Кратко и по пунктам.
1) Преимущества и ограничения наземных телескопов
- Преимущества:
- Большие апертуры (сейчас и ближайшее будущее: ELT/ TMT/ GMT), т.е. большая светосила и разрешающая способность ($D$ — м).
- Возможность высокоспектральной работы с разрешением до $R\sim 10^5$ (важно для кросс-корреляции молекулярных спектров).
- Относительно низкая стоимость и возможность обслуживания/апгрейда инструментов.
- Ограничения:
- Атмосфера: турбулентность (нужна адаптивная оптика), поглощение и эмиссия (теллурические линии), непрозрачность в UV и части IR.
- Ограничения по контрасту и стабильности длительных измерений (профиль звезды меняется).
- Для прямой съёмки землеподобных планет требуется коррекция волнового фронта и экстремальная АО; остаточные волновые ошибки и небесный фон ограничивают контраст.
2) Преимущества и ограничения космических телескопов
- Преимущества:
- Отсутствие атмосферы → доступ к UV–mid‑IR, стабильный фон и PSF, высокая фотометрическая и спектральная стабильность.
- Лучшая возможность достижении крайне малого контраста (коронографы/звездные паруса). Для изображения «Земля–Солнце» нужен контраст порядка $\sim 10^{-10}$.
- Непрерывные длительные наблюдения без диурнальных эффектов.
- Ограничения:
- Ограниченные размеры апертуры из‑за запуска (дорого и сложно увеличить); ремонт/апгрейд затруднён.
- Стоимость и длительное время реализации миссий.
3) Требования к инструментам для поиска биосигнатур
- Контраст и угловое разрешение:
- Прямая съёмка землеподобной планеты у солнечного аналога: требуемый контраст $\sim 10^{-10}$ и малая угловая дистанция в пределах IWA порядка $\mathrm{IWA}\sim k\lambda /D$ (типично $k\sim 2-4$).
- Светосила и разрешение:
- Большая апертура для получения S/N на слабой отражённой/тепловой спектроскопии.
- Широкий диапазон длин волн: UV (O${}_3$), видимый (O${}_2$ A‑полоса $0.76\mu \mathrm{m}$), NIR (H${}_2$O, CH${}_4$, CO${}_2$), mid‑IR (тепловые полосы, N${}_2$O).
- Спектральное разрешение:
- Для выявления широких биомаркеров достаточно $R\sim 20-300$.
- Для выделения отдельных линий/кросс‑корреляции требуется высокое разрешение $R\sim 10^5$.
- Фотометрическая/спектральная стабильность:
- Для транзитной спектроскопии необходима точность сотни ppm → для земного атм. у солнечного аналога сигнал в транзите мал: глубина транзита Земли у Солнца $\approx {\left(R_{\oplus }/R_{\odot }\right)}^2\approx 8.4\times 10^{-5}$ ($\sim 84$ ppm); атмосферный сигнал ещё меньше.
- Радиальная скорость и масса:
- Для оценки массы и плотности планеты нужна точность RV порядка см/с (амплитуда земного аналога $\sim 9cm/s$).
- Дополнительные требования:
- Измерение спектра и UV‑флукса звезды (чтобы исключать фотохимические «фальш‑позитивы»), мониторинг активности, длительные временные ряды (сезонные вариации).
4) Наиболее перспективная комбинация методов
- Масштабная разведка: транзиты + RV
- Транзитные миссии (широкое статистическое покрытие) находят планеты и дают радиусы; RV даёт массу — базовая пара для отбора приоритетных целей.
- Характеризация состава (широкий набор целей): наземные ELT с высокоразрешённой спектроскопией
- Высокое $R$ на больших телескопах позволяет выявлять молекулы через кросс‑корреляцию, особенно у ярких/близких звёзд (включая планеты на малых орбитах у M‑красных).
- Подтверждение и глубокая характеристика землеподобных планет: космическая прямая съёмка + низко/среднеразрешённая спектроскопия
- Космический телескоп с коронографом или звёздным парусом и большой апертурой обеспечивает спектры отражённого/теплового света с достаточным контрастом и покрытием UV–midIR для поиска O${}_2$, O${}_3$, H${}_2$O, CH${}_4$, N${}_2$O и комбинаций в состояниях химического несоответствия (например O${}_2$+CH${}_4$).
- Синергия новых техник: высокоразрешённая коронография (HDC)
- Сочетание коронографа и высокоразрешённого спектрометра (HDC) обещает улучшить подавление звездного шума и извлечь молекулярные сигнатуры, объединяя преимущества контраста и доп. спектральной селекции.
- Логика приоритетов:
- Широкие транзитные/RV обзоры → отбор ближайших/лучших кандидатов → глубокая прямая спектроскопия в космосе (с поддержкой наземных H‑R спектров и мониторинга звезды).
5) Вывод (резко)
- Для достоверного обнаружения жизни нужна комбинация: массовые поиски транзитов и RV (статистика и отбор) + наземные ELT для высокоразрешённой спектроскопии многих целей + космические большие миссии с коронографом/звездным парусом для прямой спектроскопии ближайших землеподобных планет. Особые требования — контраст $\sim 10^{-10}$ для прямой съёмки, спектральное покрытие UV–midIR, стабильность и спектральные разрешения $R\sim 20-300$ (для общих биомаркеров) и $R\sim 10^5$ (для кросс‑корреляции и борьбы с теллурикой), а также точность RV на уровне см/с.