვირგვინზე ანუ ”კორონაზე” დაკვირვებისთვის გამოიყენებოდა (SOHO-ს მესამიათასე კომეტა). კორონოგრაფის მიერ ვარსკვლავის სინათლის გადაფარვის შედეგად მის სიახლოვეს მდებარე, გაცილებით უფრო ბნელი ობიექტები, პლანეტები და მისი მთვარეები გამოჩნდება. ამგვარი სისტემის მუშაობის ნიმუშია მზის დაბნელება: როდესაც მთვარე მზის დისკს გადაფარავს, მთვარის შავი წრის გარშემო მზის გვირგვინი აკიაფდება, ხოლო ჩაბნელებულ ცაზე ვარსკვლავები გამოჩნდებიან (მზის გვირგვინი).

 ტექნიკურად კორონოგრაფი მთელი მოწყობილობის მხოლოდ ერთ-ერთი კომპონენტია: აქ უმნიშვნელოვანესია მისი თანმხლები პროგრამული უზრუნველყოფა, როსთვისაც სრულიად ახალი ანალიზური ტექნიკის შემუშავებაა საჭირო. უმნიშვნელოვანესია, რომ  კორონოგრაფის მეშვეობით რამდენიმე სინათლის წლით დაშორებული ობიექტებიდან  მიღებული ოპტიკური ინფორმაციის დამუშავება, რაც შეიძლება ნაკლები დანაკარგებით განხორციელდეს. NASA ამ პრობლემების გადასაჭრელად ყველა ფრონტზე ერთდროულად იბრძვის: საჭიროა ახალი ტიპის კორონოგრაფები, უფრო მგრძნობიარე დეტექტორები და ბოლო თაობის ტელესკოპები. მიზანი ერთია – დედამიწის მსგავსი არამზისიერი პლანეტების აღმოჩენა.

ფაზისმიერი ამპლიტუდური აპოდიზაციის  – PIAA (Phase-Induced Amplitude Apodization) კორონოგრაფი მომავალი თაობის ტელესკოპებისთვის

 კორონოგრაფი ტელესკოპით გადაღებულ გამოსახულებას ხელოვნურად ადებს შავ წრეს, რომელიც ვარსკვლავის დამაბრმავებელ შუქს ფარავს. თუმცა, სრულყოფილი კორონოგრაფი არ არსებობს, ამიტომ მცირე რაოდენობით სინათლე მიმღებ მოწყობილობაში მაინც შეაღწევს. ამ დიფუზური სინათლის მოსაშორებლად კორონოგრაფი დეფორმირებადი სარკით უნდა იყოს აღჭურვილი. ეს განსაკუთრებული სარკე ძალიან თხელი მასალისგან მზადდება და უშუალოდ მის ქვეშ განლაგებული დგუშების მეშვეობით იცვლის ზედაპირის მოხაზულობას.

 კორონოგრაფის ტექნიკური მახასიათებლების გაუმჯობესება სამ ამოცანას უკავშირდება: კორონოგრაფში შემომავალი ვარსკვლავის სინათლის მაქსიმალურად დაბლოკვა, მიმღების მგრძნობელობის გაზრდა და დეფორმირებადი სარკის ზუსტი ფუნციონირების უზრუნველყოფა.

 ეგზოპლანეტური ტექნოლოგიების ლაბორატორიის ერთ-ერთ ძირითად ტექნოლოგიაზე მუშაობა NASA-ს კალიფორნიის სილიკონის ველზე მდებარე მიზნობრივი კვლევების ლაბორატორიაში მიმდინარეობს. ეს არის ფაზისმიერი ამპლიტუდური აპოდიზაციის  – PIAA (Phase-Induced Amplitude Apodization) კორონოგრაფი, რომელიც დიფუზური ვარსკვლავიერი სინათლის რაოდენობას 50%-ით და მეტად ამცირებს, რაც იმავე პროცენტულობით ზრდის პოტენციურად დასახლებული პლანეტების აღმოჩენის შანსებს; PIAA-ს ორიგინალობა იმაში მდგომარეობს, რომ ეს ხელსაწყო ზრდის შიდა არეკვლის კუთხეს, ანუ – ვარსკვლავის დისკის კიდეებიდან გამოსხივებულ სინათლეს ისევ დისკის შიგნით, ვარსკვლავის ცენტრის მიმართულებით ”აბრუნებს”. ამ მეთოდის შედეგად მიიღწევა მნათობის ფონური ველის მნიშვნელოვანი დაბნელება, რაც შიდა ორბიტებზე მდებარე პლანეტების გამოჩენის შანსს მნიშვნელოვნად ზრდის.

 მომავალი თაობების ტელესკოპების წინ ე.წ. ”თვალის სიმულაციური გუგის” ნიღაბის დამაგრება ჩვეულებრივი პრაქტიკა იქნება. PIAA კორონოგრაფი, რომელიც შიდა ორბიტებზე განთავსებული ეგზოპლანეტების დანახვის შანსებს მნიშვნელოვნად ზრდის, სწორედ ასეთი ნიღბით იქნება აღჭურვილი. @NASA/John Hagopian/Eduardo Bendek.

 ეგზოპლანეტების არაპირდაპირი მეთოდებით მაძიებელი ორბიტული ტელესკოპების, ”კეპლერ”-ისა და TESS”-ის მუშაობის შედეგად, უამრავი არამზისიერი პლანეტური სისტემა იქნა აღმოჩენილი: ყველაზე ახლო სისტემები 50 სინათლის წლის ფარგლებში, ხოლო უშორესი – რამდენიმე ასეული სინათლის წლის მანძილზე. მათგან მხოლოდ ძალიან მცირე პროცენტი შეიძლება მივიჩნიოთ სიცოცხლის არსებობისთვის გამოსადეგ სამყაროებად. თუმცა, არც ”კეპლერი” და არც TESS არ არიან იმ სპეციალური ხელსაწყოებით აღჭურვილი, რომელიც აუცილებელია ატმოსფეროების ქიმიური მახასიათებლების გასარკვევად. სამაგიეროდ, პირდაპირი დამზერის კორონოგრაფები ახლო ეგზოპლანეტური სისტემების (4-10 სინათლის წლის ფარგლებში) გამოსაკვლევად გამოიყენება, და მაქსიმალური სიზუსტითაც განსაზღვრავს მათ პოტენციურ დასახლებულობას (ეგზოპლანეტა ვარსკვლავ HD 95086-თან).

წრფივი ბნელი ველის კონტროლი: ახალი, მძლავრი სოფტი მკრთალი ეგზოპლანეტების გამოსავლენად

 ჩვენი მშობლიური დედამიწის მსგავსი მკრთალი პლანეტების გამოსახულების მისაღებად ზე-ბნელი ფონური ველია საჭირო, თუმცა, როგორ ”ვიპოვოთ შავი კატა ბნელ ოთახში?” როგორ გამოვამჟღავნოთ თითქმის უხილავი ობიექტი დაბნელებული ფონის ახლოს? შავი დისკის რადიაციული ცვეთა, დეფორმირებადი სარკის ვიბრაცია და შემოსული დიფუზური სინათლის ჩაქრობის არაზუსტი მექანიზმი მკრთალი ობიეტქების გამოვლენას უაღრესად ართულებს.

 წრფივი ბნელი ველის კონტროლი არის სოფტი, რომელიც ბნელი დისკის გარშემო არსებული ფონური ველის შეფერილობის მაღალ სტაბილურობას უზრუნველყოფს. სოფტის შემქმნელმა მეცნიერებმა ახლახანს მოახდინეს კორონოგრაფის სისტემაში ამ პროგრამული უზრუნველყოფის მუშაობის დემონსტრირება. აღმოჩნდა, რომ ასეთ სისტემას მართლაც შეუძლია მზის მსგავს ვარსკვლავებთან არსებულ ეგზოპლანეტურ სისტემებში მქრქალი პლანეტების გამოსახულების მიღება. მეცნიერები ვარაუდობენ, რომ ლაბორატორიულ პირობებთან შედარებით, კოსმოსის ვაკუუმში, ყველა ეს სისტემა, გაცილებით უფრო ეფექტურად იმუშავებს.

ჯერადი ვარსკვლავიერი სისტემების ტალღური ფრონტის კონტროლი: პლანეტების ძიება ბინარულ სისტემებში

 ეგზოპლანეტებზე პირდაპირი დამზერისთვის შექმნილი ტექნოლოგიებისთვის ერთ-ერთი უდიდესი გამოწვევა ის არის, რომ, როგორც აღმოჩნდა, მზის ანალოგი ვარსკვლავების უმეტესობა ბინარული სისტემის ნაწილია, სადაც ორი მზე ერთმანეთის გარშემო ბრუნავს.

 ასეთი ჯერადი ვარსკვლავების ნათელი მაგალითია კენტავრის ალფა (”ალფა-ცენტავრა”, როგორც მას სამეცნიერო-პოპულარული ფანტასტიკის მოყვარულები უწოდებენ); კენტავრის ალფა, ანუ კენტავრის თანავარსკვლავედის უკაშკაშესი მნათობი, არა თუ  ო რ ჯ ე რ ა დ ი, არამედ –  ს ა მ ჯ ე რ ა დ ი  ვარსკვლავიერი სისტემაა. კენტავრის ალფა ჩვენი მეზობელია – ის მზის სისტემიდან, სულ რაღაც, 4.32 სინათლის წლის მანძილზე მდებარეობს. მისი ორი მზის ანალოგი ვარსკვლავი პირდაპირი დამზერის ხელსაწყოების უშუალო სამიზნეა, თუმცა, სიტუაციას ერთი გარემოება ართულებს; ერთმანეთის გარშემო მბრუნავი ორი მზის გარშემო, ცოტა მოშორებით, მესამე ვარსკვლავიც ბრუნავს, რომელსაც კენტავრის პროქსიმას უწოდებენ. ეს პატარა, წითელი მნათობი მრავალი წლის განმავლობაში ”უმალავდა” ასტრონომებს დიდ საიდუმლოს – მის გარშემო პოტენციურად დასახლებადი პლანეტა ბრუნავს (პლანეტები კენტავრის პროქსიმასთან, სიცოცხლე პროქსიმა b-ზე?კენტავრის ალფას შესასწავლი ფინანსები, უახლოესი ვარსკვლავური სისტემა, ელვარე კენტავრის ალფა).

 მეორე თაობის ცის ციფრული დამზერის (Digitized Sky Survey 2) ფართო ველის აპარატის მიერ მიღებული გამოსახულება: თეთრი, კაშკაშა სფერო ერთმანეთის გარშემო მბრუნავი ორი მზის მსგავსი ვარსკვლავია; მარჯვნივ, წითელი წრით შემოხაზულია კენტავრის პროქსიმა, სხვა შემოხაზული, მზის მსგავსი ვარსკვლავები – კვლევის მომავალი სამიზნეებია. ძალიან დიდი გარჩევადობის სურათის მიუხედავად, ამ გამოსახულებაზე პლანეტების დანახვა შეუძლებელია. @ESO/Digitized Sky Survey 2 Acknowledgement: Davide De Martin.

 ჯერადი ვარსკვლავების შემთხვევაში, არა მარტო უფრო მეტი ვარსკვლავის გადაფარვაა საჭირო, არამედ დიფუზური სინათლის რაოდენობაც მნიშვნელოვნად იმატებს. ამ პრობლემის გადასაჭრელად ეგზოპლანეტების ლაბორატორიამ ახალი ტექნიკა შეიმუშავა, რომელსაც ჯერადი ვარსკვლავიერი სისტემების ტალღური ფრონტის კონტროლი ეწოდება. ეს სოფტი იმდენად დიდი სიზუსტით აკონტროლებს ორ და მეტ დეფორმირებად სარკეს, რომ წარმატებით ”აქრობს” ყველა მნათობს ჯერად ვარსკვლავიერ სისტემაში.

 სოფტი და მისი თანხმლები აპარატურა იმდენად მცირე ზომისაა, რომ სისტემის აპლიკაცია ნებისმიერ, უკვე არსებულ კორონოგრაფზეც კი შეიძლება, რაც კვლევისთვის საჭირო ხარჯებს მნიშვნელოვნად ამცირებს.

 ეგზოპლანეტური ლაბორატორიის ეს სამი პროექტი მომავლის კორონოგრაფების შექმნის საფუძველია. მათი პროგრამული უზრუველყოფისადმი მთავარი მოთხოვნა კი – თითოეული კომპონენტის ავტონომიური მუშაობის უნარია. ამაზე იქნება დამოკიდებული მომავალი მისიების წარმატება. ეგზოპლანეტების პირდაპირი გამოსახულების მიმღებირაც კენტავრის ალფასკენ გასაგზავნი მისიის შესახებ გაინტერესებდათ.

 ეგზოპლანეტების პირდაპირი გამოსახულების მიღების მეთოდების შესახებ ასევე იხილეთ:

Leave a Reply

თქვენი ელფოსტის მისამართი გამოქვეყნებული არ იყო. აუცილებელი ველები მონიშნულია *

This site uses Akismet to reduce spam. Learn how your comment data is processed.