Вторая жизнь "Кеплера"

Космический телескоп Кеплер. Архивное фото
У телескопа "Кеплер" не так давно произошла поломка, которая не позволяет аппарату нормально работать. О том, как его теперь использовать, рассказал астроном Артем Тунцов.

Космический телескоп "Кеплер" стал одним из самых результативных проектов по поиску экзопланет. К несчастью, после отказа системы ориентации он не может работать в нормальном режиме. Астроном Артем Тунцов, сотрудник Астрономического института имени Штернберга МГУ и австралийского института Manly Astrophysics рассказывает о возможных вариантах будущей судьбы телескопа.

НАСА собирает предложения по использованию "шпионских" телескопов
Последний раз такое случалось года два назад. Американские спецслужбы, отчаявшись приспособить два телескопа вполне  "хаббловского" масштаба для чего-то путного, отдали их астрономам. Астрономы быстро придумали массу вариантов, что с ними делать. Правда, пока дело заглохло: бюджета с трудом хватает даже на текущие космические проекты, денег на новый космический телескоп, даже если вся оптика для него готова, нет.

Но сейчас все еще лучше — телескоп не только полностью построен, он уже запущен и великолепно себя зарекомендовал. И вот уже третий месяц ждет предложений, как его использовать.

Речь, конечно, о "Кеплере". За четыре года на орбите аппарат уже вошел в историю, качественно изменив наши представления о других мирах. Раньше мы могли только надеяться, верить и экстраполировать, а теперь — знаем, что у большинства звезд в Галактике есть планетные системы, и многие из них похожи на нашу. Их настолько много, что если б на каждой подходящей для земной жизни планете жила бы похожая на нас цивилизация, то получить ответ на наше послание в космос можно было бы рассчитывать в пределах одной человеческой жизни.

Мы, конечно, не знаем, есть ли на каждой подходящей планете жизнь, и не очень понимаем, что для этого нужно. Но это уже проблемы геологов и биологов, а астрономы свое дело сделали. Благодаря "Кеплеру" мы знаем, что похожие на Землю планеты, на которых может плескаться океан, есть, их много. А это вопрос даже не научного, а более общего, культурного порядка.

Новые идеи

11 новых планетных систем, открытых Кеплером
Ученые надеются отыскать еще много планет, используя данные "Кеплера"
Однако уже почти полгода "Кеплер" не может работать так, как делал это предыдущие четыре года. В мае у телескопа отказал второй гиродин, а без него "Кеплер", как канатоходец без шеста, не может удерживать равновесие в порывах солнечного ветра. Звезды плывут по пикселям приемника, которые чуть-чуть, но отличаются друг от друга по чувствительности. Насколько отличаются — неизвестно, до отказа гиродинов это было не важно, но теперь рассчитывать на прежнюю точность измерения блеска (примерно 0,003%) не приходится. Заметить, что звезда вроде Солнца "мигнула", когда по ней проползала планета вроде Земли, больше не получится. Нужна или планета посолиднее, или звезда пожиже, а "Кеплер" запускали не ради этого.

Но просто так списывать великолепный инструмент, у которого все, кроме этих двух несчастных гиродинов, работает, как часы, жалко. И в начале августа, еще до того как НАСА оставило попытки "оживить" отказавшие модули, команда "Кеплера" попросила идей — чем бы еще хорошим занять космический телескоп. Ответов набралось больше сорока, включая c десяток скучных, пару совершенно непродуманных и даже одну жалкую попытку получить под этот шум работу и признание.

Вообще говоря, 40 предложений за месяц — это не так уж много. На "Хаббл", к примеру, в сезон подается больше тысячи заявок. Но "Кеплер" — телескоп специфический. К примеру, разрешение его приемника в десятки раз уступает разрешению его же оптики — ситуация прямо противоположная той, что встречается с дешевыми мыльницами, качество фотографий которых из-за низкого качества оптики зачастую и близко не стоит к формальному количеству мегапикселей их матриц. "Кеплеру" такой несуразный масштаб изображений для того, чтобы на приемнике (который и так не маленький, 100 мегапикселей) поместилось как можно больше подходящих звезд. При этом в реальности используются лишь несколько процентов площади приемника, и даже их земные астрономы в рутинном режиме не видят. Вместо этого на борту аппарата из изображений вычленяется блеск интересующих звезд, и только эти измерения уже поступают на Землю.

К счастью, алгоритм обработки изображений можно настраивать, чем и предлагают воспользоваться авторы некоторых предложений. Но нынешняя программа появилась тоже не от хорошей жизни — для постоянной передачи полных картинок на Землю не хватает ни ширины канала связи (аппарат сейчас на расстоянии Марса), ни памяти на борту. Поэтому какова бы ни была программа новая, мы сможем либо смотреть на небольшие кусочки поля зрения с хорошей частотой смены кадров, либо получать полные картинки, но очень редко (и с довольно плохим, хуже самого простенького любительского телескопа, разрешением мелких деталей).
Чтобы сегодня, большие, и по три — не получится. Кроме того, команда "Кеплера" явно не в восторге от возможности кардинального пересмотра его modus operandi, потому что нынешний алгоритм за четыре года себя проявил отлично, а сколько придется вылавливать ошибки в его замене — никому пока не ясно.

Космический телескоп Кеплер. Архивное фото
Команда телескопа "Кеплер" скоро объявит об открытии тысячи экзопланет
Большинство предложений можно отнести к одному из трех типов. Первые предлагают продолжать искать планеты, хотя и расходятся — где, какие, как и для чего. Вторые хотели бы, чтобы "Кеплер" занимался фундаментальной астрофизикой — строением и эволюцией звезд. И третья, разношерстная группа содержит предложения по исследованиям в Солнечной системе, внегалактической астрономии и даже борьбе с космическим мусором (последняя, правда, как раз из числа недопродуманных); в третьей группе явно выделяются два проекта по поиску угрожающих Земле астероидов.

Больше планет

Наибольшее разнообразие в первой группе. Предложения здесь разнятся от ультраконсервативных — вовсе не менять программу наблюдений и довольствоваться решением того ограниченного круга задач, на которые теперь хватает точности, до откровенно "венчурной" астрофизики в виде предложения искать планеты с помощью гравитационного микролинзирования — проекта с невысокими, по признанию авторов, шансами на успех, но с большой отдачей в виде измерения самых интересных параметров планетной системы, если дело выгорит.

Среди консерваторов главный ученый нынешней миссии Уильям Боруцкий.

Планета  Kepler-37b, взгляд художника
Телескоп "Кеплер" обнаружил микро-экзопланету размером с Луну
"Отец" "Кеплера" считает, что аппарат должен продолжить наблюдения все той же площадки неба, на которую смотрел последние четыре года, чтобы найти как можно больше планет в "жилой" зоне — то есть на таком расстоянии от своей звезды, где может находиться жидкая вода. Ничего подобного Земле аппарат разглядеть уже не сможет, однако точности должно хватить для обнаружения планет побольше. Впрочем, "двойников Земли" можно будет попробовать распознать там, где  другие, более крупные планеты уже найдены — по отклонениям, которые притяжение невидимых планет вносит в расписание звездных "миганий" от затмений более крупными планетами. Поскольку звезд с уже найденными планетами всего порядка тысячи — в сто раз меньше того числа, за которыми "Кеплер" следил предыдущие четыре года, их блеск можно измерять чаще без риска перегрузить канал связи, отыграв не вполне ясные шансы точностью, с которой можно будет определить параметры невидимых планет.

Вообще, у сторонников оставить "Кеплер" нацеленным в нынешнем направлении есть один убийственный аргумент — те данные, которые накоплены за 4 года, и которые будут становиться только ценнее с каждым новым днем наблюдений той же площадки. Соперники способны парировать лишь грубоватым "и что нам от этих планет, уже открытых или ждущих обнаружения? какие приоритетные научные задачи это помогает решать?". (Что в очередной раз подтверждает, какую революцию произвел "Кеплер": пять лет назад сомневаться в ценности обнаружения каждой новой планеты и в голову б никому не пришло.) В качестве приоритета предлагается, к примеру, разобраться, откуда берется и как поддерживается популяция "горячих юпитеров" — планет-гигантов, обращающихся в непосредственной близости от своих звезд. Особенно интересно, как это происходит у молодых звезд.

Другой пример — поиск планет, которые можно будет подробно исследовать, прямо сейчас или в ближайшем будущем. Здесь в фаворе карликовые звезды, на неярком фоне которых планеты выглядят достаточно контрастно, чтобы заметить в спектре звезды следы, оставленные атмосферой планеты. Если среди этих следов будут вода и кислород, недолго поверить и в жизнь — мы не знаем как, помимо фотосинтеза, можно поддерживать в атмосфере концентрацию такого химически активного газа, как кислород, в чистом виде. В пользу карликов и более фантастический аргумент — поскольку далеко их не видно, мы одновременно концентрируемся на планетах, ближайших к Земле, к которым можно отправить исследовательский аппарат в рамках научной фантастики, не обращаясь к фантастике менее научной.

Наконец, из разряда крайней экзотики — поиски планет не просто у звезд-карликов, а у белых карликов — сверхплотных остывающих ядер звезд, которые свою жизнь уже прожили. Остывать они могут миллиарды лет, а наблюдения показывают, что планеты у них бывают, хотя до конца и не ясно, откуда. В принципе, нескольких миллиардов лет спокойного существования нашей Земле хватило, чтобы здесь зародилась жизнь, так почему заранее списывать со счетов планеты белых карликов? Экзотика, конечно, но интересная и по-своему красивая. Впрочем, в типичном поле зрения "Кеплера" подходящих белых карликов — около сотни, а с необходимым временным разрешением аппарат может следить за 500 объектами, так что налицо нерациональное использование ресурсов. Зато авторы проекта обещают за полгода найти целую сотню планет, движущихся в жилой зоне мертвой звезды.

Звезды изнутри

Другая группа проектов — исследования внутреннего строения звезд и его возрастных изменений с возрастом звезды. В качестве исследовательского инструмента здесь выступают колебания звезды — и масштабные пульсации, связанные с периодической перестройкой ее внутренних слоев, и слабенькие, чисто механические волны, не так уж отличающиеся от сейсмических волн в теле Земли. И те, и другие выливаются в изменения блеска, но если первые хорошо видно и с Земли (а потому их исследователям — они тоже подали пару проектов — будет ОЧЕНЬ трудно убедить НАСА, что поддержать надо именно их), то для изучения вторых сверхточные измерения из космоса оказались незаменимы.

Точность здесь нужна примерно такая же, как для обнаружения крохотных "миганий" от затмений планетами, потому уже не первый десяток лет астросейсмология и поиск внесолнечных планет идут рука об руку.

Сначала небольшой канадский космический телескоп MOST, потом по большей части французский CoRoT, за ним — американский "Кеплер". И у каждого были и планетная программа, и астросейсмологическая (собственно, только у "Кеплер" планетная — на первом месте), так что исследователи физики звезд не считают себя бедными родственниками и не испытают ни малейшего угрызения совести, если они будут использовать оставшийся при двух гиродинах "Кеплер" сугубо для своих целей. Впрочем, и опыта с реальными данными у них куда больше, так что в оценках возможных успехов "уполовиненного" "Кеплера" астросейсмологи гораздо сдержанней.

А вот два других проекта по физике звезд в состоянии удовлетвориться той точностью измерений, которую космический телескоп может гарантировать даже с двумя гиродинами. Первый касается скорости вращения звезд, которую оценивают по характерному изменению их яркости, когда звезда поворачивается к нам то пятнами, то более чистой стороной. Как показывают наблюдения, чем старше звезда, тем, при прочих равных условиях, медленнее она вращается. Но вот как раз для самых интересных, сравнительно старых звезд, зависимость между периодом вращения и возрастом известна плохо. "Кеплер" дает астрономам шанс закрыть эту лакуну — и получить простой и удобный способ измерения возраста наиболее распространенных в окрестностях Солнца звезд.

Второй проект — изучение затменно-переменных пар, в которых две звезды вращаются друг вокруг друга и периодически затмевают одна другую. Такие пары — своего рода золотой стандарт звездной астрофизики. Астрономы к ним относятся с большим пиететом, потому что измерение их кривых блеска позволяет получить очень точные значения физических параметров обеих компонент — массы, размеров, температур и так далее, что очень жестко проверяет теории внутреннего строения звезд. Здесь тоже есть свой пробел — широкие пары с периодом вращения около года и более. Заметить их в земных обсерваториях сложно из-за смены сезонов, "Кеплер" же следит за одним и тем же полем уже четыре с лишним года.

Стоит ли говорить, что переводить телескоп на другую площадку неба исследователи затменных переменных категорически не рекомендуют.

Мусор и астероиды

Обычно, когда объявляют открытый конкурс на не вполне профильное использование специализированного прибора, преследуют две цели. Первая довольно неприглядная — чтобы на фоне того паноптикума откликов, который последует, более выгодно смотрелось консервативное предложение оставить все, как есть. Вторая благородней — а чем черт не шутит, вдруг кто-то действительно выдумает прибору какое-то полезное, а то и прорывное, применение, о котором никто до сих пор не задумывался. Поскольку в астрономической науке все и так более или менее на виду, риск реализации второго варианта невелик.

Однако в случае с "Кеплером" особого паноптикума не получилось.

Откровенно курьезных предложений всего два. Первое — искать космический мусор по фоне Земли, автор которого в духе ученых XVII века принял расфокусированные изображения звезд на матрице "Кеплера" за изображения их дисков. Второе — подсвечивать поле зрения космического телескопа с Земли лазером, чтобы помочь ему в поисках околоземных астероидов и комет; здесь автор рассчитал потребную мощность лазера и даже прикинул бюджет, но не стал обращать внимания на такие мелочи, как местонахождение и технические возможности телескопа, который решил использовать. Остальные предложения вполне пристойные — где-то предсказуемые, иногда до скучного, где-то неэффективные, где-то бессмысленные, но ничего экстраординарного.

А вот неожиданное и интересное предложение среди откликов нашлось — даже два, и оба они касаются поиска околоземных астероидов и прочих угрожающих нашей планете объектов; пусть и без лазера. По расчетам обеих групп, "Кеплер" сможет почти удвоить темпы обнаружения потенциально опасных астероидов и поможет НАСА найти 90% таких объектов к 2020 году. Такую задачу перед агентством поставил американский Конгресс, и вот уже 8 лет этим "Актом Джорджа Брауна-младшего" (названным в честь покойного конгрессмена, добивавшегося его принятия) ученые беззастенчиво пользуются. Без "Кеплера" выполнить задание в срок будет вряд ли возможно, а кроме того он в состоянии находить астероиды, угрожающие нашей планете с внутренней стороны орбиты, которые мы с Земли, глядя против Солнца, увидеть вовсе не в состоянии.

Правда, оба проекта по поиску астероидов предлагают существенные изменения в программном обеспечении "Кеплера", связанные, как и прежде с ограниченностью канала связи. Следы астероидов, которые медленно перемещаются среди звезд, предлагается искать сразу на борту космического аппарата. Притом один из предложенных алгоритмов даже не требует стабилизации — звезды могут плыть по матрице, главное, что они поплывут не так, как астероиды. Предполагается, что поиском следов займется бортовой процессор, который сейчас складывает и сжимает кривые блеска. К сожалению, хватит ли его ресурсов, ни один из проектов не оценивает, но оба выглядят вполне убедительно — и по проработке многих других деталей, и по авторскому составу.

Есть и другие предложения: наблюдать комету Чурюмова-Герасименко, планету Нептун, ядра далеких галактик и что-то ещё. Более того, многие сходу оговаривают, что для полного выполнения их проектов требуется значительно меньше ресурсов, чем имеется у "Кеплера" и заранее соглашаются оставаться в статусе побочных. Есть и прожекты коренного изменения способов накопления и первичной обработки данных, которые обещают позволить выполнить оригинальную программу и без злосчастных гиродинов. Правда, характер изменений здесь еще более радикальный, чем при поисках астероидов, а оценки необходимых вычислительных ресурсов еще более туманны.

Заключение

Крайний срок подачи откликов прошел, и сейчас команда "Кеплера" взяла паузу на изучение и систематизацию полученных предложений. Если какое-то предложение или их комбинация команду устроит, с ноября они начнут готовить план миссии — с подробным расписанием и бюджетом, который представят уже начальникам НАСА. А дальше все будет зависеть от "большого" начальства. По идее, работа "Кеплера" была одобрена до 2016 года, но то была программа полноценного (почти — с одним отказавшим гиродином) телескопа, которая завершилась раньше срока. Захотят ли большие начальники тратить ограниченные ресурсы агентства на частично вышедший из строя аппарат? Сработает ли в очередной раз "Акт Джорджа Брауна-младшего"? Узнаем весной северного полушария. Если, конечно, еще раньше, в ноябре, команда "Кеплера" не объявит, что никаких путных предложений не получила. Или что-нибудь еще более интересное.

Космос
 
DirectAdvert





Наверх
Авторизация
He правильное имя пользователя или пароль
Войти через социальные сети
Регистрация
E-mail
Пароль
Подтверждение пароля
Введите код с картинки
He правильное имя пользователя или пароль
* Все поля обязательны к заполнению
Восстановление пароля
E-mail
Инструкции для восстановления пароля высланы на
Смена региона
Идет загрузка...
Произошла ошибка... Повторить
правила комментирования материалов

Регистрация пользователя в сервисе РИА Клуб на сайте Ria.Ru и авторизация на других сайтах медиагруппы МИА «Россия сегодня» при помощи аккаунта или аккаунтов пользователя в социальных сетях обозначает согласие с данными правилами.

Пользователь обязуется своими действиями не нарушать действующее законодательство Российской Федерации.

Пользователь обязуется высказываться уважительно по отношению к другим участникам дискуссии, читателям и лицам, фигурирующим в материалах.

Публикуются комментарии только на тех языках, на которых представлено основное содержание материала, под которым пользователь размещает комментарий.

На сайтах медиагруппы МИА «Россия сегодня» может осуществляться редактирование комментариев, в том числе и предварительное. Это означает, что модератор проверяет соответствие комментариев данным правилам после того, как комментарий был опубликован автором и стал доступен другим пользователям, а также до того, как комментарий стал доступен другим пользователям.

Комментарий пользователя будет удален, если он:

  • не соответствует тематике страницы;
  • пропагандирует ненависть, дискриминацию по расовому, этническому, половому, религиозному, социальному признакам, ущемляет права меньшинств;
  • нарушает права несовершеннолетних, причиняет им вред в любой форме;
  • содержит идеи экстремистского и террористического характера, призывает к насильственному изменению конституционного строя Российской Федерации;
  • содержит оскорбления, угрозы в адрес других пользователей, конкретных лиц или организаций, порочит честь и достоинство или подрывает их деловую репутацию;
  • содержит оскорбления или сообщения, выражающие неуважение в адрес МИА «Россия сегодня» или сотрудников агентства;
  • нарушает неприкосновенность частной жизни, распространяет персональные данные третьих лиц без их согласия, раскрывает тайну переписки;
  • содержит ссылки на сцены насилия, жестокого обращения с животными;
  • содержит информацию о способах суицида, подстрекает к самоубийству;
  • преследует коммерческие цели, содержит ненадлежащую рекламу, незаконную политическую рекламу или ссылки на другие сетевые ресурсы, содержащие такую информацию;
  • имеет непристойное содержание, содержит нецензурную лексику и её производные, а также намёки на употребление лексических единиц, подпадающих под это определение;
  • содержит спам, рекламирует распространение спама, сервисы массовой рассылки сообщений и ресурсы для заработка в интернете;
  • рекламирует употребление наркотических/психотропных препаратов, содержит информацию об их изготовлении и употреблении;
  • содержит ссылки на вирусы и вредоносное программное обеспечение;
  • является частью акции, при которой поступает большое количество комментариев с идентичным или схожим содержанием («флешмоб»);
  • автор злоупотребляет написанием большого количества малосодержательных сообщений, или смысл текста трудно либо невозможно уловить («флуд»);
  • автор нарушает сетевой этикет, проявляя формы агрессивного, издевательского и оскорбительного поведения («троллинг»);
  • автор проявляет неуважение к русскому языку, текст написан по-русски с использованием латиницы, целиком или преимущественно набран заглавными буквами или не разбит на предложения.

Пожалуйста, пишите грамотно — комментарии, в которых проявляется пренебрежение правилами и нормами русского языка, могут блокироваться вне зависимости от содержания.

Администрация имеет право без предупреждения заблокировать пользователю доступ к странице в случае систематического нарушения или однократного грубого нарушения участником правил комментирования.

Пользователь может инициировать восстановление своего доступа, написав письмо на адрес электронной почты moderator@rian.ru

В письме должны быть указаны:

  • Тема – восстановление доступа
  • Логин пользователя
  • Объяснения причин действий, которые были нарушением вышеперечисленных правил и повлекли за собой блокировку.

Если модераторы сочтут возможным восстановление доступа, то это будет сделано.

В случае повторного нарушения правил и повторной блокировки доступ пользователю не может быть восстановлен, блокировка в таком случае является полной.

Чтобы связаться с командой модераторов, используйте адрес электронной почты moderator@rian.ru или воспользуйтесь формой обратной связи.

Заявка на размещение пресс-релиза
Компания
Контактное лицо
Контактный телефон или E-mail
Комментарий
Введите код с картинки
* Все поля обязательны к заполнению
Заявка успешно отправлена