Для надёжной идентификации в космосе планеты с жидкой водой в ближних звёздных окрестностях необходимы телескопы с диаметром зеркала 20 метров. Современные ракеты-носители не могут себе позволить унести предмет такого размера, разве что в сложенном состоянии. Но можно сделать зеркало в виде длинного и узкого прямоугольника.
Статья, вышедшая в августе 2025 года в Frontiers in Astronomy and Space Sciencesрассматривает альтернативные технические решения для поиска жидкой воды за пределами Солнечной системы. Авторы предлагают использовать вместо круглого зеркала- «тарелки» узкое прямоугольное, которое гораздо легче разместить на ракете-носителе.
Известная нам жизнь невозможна без жидкой воды. Воду в космосе найти относительно легко. Гораздо реже она встречается в жидком состоянии. В основном вода во Вселенной существует или в виде льда, или газа. Но жидкую воду тоже можно выявить. Характерный спектральный признак жидкой воды — излучение на длинах волн в районе 10 микрометров, то есть в глубоком инфракрасном диапазоне (видимый диапазон от красного до фиолетового — это длины волн от 0,7 до 0,3 мкм). В этом же диапазоне планетологи ищут и другие сигнатуры, в частности, популярный объект поиска — линии поглощения озона O3.
Чтобы получить свидетельства о жидкой воде на планете, удалённой на 30 световых лет, необходим инфракрасный телескоп с диаметром зеркала 20 метров. Это не так много для наземных инструментов, но пока что неподъёмно для космических обсерваторий. Большой телескоп просто не влезет в ракету. Даже телескоп Джеймса Уэбба имеет зеркало 6,5 метров, и его доставка на орбиту оказалась серьёзной проблемой.
Оценка размера зеркала 20 метров получается из следующих соображений. Нам необходимо разрешить сигнал от экзопланеты по сравнению с её звездой. Возьмём диапазон поиска до 10 парсек (32 св.года), то есть ограничимся разумными целями среди ближних звёздных окрестностей и рассмотрим систему Земля—Солнце как типичную звёздную систему, на планете которой мы ожидаем найти воду. Земля удалена от Солнца на расстояние 1 астрономическую единицу (150 млн км), и логично считать, что другие интересные планеты будут иметь сопоставимое удаление от своей звезды. Это может быть, впрочем, 2 а.е, или 0.5 (порядка наших Марса и Венеры в зоне обитаемости), но в любом же случае не 10—100 и не 0,1, поэтому разумно задаться именно такой величиной 1 а.е. для грубой прикидки. С расстояния 10 парсек астрономы на другой планете увидали бы, что Земля отстоит от Солнца на угловом расстоянии 0,1″ (секунд дуги). Это следует просто из определения парсека: один парсек — расстояние, с которого промежуток между Землёй и Солнцем занимает одну угловую секунду (1″). То есть нам необходимо зеркало телескопа, которое умеет различить это расстояние: два объекта на таком удалении должны различаться как две отдельные точки, а не сливаться в пятно. Чем больше диаметр зеркала телескопа D, тем его разрешающая способность больше. Из курса оптики известно соотношение, дающее минимальный угол θ, на котором два объекта не сливаются в пятно (критерий Рэлея): θ ≈ λ/D, где λ — длина волны излучения. Такое минимальное угловое разрешение называется дифракционным пределом. Очевидно, его можно улучшить или увеличивая размер зеркала D, или рассматривая меньшие длины волн λ. В нашем случае мы наблюдаем в инфракрасном диапазоне с λ= 10-5 м (10 микрон). Сильно уменьшить длину волны не получится, потому что мы попадём уже в видимый или УФ диапазон, где будет сильнее засветка от звезды. Кроме того, мы ведь хотим увидеть молекулярные сигнатуры, а это всё равно — диапазон теплового ИК-излучения. Подставив значения (напомним, что угол θ в таких формулах измеряется не в градусах, а в радианах, поэтому нужно перевести θ=(0,1/3600)º в радианы: θ=(0,1/3600) ∙(π/180)), получим минимальное значение диаметра зеркала D около 21 метра.
Поэтому ищут альтернативные подходы, позволяющие избежать необходимости переправлять в космос 20-метровую антенну-тарелку. Например, вместо одного большого телескопа можно использовать несколько меньших. На таком принципе работают массивы радиотелескопов на Земле. Но их необходимо точно синхронизировать в пространстве и поддерживать координацию во время всех манёвров. Подобная концепция предлагается, например, в созвездии космических телескопов-интерферометров LIFE (см. об этом отдельную статью). Второй вариант — оттенить свет от звезды. Для этого нужен другой аппарат, который будет играть роль ширмы, закрывающей звезду. Здесь возникают подобные проблемы с координацией.
И наконец, предложенное решение — вместо 20-метрового круга можно использовать длинное прямоугольное зеркало. Одна сторона его будет длиной 20 метров, вторая — 1 метр. Такие зеркала уже известны в астрономии. Два из них использовались в космосе на телескопе Gaia.
Такой космический телескоп, возможно, будет иметь необычный вид. Но мы ожидаем, что он сможет найти воду на планетах, удалённых от нас на расстояния до 30 световых лет. Ближних звёзд с открытыми экзопланетами в этом диапазоне поиска около 60, а число обнаруженных на сегодня экзопланет — около 100, хотя значительное их количество лежит вне возможных зон обитаемости.