ЗВЕЗДНЫЙ ПАТРУЛЬ

Космический комплекс для исследования внесолнечных планетных систем,
предлагается для включения в Федеральную космическую программу на 2016-2025 гг

Карта сайта:

Главная
Главная страница сайта

Экзопланеты
Современные сведения, актуальные и значимые наблюдательные задачи

Методы и интструменты
Методы и инструменты обнаружения и исследования экзопланет

Звездный Патруль. Фотометрия
Научные задачи и инструментальные возможности фотометрической части миссии

Звездный Патруль. Прямое наблюдение экзопланет
Научные задачи и инструментальные возможности по прямому наблюдению экзопланет

Звездный Патруль. Солнечная система
Научные задачи дистанционного исследования планет и малых тел Солнечной Системы

Лаборатория 535 (отдел 53 ИКИ РАН): фотометрии и ИК-радиометрии
Состав и основные публикации сотрудников лаборатории

Главная

Открытие экзопланет
Опираясь на отечественный опыт
Звездный Патруль

Прогресс в развитии космической техники позволил не только вплотную подойти к изучению состава, строения и эволюции отдельных планет Солнечной системы, но и начать изучение внесолнечных планет (экзопланеты от англ. extra-solar planets). Это качественно дополняет новую отрасль естествознания — сравнительную планетологию — научное направление, которое занимается сравнительным анализом строения планет Солнечной системы и Земли, в частности.

Открытие экзопланет

Первое достоверное открытие внесолнечных планет произошло в последней декаде XX века. В 1992 году были обнаружены три планеты земного типа у пульсара PSR 1257+12, а в 1995 году была открыта первая планета (51 Пегаса b) у звезды главной последовательности. Стало ясно, что планеты существуют не только в Солнечной системе, и что развитие наблюдательной техники уже позволяет их обнаружить. К настоящему моменту (середина 2013 года) открыто около 900 экзопланет в 700 планетных системах (по материалам интернет-каталогов exoplanet.eu, exoplanets.org, и других), кроме того, существует более 3.2 тысяч надежных кандидатов, ожидающих независимого подтверждения.

Сейчас уже известно, что планетные системы широко распространены, и что процессы планетообразования приводят к многообразным и часто неожиданным результатам. Так, открыты планеты с массами в несколько раз больше массы Юпитера, планеты, вращающиеся вокруг своих звезд на расстоянии менее 10 звездных радиусов, планеты, движущиеся по высокоэллиптическим орбитам, планеты в компактных резонансных многопланетных системах и планеты, вращающиеся вокруг двойных звезд как целого. Стало ясно, что тела Солнечной системы неполно описывают возможные типы планет. Рядом с Солнцем отсутствуют «горячие нептуны» и «горячие юпитеры» (планеты-гиганты на очень тесных орбитах, нагретые до высоких температур), планеты с массами, промежуточными между массой Земли и Урана (так называемые суперземли), а также планеты, в составе которых содержание углерода преобладает над содержанием кислорода. Понимание физических причин такого разнообразия является центральной проблемой космогонии и сравнительной планетологии. Астрономические наблюдения газово-пылевых оболочек дисковидной формы – предшественников планетных систем – показали, что протопланетные диски образуются вокруг звезд самых различных типов: вокруг звезд главной последовательности (Вега, эпсилон Эридана и другие), вокруг молодых звезд и коричневых карликов возрастом 1-10 млн. лет, вокруг двойных звезд на широких и тесных орбитах, вокруг белых карликов и нейтронных звезд. Протопланетные диски эволюционируют, рассеиваются или формируют планетные системы. Изучение процессов формирования планетных систем у других звезд помогает лучше понять образование и эволюцию нашей Солнечной системы. Таким образом, исследование экзопланет фактически объединяет астрофизику и планетные исследования. Количество возможных планетных систем в нашей Галактике оценивается в ~ 1011. Распространенность планетных систем в нашей Галактике и, по всей видимости, во Вселенной в целом подтверждает универсальность физических законов, что, в свою очередь, является основанием для предположения о существовании жизни, в том числе и разумной, в других уголках нашей Галактики.

Опираясь на отечественный опыт

В отечественной науке был накоплен огромный опыт в исследованиях планет Солнечной системы, сравнительной планетологии, метеорологии, и в частности, в изготовлении средств доставки научной аппаратуры на планеты Солнечной системы. Также российская наука имеет достаточный опыт в создании космических телескопов на орбите Земли и на орбитах других планет. Из-за несовершенства научной аппаратуры в те времена многие исследования не могли быть проведены с необходимой степенью точности. Концепция проекта космического телескопа «Звездный патруль» состоит в максимально возможном использовании отечественного опыта (в первую очередь, многократно проверенные, но модернизированные средства доставки) и в установке на телескопе самого современного комплекса научной аппаратуры.

В рамках КЭ «Звездный патруль» предполагается провести исследования экзопланет земного типа космическим телескопом с технологией нуль интерферометрии в ближнем ИК диапазоне, а также фотометрические наблюдения (изучение транзитов). Кроме того, планируется изучение планет Солнечной системы с помощью современной спектрометрической аппаратуры, которое позволит получить уникальный материал для развития сравнительной планетологии, понимания схожести и разнообразия планет земной группы, земного климата, маркеров жизни.

Наряду с новыми задачами по исследованию экзопланет в настоящее время исследование планет Солнечной системы все более рассматривается учеными как развитие геофизики в более широком контексте, в том числе климатологии. Принимая во внимание огромную продуктивность метода климатического мониторинга в исследовании Земли, представляется целесообразным применение этого метода в исследовании климатических систем других планет. Решать подобные задачи с помощью космических аппаратов было бы слишком дорого - потребовалось бы множество специализированных спутников каждой планеты с достаточно продолжительным временем жизни. В то же время весьма скромные астрономические инструменты при подходящих условиях могли бы обеспечить наблюдения для решения ряда важных задач мониторинга переменных явлений Солнечной системы на планетах и малых телах, а также исследованию химического и изотопного состава атмосфер планет.

Успех подобных исследований подтверждают наблюдения, выполненные на наземных и орбитальных телескопах. НАСА были разработаны несколько телескопов специально для поддержки планетных исследований. До сих пор на Гавайях ведутся наблюдения на инфракрасном телескопе IRTF (3 м). На этом телескопе были сделаны открытия метана на Марсе, мощного шторма на Титане, изучение полярных сияний на Юпитере, в течение 10 лет проводился спектральный мониторинг атмосферы Тритона. Кроме того, велись наблюдения H3+ в атмосферах планет, инфракрасные гетеродинные наблюдения озона на Марсе, проводилась ближняя ИК спектроскопия астероидов и комет, был обнаружен лед CO2 на поверхности спутника Урана Ариэля и открыт H2O2 на Марсе, и т.д. Орбитальные ИК телескопы также получили свое развитие, к настоящему моменту на орбите проработало 7 инфракрасных телескопов, внесших существенный вклад в исследования планет.

Звездный патруль

Российский проект «Звездный Патруль» предназначен для поиска и изучения экзопланет, в том числе планет земного типа. Теоретически и на лабораторных прототипах показано, что, используя усовершенствованные технологии нуль-интерференции, можно обнаружить и непосредственно наблюдать экзопланеты земного типа в ближнем ИК диапазоне при помощи телескопа космического базирования с апертурой не более 1 м. Кроме того, оснащенный современной спектрометрической аппаратурой телескоп будет использован для исследования объектов Солнечной системы и других астрофизических объектов.

Многие технологии, планируемые для использования в телескопе проекта «Звездный Патруль», будут отработаны в ходе реализации пилотного проекта «Планетный Мониторинг»: телескоп диаметром 60 см на российском сегменте МКС (2010-2015).

Фотометрическая часть проекта «Звездный патруль» посвящена открытию и изучению экзопланет транзитным методом. Среди привлекательных целей проекта – ближайшие к Солнцу достаточно яркие красные карлики – звезды, составляющие абсолютное большинство звездного населения Галактики. У красных карликов обитаемая зона находится на расстоянии ~0.1 а.е. от звезды, где вероятность транзитной конфигурации составляет 1-2%. При наблюдении нескольких сотен таких звезд возможно не только открытие десятка транзитных планет в обитаемой зоне, но и получение их спектральных характеристик, позволяющих, в частности, достоверно обнаружить обитаемые планеты.

Проект «Звездный патруль» предлагается для внесения в Федеральную космическую программу России на 2016-2025 гг. По проекту «Звездный патруль» с 2012 года проводится НИР, далее планируется создать измерительный комплекс на стадиях ОКРа и планировать летную эксплуатацию для решения научных задач.
Ссылки:

ИКИ РАН

отдел 53 ИКИ РАН

Совет РАН по космосу - Секция Солнечная система

exoplanet.eu
exoplanets.org
Постоянно обновляемые и наиболее полные интернет-каталоги экзопланет

Литература по экзапланетной тематике
Библиография интернет-каталога exoplanet.eu

Проект "Звездный патруль", 2014
Сайт разработан и поддерживается лабораторией 535 (отдел 53) Института космических исследований Российской академии наук. Полное или частичное использование размещённых на сайте материалов возможно только с обязательной ссылкой на сайт проекта "Звездный патруль"