En ny typ av rymdteleskop kan hjälpa till att hitta liv på andra planeter eller upptäcka andra solsystem som vårt, enligt en rapport som nyligen genomfördes av National Academies of Sciences, Teknik &Medicin.

Stanford-astrofysikern Bruce Macintosh, som var ledamot av rapportkommittén, sa att det föreslagna teleskopet direkt skulle avbilda jordliknande exoplaneter som kretsar runt stjärnor som liknar vår sol, och skulle kunna arbeta tillsammans med markbaserade observatorier för att samla in kemiska data om exoplanetatmosfärer.

Stanford Report pratade med Macintosh om hur det föreslagna teleskopet skulle fungera, hur det är att hitta avlägsna solsystem och vad vi kan lära oss genom att leta efter beboeliga planeter.

Varför bad kongressen om denna rapport?

Denna rapport lyfte fram två nyckelfrågor som kommer att driva framtiden för exoplanetforskning. Den stora är, finns det andra livbärande planeter där ute? Den andra stora frågan är, hur bildas och utvecklas planetsystem, och är vårt solsystem sällsynt eller en vanlig del av den processen?

Vi vet nu att planeter runt andra stjärnor är ganska vanliga, men vi förstår inte helt hur de andra solsystemen bildas. Faktiskt, vi förstår mindre om hur planeter bildas nu än vi förstår om hur svarta hål eller neutronstjärnor bildas.

Hur upptäcks och studeras exoplaneter nu?

Det finns flera sätt att studera exoplaneter. De dominerande är vad vi kallar indirekta tekniker, där du inte riktigt ser planeten. Den vanligaste av dessa indirekta metoder är transittekniken. Det är där planeten, när den kretsar, passerar framför stjärnan, blockerar den lite sett från jorden och får den att dämpas en liten mängd under några timmar.

Men det finns begränsningar för transittekniken. Tills vidare, den låter dig bara studera atmosfärsdetaljerna för gigantiska planeter, planeter som är flera gånger större än jorden, eftersom de har stora atmosfärer som absorberar mycket ljus. Också, oddsen för att det fungerar ökar mycket om planeten är nära stjärnan och om stjärnan är liten, så det är ett bra sätt att studera planeter nära små stjärnor. Det är intressant, men det fungerar inte för jordliknande planeter runt stora stjärnor och det fungerar inte alls för planeter långt borta från sina stjärnor.

Det andra tillvägagångssättet, vilket är vad vår grupp här gör, är direkt avbildning. Det är där du faktiskt ser en planet skild från en stjärna. Det är verkligen, riktigt svårt eftersom planeter är miljoner och miljarder gånger svagare än sina stjärnor. Just nu, direkt avbildning fungerar bara för planeter som är större än Jupiter och långt borta från sin stjärna.

För närvarande, endast markteleskop kan direkt avbilda exoplaneter. Teleskopen vi har i rymden är inte riktigt designade för att göra detta just nu. Ett tydligt budskap från denna rapport är om vi kommer att se planeter som jorden kretsa runt stjärnor som vår sol, vi behöver rymdteleskop som är designade för att göra detta.

Hur skulle dessa teleskop fungera?

Det finns två huvudsakliga tillvägagångssätt som övervägs. Det första är vad som kallas ett "coronagraph"-teleskop, som använder speglar och masker inuti själva teleskopet för att skapa en konstgjord förmörkelse som blockerar stjärnljuset så att den lilla, svag planet bredvid den kan detekteras.

Det andra tillvägagångssättet, kallas en stjärnskärm, representerar ett annat sätt att skapa en konstgjord förmörkelse. För att förstå hur detta fungerar, föreställ dig att du vill se en fågel flyga nära solen. Vad gör du? Du håller upp handen och blockerar solen. En stjärnskärm fungerar enligt samma princip, förutom att det är utrymme, so you have a giant space hand that's about 50 meters across and about 30, 000 till 50, 000 miles away from your telescope.

This giant hand, or starshade, flies lined up between your telescope and the star so that the star's light is blocked and the planet can peep out around its edge. Every time you want to look at a new star, you move the pair of them around to point in a different direction.

When they're operating, they have to hold their alignment to about a meter or so relative to each other. That's hard, but it's engineering hard. The physics is really easy. We can show that the shape of the starshade is crucial for making the shadow dark enough so that it really, really blocks the star. And some of us at Stanford are working on a microsatellite to test the concept.

What would an exoplanet that has been imaged by one of these telescopes look like?

We're not making pictures like the Apollo 8 picture, where you see the continents and so on. Right now, and for the foreseeable future, exoplanets imaged this way will still look like a dot – but it's a dot that we can use to measure a planet's chemistry and understand what it's made of.

What can you learn about an exoplanet through direct imaging that you can't with indirect methods?

Because you've blocked out the star, you're actually seeing reflected light from the planet itself, not just inferring it's there. And if you see light from objects, you can do what we call spectroscopy, where you look for the light signatures of particular atoms or molecules that are present in the planet's atmosphere.

The hope is you'd see the signature of oxygen because we think the only way you can get a lot of oxygen in a planet together with other substances like methane is if something changes the chemistry of that planet and kicks it out of equilibrium.

The reason we have oxygen on Earth is life. If you kill everything on Earth, then the oxygen will go away in a few million years. It's not impossible other planets could make oxygen on their own, but by far the best explanation we know of is the presence of life, so that's really what you're looking for is that signature of oxygen.

When could the first of these planet-imaging telescopes launch?

That's the less good news. We already have the next big space telescope, rymdteleskopet James Webb, which is currently scheduled to launch in 2021.

The next project beyond that is a telescope called WFIRST. The proposed planet imager would have to start after WFIRST. That probably translates into a launch in something like 2035 or even a little bit later.

2015, your group discovered a Jupiter-like exoplanet using the Gemini South Telescope in Chile, and before that, you helped discover a four-planet system. What does it feel like to discover a new world?

It's pretty awesome. We've had Kepler's laws for 400 years, but when we discovered the HR8799 planets, we were witnessing Kepler's laws in action – in a system with four giant planets that's light-years away. It's just spectacularly awesome.

Why is studying exoplanets important?

That's a legitimate question to ask. This is not knowledge that leads to concrete results on Earth, and we're not going to visit these planets for hundreds of years at least, but it's important to our perspective on the universe.

Once upon a time, humans were the center of the universe, and then astronomers proved that we were not the center of the universe. That shifted, fundamentally, our view of how important we are, and how the universe doesn't really revolve around us, but we're still the only life we know of in the universe.

If we discover that life exists elsewhere in the universe, that's a similarly epochal shift in our perception of how we fit in it. Or it's possible that life is really rare, and the exact circumstances that made Earth such a beautiful planet haven't happened in all these other thousands of solar systems, and we're the only one that got it right.

That's almost as important to know. If we're the only habitable planet within 1, 000 ljusår, we really should do a good job of looking after this one habitable planet because it's even more precious and special than we knew.

We could build the equipment that's needed to answer that fundamental question, but it's going to take us 20 years to build it, so we better get started now.