За последние три десятилетия астрономы обнаружили уже тысячи экзопланет — миров, обращающихся вокруг других звёзд. Среди них встречаются гиганты, похожие на Юпитер, раскалённые каменистые планеты, ледяные миры и объекты, не имеющие аналогов в Солнечной системе. Однако главная цель современной астрономии остаётся неизменной: найти планету, максимально похожую на Землю, где могли бы существовать условия для жизни.
Проблема заключается в том, что даже самые современные телескопы получают чрезвычайно слабый сигнал от далёких экзопланет. Свет их звёзд настолько яркий, что буквально затмевает всё остальное. Поэтому исследователи постоянно ищут способы извлечь из наблюдений больше информации. Одним из наиболее перспективных направлений неожиданно стала квантовая физика — область науки, которую обычно связывают с устройством атомов и элементарных частиц, а не с поиском далёких планет.
Почему искать землеподобные миры так сложно
Даже крупнейшие современные телескопы сталкиваются с фундаментальной проблемой.
Экзопланеты находятся на огромных расстояниях от Земли.
При этом они:
- значительно меньше своих звёзд;
- почти не излучают собственного света;
- отражают лишь небольшую часть света родительской звезды;
- располагаются рядом с чрезвычайно ярким источником излучения.
Из-за этого изображение самой планеты оказывается крайне слабым.
Во многих случаях исследователи работают буквально с отдельными фотонами — мельчайшими порциями света.
Каждый фотон имеет значение
Когда речь идёт о настолько слабых сигналах, потеря даже небольшой части информации становится серьёзной проблемой.
Именно здесь появляются ограничения классических методов наблюдений.
Даже идеально построенный телескоп не способен получить информации больше, чем содержится в приходящем свете.
Поэтому возникает вопрос: можно ли использовать каждый зарегистрированный фотон максимально эффективно?
Именно на этот вопрос пытаются ответить исследователи.
Как связаны квантовая физика и астрономия
На первый взгляд эти области науки кажутся совершенно разными.
Однако любой свет подчиняется законам квантовой физики.
Каждый фотон обладает определёнными свойствами, которые могут содержать дополнительную информацию об объекте, испустившем или отразившем этот свет.
Если научиться извлекать эти сведения более эффективно, можно значительно повысить возможности астрономических наблюдений без необходимости строить телескопы принципиально нового размера.
Новый подход к обработке света
Учёные предлагают использовать методы квантовых измерений, позволяющие анализировать поступающий свет иначе, чем это делают традиционные оптические приборы.
Речь идёт не о «квантовом телескопе» в привычном понимании.
Скорее речь идёт о новых способах регистрации и обработки сигнала.
Главная идея состоит в том, чтобы уменьшить потери информации во время измерений.
Почему это может изменить поиск экзопланет
Современные инструменты уже достигли очень высокого уровня.
Однако существуют фундаментальные пределы точности, связанные с особенностями измерений.
Квантовые методы позволяют приблизиться к этим пределам значительно ближе.
В результате можно:
- точнее разделять свет звезды и планеты;
- обнаруживать более слабые объекты;
- получать больше информации из того же объёма наблюдений;
- повышать качество изображений без увеличения размеров телескопов.
Не только новые телескопы
Обычно развитие астрономии связывают со строительством всё более крупных обсерваторий.
Действительно, большие зеркала собирают больше света.
Но существует и другой путь развития.
Можно совершенствовать способы обработки уже получаемых данных.
Если удастся эффективнее использовать информацию, содержащуюся в свете, возможности существующих и будущих телескопов существенно возрастут.
Землеподобные планеты особенно трудно обнаружить
Газовые гиганты найти относительно проще.
Они крупнее и сильнее влияют на свои звёзды.
Планеты, похожие на Землю, значительно меньше.
Кроме того, они отражают намного меньше света.
Именно поэтому поиск потенциально обитаемых миров считается одной из самых сложных задач современной астрономии.
Любое повышение чувствительности наблюдений здесь особенно важно.
Следующий этап — изучение атмосфер
Сам факт обнаружения планеты ещё не означает, что её можно назвать пригодной для жизни.
Необходимо исследовать её атмосферу.
Учёных интересует наличие:
- водяного пара;
- кислорода;
- углекислого газа;
- метана;
- других химических соединений.
Именно слабый свет, прошедший через атмосферу далёкой планеты, может рассказать о её составе.
Чем точнее удаётся измерить этот сигнал, тем больше информации получают исследователи.
Квантовые методы помогут будущим обсерваториям
В ближайшие десятилетия планируется создание новых сверхмощных телескопов как на Земле, так и в космосе.
Их возможности будут значительно превосходить современные инструменты.
Использование квантовых методов обработки света позволит ещё сильнее увеличить эффективность таких наблюдений.
Это особенно важно для поиска объектов, находящихся на границе возможностей современной техники.
Речь не идёт о нарушении законов физики
Иногда словосочетание «квантовые технологии» создаёт впечатление, будто речь идёт о каком-то принципиально новом способе видеть Вселенную.
На самом деле исследователи не пытаются обойти законы природы.
Наоборот, они стремятся использовать их максимально полно.
Квантовая физика определяет фундаментальные свойства света, и новые методы позволяют учитывать эти особенности при проведении измерений.
Почему поиски «второй Земли» продолжаются
Сегодня известно множество планет, находящихся в так называемой зоне обитаемости своих звёзд.
Однако этого недостаточно.
Необходимо определить:
- размеры планеты;
- массу;
- плотность;
- состав атмосферы;
- температуру поверхности;
- наличие жидкой воды.
Для решения всех этих задач требуется исключительно высокая точность наблюдений.
Астрономия всё больше зависит от новых методов анализа
Современная наука развивается не только благодаря новым приборам, но и благодаря новым способам работы с данными.
Во многих случаях именно совершенствование методов обработки позволяет получать открытия без радикального изменения оборудования.
Квантовые технологии становятся ещё одним примером такого подхода.
Они открывают возможность извлекать больше информации из уже доступного света, а значит — расширяют возможности астрономии.
Новый инструмент в поисках обитаемых миров
Поиск планет, похожих на Землю, остаётся одной из главных задач современной науки. Чтобы обнаружить действительно потенциально обитаемый мир, недостаточно просто зарегистрировать слабую точку света рядом с далёкой звездой. Необходимо получить максимально подробную информацию о её свойствах, а это требует всё более совершенных методов наблюдений.
Использование квантовых принципов может стать важным шагом в этом направлении. Если предложенные методы подтвердят свою эффективность на практике, будущие телескопы смогут работать значительно точнее, а вероятность обнаружения настоящих землеподобных миров заметно возрастёт. Возможно, именно сочетание новых космических обсерваторий и квантовых технологий приблизит человечество к одному из самых долгожданных открытий — обнаружению планеты, действительно напоминающей Землю.
Источники:
Статья создана по материалам UniverseToday.com
