Космические и наземные телескопы для наблюдения экзопланет: что лучше?

[bob]

Вопрос: возможно ли в будущем появление телескопа, который может получить такую же фотографию за несколько секунд? Позволят ли технологии достичь такого в принципе?

Нет, Не позволят. Потому что нужна огромная площадь зеркал. Сотни квадратных километров, как минимум. Потому, что чувствительность фотоприёмников близка к физическому пределу, и дальше светосилу можно наращивать только апертурой.

позволят ли технологии вообще создать телескоп, который будет способен увидеть космическую станцию диаметром ~1 км около планеты размером с Землю в другой звездной системе на расстоянии от нас в 5-50 световых лет? Или так или иначе, эффект рассеивания, помехи, искажения и т.п. никогда не позволят нам увидеть подобный объект?

Не позволят. Другое дело, что уже в ближайшем будущем технологии позволят строить оптические и радио- телескопы очень высокого разрешения (но не светосилы). Интерферометры на основе систем широко разнесённых разрезных зеркал. Например, штук пять-шесть хабблов, работающих синхронизированно на расстоянии нескольких сотен метров или нескольких километров друг от друга на орбите. вполне позволят различить относительно мелкие детали на поверхностях других звёзд и планет. Затруднение представляет сама синхронизация их работы - они должны быть спозиционированы друг относительно друга с точностью до длины полуволны наблюдаемого диапазона. Это очень сложно. Но, думаю, с этим со временем справятся. Максимум, что из этого можно выжать - картинку другой звезды или экзопланеты как Солнца и Марса в небольшой любительский телескоп. Суммарная коллективная апертура будет огромная, но светосила будет не больше, чем у тех же нескольких хабблов. Достаточно мелкие детали, чтобы судить о присутствии жизни, получить не получится. Но самые общие представления о наличии атмосферы, облачности, континентов, пятен, факелов, протуберанцев, корональной активности и т.п. - будет можно. Предел разрешения деталей на снимках в таких схемах будет диктоваться максимально достижимой точностью лазерных интерферометров и дальномеров, контролирующих точность позиционирования разнесённых элементов конструкции друг относительно друга.

P.S. Нечто подобное существует и сейчас. Например, в Австралии есть интерферометр из двух зеркал на кольцевых рельсах, с диаметром кольца около девяносто метров. На нём измеряют фактические размеры звёзд. Если бы не мешала атмосфера и зеркал было не два, а больше, можно было бы, к примеру, легко наблюдать детали поверхности Бетельгейзе, Альтаира  или Сириуса в прямом фокусе в реалтайме. Вот когда такие штуки осилят вывести на орбиту, тогда и начнётся то, о чём я выше писал.

[Грехов Михаил]

Это очень сложно. Но, думаю, с этим со временем справятся. Максимум, что из этого можно выжать - картинку другой звезды или экзопланеты как Солнца и Марса в небольшой любительский телескоп. Суммарная коллективная апертура будет огромная, но светосила будет не больше, чем у тех же нескольких хабблов.

К этому стоит добавить то, что искусственный объект он не такой большой. Даже если взять сегодняшнюю эм... пирамиду Хеопса, небоскреб "Бурдж Халифа" и др-самые большие объекты, то они мало рассеивают света от звезды. И даже зафиксировать такое будет проблемно. Будь это на орбите скажем вокруг Альфы Центавра.

Увидеть какой-то астероид и др. у соседней звезды -совершенно нереально. Даже просто тупо наличие оного в оптике.

[AnZr]

Я полагал, что даже если мы будем способны увидеть искусственный объект ~1 км просто как слабое размытое пятнышко без деталей, этого уже будет достаточно, чтобы судить о его искусственном происхождении. Скорее всего его движение у орбиты планеты будет выходить за рамки движения естественных объектов (коррекция орбиты двигателями и т.п.);

Получается, человечество никогда не создаст инструмент, способный выявить искусственный объект на расстоянии до 50 световых лет?

[bob]

Получается, человечество никогда не создаст инструмент, способный выявить искусственный объект на расстоянии до 50 световых лет?

Получается, что никогда. Понимаете, для того, чтобы обнаружить следы разумной деятельности, разрешение должно быть хотя бы как у объективов первых спутников геозондирования. С меньшим разрешением, невооружённым глазом, с орбиты Земля до сих пор выглядит практически необитаемой. Добиться же такого разрешения на расстоянии в десятки парсек - технологически не реально. Теоретически у разрезного многолучевого интерферометра нет пределов по разрешению. Но практически - контроль точности поверхности больших инструментов имеет разумные пределы. Вы можете запустить несколько зеркал на расстояние хоть в астрономические единицы друг от друга, ожидая от них соответствующей эквивалентной апертуры, но Вам не удастся их спозицонировать, и они будут работать в разнобой, не собирая пучок с ожидавшейся точностью. Полагаю, что предел коллективной эквивалентной апертуры - от силы сотни метров. Ну, если быть ультраоптимистом, то несколько километров. Но всё равно этого мало, например, для того, чтобы определить даже точные контуры экзоЕвразии на экзоЗемле около Проксимы (то, что она есть, Вы увидите в виде размытого пятна, но отличить экзоСкандинавию от экзоКамчатки не сможете).

[Грехов Михаил]

Получается, человечество никогда не создаст инструмент, способный выявить искусственный объект на расстоянии до 50 световых лет?

Выявить или пронаблюдать и оценить его искусственность в оптике? А вдруг этот объект будет странным образом менять орбиту? Что-то излучать в радиодиапазоне? Применяя весь арсенал методов наблюдения и логики быть может и можно понять это, даже если это будет наблюдаться как точка. Но таки конечно он должен быть гигантским.... что затруднительно.

[ВадимZero]

В связи с этим вопрос: позволят ли технологии вообще создать телескоп, который будет способен увидеть космическую станцию диаметром ~1 км около планеты размером с Землю в другой звездной системе на расстоянии от нас в 5-50 световых лет?

Станцию, скорей всего нет, а вот огни ночного освещения возможно.

[Грехов Михаил]

Огни ночного освещения не увидит. Слишком слабы. 1км станция-нет, слишком слаба даже для точечного восприятия.

[bob]

Огни ночного освещения не увидит. Слишком слабы.

Дело даже не в том, что они слишком слабы. Для того, чтобы понять, что это именно ночное освещение, надо видеть структуру. Если мы видим вместо планеты даже не одно размытое пятно, кружок Эри, а набор размытых пятен на местах континентов и полярных шапок, лишнее свечение городских огней оказывается размытым по большим территориям и вполне чернотельным (частоты мерцаний в разных электросетях разные, спектры ламп тоже). Ну и как его диагностировать? Может быть, это просто рассеяние солнечного света в атмосфере... Возьмите фотографию ночной стороны Земли и включите "размытие" в фотошопе. Даже на самых малых значениях размытия, ночные городские огни для Вас "пропадут", и Земля станет "необитаемой".

[Случайный гость]

Максимум, что из этого можно выжать - картинку другой звезды или экзопланеты как Солнца и Марса в небольшой любительский телескоп.

При непрерывном мониторинге можно будет отождествить суточное и годовое вращение планеты с периодическими изменениями радиоизлучения. Это станет доказательством, если цивилизации на данной планете соответствует нашей в ХХ столетии.

[FRIM@N]

Нет, Не позволят. Потому что нужна огромная площадь зеркал. Сотни квадратных километров, как минимум. Потому, что чувствительность фотоприёмников близка к физическому пределу, и дальше светосилу можно наращивать только апертурой.

Сейчас это невозможно, но есть вероятность что в далеком будущем все же может быть создан. К примеру для минимизации внешних возмущающих факторов построить телескоп за пределами солнечной системы и диаметром зеркала миллион километров. С зеркалом такого диаметра вполне можно будет различать детали на поверхности планет в радиусе как минимум 50 световых лет.
Сейчас это это звучит как фантастика, но буквально 100лет назад за точно такую же фантастику посчитали бы телескоп Хабл который сейчас летает по орбите 
Плюс есть куда расти приемникам изображения. Электронно оптически усилители позволяют усиливать сигнал практически в сотни тысяч раз. Если совместить их с ПЗС а это уже частично сделано в EMCCD, плюс использовать вычислительные мощности то можно строить изображение из отдельных фотонов.
Создание сверх большого космического телескопа экономически выгодней запусков межзвездных зондов. За единицу времени можно обработать гораздо большее количество объектов. В том числе на пригодность экзопланет к жизни и наличию оной на них.
Поэтому я солидарен с ТС. Первые доказательства внеземной разумной жизни могут быть получены только с помощью сверхмощных телескопов, которые пока еще не созданы.

[vsf]

В этой теме никто не упомянул про технологию гравитационного линзирования. Уже сейчас с помощью этой технологии обнаруживают самые далекие экзопланеты (на удалениях в тысячи световых лет), и даже видят обычные звезды на удалениях в миллиарды световых лет.

http://za-neptunie.livejournal.com/251479.html
http://za-neptunie.livejournal.com/253137.html
https://archive.stsci.edu/proposal_search.php?id=14528&mission=hst

To determine the nature of the lensed source, we acquired optical imaging with the FrontierSN program and the rest-frame UV-through-optical spectral energy distribution is consistent with that of a B supergiant star with a pronounced Balmer break at redshift z=1.49. We have concluded that the object is likely the first example of a star observed crossing a cluster caustic and is probably magnified by a factor of hundreds of thousands to more than a million.

То есть один и тот же телескоп, а за счет линзы он видит объект в миллион раз (на 15 звездных величин) более тусклый, чем обычный. Когда человечество освоит гравитационные (электромагнитные) фокусы Солнечной Системы, то вполне может оказаться, то никакие телескопы в миллионы км и не будут нужны.

[Goodricke]

Уже сейчас с помощью этой технологии обнаруживают самые далекие экзопланеты (на удалениях в тысячи световых лет), и даже видят обычные звезды на удалениях в миллиарды световых лет.

Да. http://ria.ru/science/20160126/1364959164.html

[vsf]

http://ria.ru/science/20160126/1364959164.html

Эта планета была обнаружена с помощью фотографирования на достаточно небольшом удаление от Земли. Прикрепил к сообщению список самых далеких известных экзопланет (видно что большинство из них открыты с помощью микролинзирования). До самых далеких из них почти 30 тысяч световых лет. Хотя Хабблу удалось немного потеснить метод микролинзирования за счет своей недельной кампании по поиску транзитных планет в Балдже галактики (проект SWEEPS).

[Olweg]

То есть один из тот же телескоп, а за счет линзы он видит объект в миллион раз (на 15 звездных величин) более тусклый, чем обычный. Когда человечество освоит гравитационные (электромагнитные) фокусы Солнечной Системы, то вполне может оказаться, то никакие телескопы в миллионы км и не будут нужны.

Идея заманчивая, но для этого нужен телескоп в 1000 ае от Солнца, причём точно на линии звезда-Солнце. То есть для кажого объекта наблюдения должен быть построен отдельный телескоп.

[megavoltt71]

А обязательно искать объекты в оптическом диапазоне? Компоненты интерферометра можно вывести в космос, как тот же "Радиоастрон"

[Грехов Михаил]

Когда человечество освоит гравитационные (электромагнитные) фокусы Солнечной Системы, то вполне может оказаться, то никакие телескопы в миллионы км и не будут нужны.

Не освоит. Потому как гравитационная линза по свойствам не одно и то же что и оптическая. У гравитационной по сути дела изображения нет совсем.  Создавать управляемую гравитационную линзу ни одной цивилизации не под силу.

[kama]

А метаматериалы Веселаго помогут? Вроде в микроскопии что -то там они продвинули.

[Грехов Михаил]

Нет. Ключевое-создание очень большого телескопа (то бишь зеркала). От этого не уйдешь никак. Даже что-то из метаматериала должно быть очень большим.  А "фиктивно" при помощи гравитации или еще как-нибудь -сложно и тоже непросто.

Интереферометр может помочь. Но опять таки суммарная собирающая поверхность у него будет невелика. А значит и чувствительности особо не будет. Да и картины, получаемые им вовсе не обычное оптическое изображение.

[AnZr]

. К примеру для минимизации внешних возмущающих факторов построить телескоп за пределами солнечной системы и диаметром зеркала миллион километров.

Может тогда быстрее и проще попробовать найти такой огромный объект у другой цивилизации нашими обычными телескопами? Но пока ничего подобного найдено не было.

[Грехов Михаил]

А есть ли такие цивилизации? Есть ли такой гигантский объект, да еще и явно выглядящий как искусственный?  Да и телескопов таких нет.

Говорю же-телескоп в километр-чуть видим диск Солнца на расстоянии 4.3 св. года. Но не видим диск Земли и даже Юпитера. У нас пока что телескопы в проекте диаметром 39 метров. Километра нет и не будет в ближайшее время. Да и в километровый ничего не увидим.

На сегодня этот "огромный объект" должен быть настолько огромным, что малореально такой построить.