Как-то незаметно, почти буднично, на сайте ESO (Европейской южной обсерватории) появилась информация о вводе в эксплуатацию нового приемника для обнаружения экзопланет под названием SPHERE. Этот прибор установлен на Очень Большом Телескопе VLT в обсерватории Паранал в Чили, с ним проведены первые наблюдения.

Между тем, многие специалисты-экзопланетчики и просто люди в «теме» ждали этой новости с нетерпением. Почему?

Прежде всего, SPHERE – это первый достаточно мощный инструмент для прямого обнаружения экзопланет — планет за пределами Солнечной системы. Не секрет, что на сегодняшний день подавляющее большинство планет у других звезд открыты методом измерения лучевых скоростей или транзитным методом. Оба этих метода косвенные, то есть саму планету непосредственно в телескоп астрономы не наблюдают. Ученые лишь измеряют влияние, которое оказывает планета на свет звезды или на ее движение в пространстве. Так, метод лучевых скоростей позволяет обнаружить планету, тщательно измеряя небольшие покачивания звезды, вызванные притяжением вращающегося вокруг него тела. Транзитный метод позволяет обнаружить экзопланету, если она проходит перед звездой, периодически вызывая микрозатмения и, как следствие, микроскопическое падение блеска звезды.

Оба этих метода при всех плюсах имеют свои недостатки. Гораздо лучше наблюдать за планетой непосредственно. Прямые наблюдения не только помогут определить истинную орбиту планеты, ее массу и размеры, но также исследовать ее атмосферу. Проблема в том, что отраженный планетой свет звезды в миллионы и миллиарды раз слабее света самой звезды. Изображение планеты буквально тонет в ослепительном сиянии материнской звезды.

Ситуация несколько улучшится, если наблюдения вести в инфракрасном свете. В этом диапазоне волн разница в световом потоке между звездой и планетой составляет не миллиарды, а «лишь» десятки и сотни тысяч раз. Еще лучше, если планетная система молодая. Тогда планеты еще не успели остыть и способны излучать сами. Именно у такой планетной системы предшественник SPHERE, инфракрасный инструмент NACO, сумел получить первое в истории изображение экзопланеты.

NACO был, скорее, экспериментальным приемником с чувствительностью намного меньше, чем у SPHERE. С вводом в эксплуатацию последнего, астрономы надеются сфотографировать не только молодые и еще горячие экзопланеты, но и более старые, возрастом в миллиарды лет.

SPHERE – это аббревиатура, которую можно перевести, как высококонтрастный спектрополяриметрический приемник для наблюдения экзопланет (Spectro-Polarimetric High-contrast Exoplanet REsearch instrument). В этом инструменте были реализованы 3 новейшие техники, позволяющие буквально вычленить слабый свет планеты из мощного светового потока звезды.

Первая из трех новейших техник, примененных в SPHERE, – адаптивная оптика. Она корректирует влияние атмосферы Земли так, чтобы изображение стало более резким и контрастным. Затем для блокирования света от звезды используется коронографическая методика, дающая дальнейшее увеличение контраста. И наконец, в детекторе применен новый метод дифференциального построения изображений, в основе которого лежит разделение световых сигналов от звезды и от планеты по их цветовым и поляризационным характеристикам. Именно трудноуловимые различия в этих параметрах и позволяют в конечном счете сделать видимыми остававшиеся до настоящего времени невидимыми экзопланеты.

Первые снимки впечатляют. На SPHERE получены изображения пылевого кольца вокруг звезды HR 4796A и небывало четкий инфракрасный снимок Титана, крупнейшего спутника Сатурна.

пылевой диск вокруг звезды HR 4796A

Пылевое кольцо вокруг близкой к нам звезды HR 4796A в южном созвездии Центавра. Это одно из первых изображений, полученных с приемником SPHERE вскоре после того, как он был смонтирован на Очень Большом Телескопе ESO в мае 2014 года. Снимок не только с большой четкостью передает структуру собственно кольца, но и демонстрирует способность приемника экранировать очень яркую засветку от центральной звезды. Именно это свойство инструмента SPHERE является ключевым для задач поиска и изучения экзопланет. Фото: ESO/J.-L. Beuzit et al./SPHERE Consortium

Какие же объекты находятся в списке первоочередных целей SPHERE? Во-первых, ближайшие к Солнцу звезды, вокруг которых астрономы рассчитывают найти и детально исследовать несколько планет-гигантов. Во-вторых, молодые звезды с пылевыми дисками. В-третьих, тела Солнечной системы – спутники планет, ледяные объекты пояса Койпера и др. Фантастические перспективы!

А что думают профессионалы, которым предстоит непосредственно работать с приборам?

«SPHERE — чрезвычайно сложный инструмент. Благодаря напряженной работе множества людей, участвовавших в его проектировании, строительстве и установке, он уже превзошел наши ожидания. Прекрасный прибор!» — Это слова Жана-Люка Бози (Jean-Luc Beuzit) из Института планетологии и астрофизики в Гренобле (Франция), главного исследователя проекта. — «SPHERE является уникальным мощным исследовательским инструментом и без сомнения в ближайшие годы позволит сделать много открытий».

Удивительно, но еще 30 лет назад обнаружение и наблюдение экзопланет считалось делом отдаленного будущего. Сегодня, благодаря фантастическим цифровым технологиям, ученые буквально воплощают «сказку в быль».

SPHERE сфотографировал поверхность Титана

Инфракрасный снимок Титана, самого крупного из спутников Сатурна, полученный с приемником SPHERE. Изображение демонстрирует высокую эффективность адаптивно-оптической системы приемника в выявлении мелких деталей исследуемого объекта. Титан также был выбран в качестве тестового объекта для исследования поляриметрической моды инструмента SPHERE, которая исключительно важна для изучения некоторых экзопланет. Фото: ESO/J.-L. Beuzit et al./SPHERE Consortium