Lov na planete zunaj našega Osončja je v zadnjih desetletjih odkril na tisoče kandidatov. Večinoma gre za plinske velikane, ki segajo po velikosti od super-Jupiterjev do planetov velikosti Neptuna. Vendar pa je bilo tudi za nekatere ugotovljeno, da so po naravi "podobne Zemlji", kar pomeni, da so skalnate in krožijo v območjih, v katerih živijo njihove zvezde.
Žal je določiti, kakšni bi lahko bili pogoji na njihovih površinah, težko, saj astronomi teh planetov ne morejo neposredno preučiti. Na srečo je mednarodna ekipa, ki jo vodi fizik Santa Barbara UC Benjamin Mazin, razvila nov instrument, znan kot DARKNESS. Ta superprevodna kamera, ki je največja in najbolj izpopolnjena na svetu, bo astronomom omogočala zaznavanje planetov okoli bližnjih zvezd.
Študija ekipe, ki podrobno opisuje njihov instrument, z naslovom "TAMNJA: Mikrovalovni kinetični detektor induktivnosti, integralni poljski spektrograf za visoko kontrastno astronomijo", se je nedavno pojavila v Publikacije Astronomske družbe Tihega oceana. Skupino je vodil Benjamin Mazin, Worsterjev stol za eksperimentalno fiziko na UCSB, vključuje pa tudi člane Nasinega laboratorija za reaktivni pogon, Kalifornijskega tehnološkega inštituta, Fermijevega nacionalnega pospeševalnega laboratorija in več univerz.
V bistvu je znanstvenikom izjemno težko neposredno preučevati eksoplanete zaradi motenj, ki jih povzročajo njihove zvezde. Kot je Mazin pojasnil v nedavnem sporočilu za javnost UCSB, "je fotografiranje eksoplaneta izredno zahtevno, saj je zvezda veliko svetlejša od planeta, planet pa je zelo blizu zvezde." Tako astronomi pogosto ne morejo analizirati svetlobe, ki se odseva iz atmosfere planeta, da bi določili njegovo sestavo.
Te študije bi pomagale postaviti dodatne omejitve glede tega, ali je planet možno bivati ali ne. Trenutno so znanstveniki prisiljeni ugotoviti, ali bi lahko planet podpiral življenje glede na njegovo velikost, maso in oddaljenost od svoje zvezde. Poleg tega so bile izvedene študije, ki so določile, ali na površini planeta obstaja voda ali ne, in sicer glede na to, kako njena atmosfera izgublja vodik v vesolje.
Superprevodni spektrofotometer z energijo, ločen z infrardečim žarkom, imenovanim DARKN, prvi tonski polni spektrograf s 10.000 pikami želi to popraviti. V povezavi z velikim teleskopom in prilagodljivo optiko uporablja mikrovalovne kinetične detektorje induktivnosti, da hitro izmeri svetlobo, ki prihaja od daljne zvezde, nato pošlje signal nazaj v gumijasto ogledalo, ki se lahko v novo obliko oblikuje 2000 krat na sekundo.
MKID omogočajo astronomom, da določijo energijo in čas prihoda posameznih fotonov, kar je pomembno pri razlikovanju planeta od razpršene ali lomljene svetlobe. Ta postopek prav tako odpravlja šum branja in temni tok - glavni vir napak pri drugih instrumentih - in čisti atmosfersko izkrivljanje s pritiskom na zvezdno svetlobo.
Mazin in njegovi sodelavci že leta raziskujejo tehnologijo MKID v laboratoriju Mazin, ki je del UCSB-ovega oddelka za fiziko. Kot je pojasnil Mazin:
"Ta tehnologija bo zmanjšala kontrastno dno, tako da bomo lahko zaznali slabše planete. Upamo, da se bomo približali meji hrupa fotona, kar nam bo dalo kontrastna razmerja blizu 10-8, kar nam omogoča, da vidimo planete 100 milijonov krat bližje kot zvezda. Na teh kontrastnih nivojih lahko vidimo nekaj planetov v odbiti svetlobi, kar odpira popolnoma novo domenoto planetov za raziskovanje. Resnično navdušujoče je, da gre za tehnološko sled za naslednje generacije teleskopov. "
DARKNESS zdaj deluje na 200-palčnem Hale teleskopu v observatoriju Palomar v bližini San Diega v Kaliforniji, kjer je del ekstremno prilagodljive optike PALM-3000 in dvojnega korografa Stellar. V zadnjem letu in pol je ekipa opravila štiri vožnje s kamero DARKNESS, da je preizkusila njegovo kontrastno razmerje in se prepričala, ali deluje pravilno.
Maja se bo ekipa vrnila, da bo zbrala več podatkov o bližnjih planetih in pokazala svoj napredek. Če bo vse v redu, bo DARKNESS postal prva od številnih kamer, zasnovanih za upodabljanje planetov okoli bližnjih zvezd M (rdečega pritlikavca), kjer so v zadnjih letih odkrili številne skalnate planete. Najbolj opazen primer je Proxima b, ki kroži po najbližjem zvezdnem sistemu do našega (Proxima Centauri, približno 4,25 svetlobnih let).
"Upamo, da bomo nekega dne lahko zgradili instrument za tridesetmetrski teleskop, načrtovan za Mauna Kea na otoku Havaji ali La Palma," je dejal Mazin. "S tem bomo lahko fotografirali planete v bivalnih območjih bližnjih zvezd z nizko maso in iskali življenje v njihovi atmosferi. To je dolgoročni cilj in to je pomemben korak k temu. "
Poleg študije bližnjih skalnih planetov bo ta tehnologija astronomom omogočila tudi podrobnejši študij pulsarjev in določitev rdečega premika milijard galaksij, kar bo omogočilo natančnejše meritve, kako hitro se vesolje širi. To pa bo omogočilo podrobnejše raziskave, kako se je naše vesolje razvijalo skozi čas in kakšno vlogo igra temna energija.
Te in druge tehnologije, kot sta NASA-jeva predlagana vesoljska plovila Starshade in Stanford-ov mDot okulter, bodo v prihodnjih letih spremenili študije eksoplanetov. V kombinaciji s teleskopi nove generacije - kot je na primer James Webb vesoljski teleskop in Prehodni satelit za anketo Exoplanet (TESS), ki se je pred kratkim predstavil - astronomi ne bodo le lahko odkrili več na način eksoplanetov, ampak jih bodo znali opisati kot še nikoli prej.
