W ostatnim newsie wspomniałem, że na orbitę został wyniesiony nowy satelita, stworzony we współpracy NASA oraz MIT. TESS (Transiting Exoplanet Survey Satellite), bo tak brzmi jego nazwa, dołączy do grona teleskopów, dzięki którym bezpośrednio poszerzamy swoją wiedzę na temat Wszechświata, a ściślej mówiąc, na temat egzoplanet. Bo choć ich odkrywanie jest dość trudne i bardzo czasochłonne, to każda kolejna planeta spoza Układu Słonecznego dostarcza dodatkowej porcji wiedzy.
Na początek kilka suchych faktów. Teoretycznie już w 1917 roku odkryliśmy pierwszą egzoplanetę, natomiast z powodu braku dowodów odkrycie to nie zostało uznane. Dopiero w 1988 roku udało się zaobserwować planetę orbitującą wokół gwiazdy Gamma Cephei, lecz z powodu wielu niejasności (między innymi trudności w sklasyfikowaniu typu planety) to odkrycie również nie zostało uznane za pierwsze. Na marginesie – astronomowie jednak mieli rację, odkryty obiekt rzeczywiście był planetą skalistą, ale okazało się to dopiero w roku 2002. W ten sposób tytuł pierwszego potwierdzonego odkrycia trafił do grupki planet, która obiegała jeden ze znanych nam pulsarów – było to w 1992. Od tego momentu, w ciągu zaledwie 26 lat, odkryliśmy niemal cztery tysiące egzoplanet.
Główny udział w tym procesie miał Teleskop Keplera, który zaczął pracę dopiero w marcu 2009 roku. Został wyniesiony na orbitę w ramach dziesiątej misji programu Discovery; jego zadanie polegało przede wszystkim na ocenie częstotliwości występowania układów planetarnych w kosmosie. Musicie bowiem wiedzieć, że przed Keplerem nasza wiedza była dość niewielka. Od 2004 roku astronomowie wykorzystywali HARPS, czyli spektrograf umieszczony na powierzchni Ziemi, lecz dzięki niemu odkryto „tylko” nieco ponad setkę egzoplanet. Z tego też powodu projektowanie misji Teleskopu Keplera nie było łatwym zadaniem, bo nie wiedzieliśmy, czego się tak naprawdę spodziewać. Teraz, kiedy mamy już świadomość powszechności egzoplanet, możemy tego typu misje przygotowywać znacznie staranniej. Dlatego też astronomowie wiążą ogromne nadzieje z dwuletnią misją TESS.
Czego szukamy?
Podobnie, jak w przypadku Teleskopu Keplera, misja TESS skupiać się będzie na planetach podobnych do Ziemi. Poszukujemy więc planet skalistych o podobnej masie, a także rozmiarze maksymalnie dwukrotnie większym niż Ziemia. Przede wszystkim jednak celem są planety znajdujące się w ekosferze; ekosfera to obszar wokół gwiazdy, w którym na danej planecie może istnieć woda w stanie ciekłym. Kolejnym aspektem jest typ gwiazdy – TESS, podobnie jak Kepler, będzie skupiał się przede wszystkim na czerwonych karłach. Powód jest dość prosty – ponieważ świecą one znacznie słabiej, niż gwiazdy podobne do naszego Słońca, ich ekosfera znajduje się dość blisko gwiazdy. Bliższa ekosfera oznacza krótszy okres obiegu gwiazdy, a to bezpośrednio przekłada się na większą ilość obserwacji.
Słowo klucz to tranzyt. Zarówno Kepler, jak i TESS, egzoplanety wykrywają za pomocą zjawiska tranzytu. Polega ono na przejściu planety przez tarczę swojej gwiazdy – z punktu widzenia obserwatora, czyli nas, zauważalne jest nieznaczne obniżenie jasności gwiazdy. Regularność i powtarzalność takich obniżeń jasności wprost dowodzi nam, że mamy do czynienia z planetą. Astronomowie z ekipy TESS mówią, że w ciągu dwóch lat satelita powinien odkryć od 100 do 200 planet typu ziemskiego, a także kolejne tysiące gazowych olbrzymów. Te drugie wykrywa się bowiem znacznie łatwiej, a to ze względu na ich większy rozmiar. Ciekawostką jest, że dzięki zjawisku tranzytu zostało odkryte około 80% wszystkich znanych nam egzoplanet.
Podstawowa misja zaplanowana została na dwa lata. Przez pierwszy rok TESS będzie skanował południowy fragment nieba, zaś przez drugi badać będzie fragment północny. Całość została podzielona na 26 obszarów, po połowie na każdy fragment – pozwoliło to na objęcie łącznie 85% całego nieba. Istotną zmianą względem Teleskopu Keplera jest odległość, w jakiej znajdują się przeszukiwane obszary. Keplera badał gwiazdy znajdujące się od 300 do 3000 lat świetlnych od Ziemi, natomiast TESS skupi się na tych, od których dzieli nas od 30 do 300 lat świetlnych.
Powodów jest kilka. Przede wszystkim TESS jest w stanie wykryć tylko istnienie egzoplanety, natomiast nie ma większych możliwości badania jej – oszacować może jedynie rozmiar i masę. Do pełnych badań wykorzystywane będą inne teleskopy oraz spektrografy, które jednak wymagają znajomości pozycji takiej planety. A ponieważ mniejsza odległość oznacza dokładniejszy pomiar, powinniśmy być w stanie scharakteryzować takie egzoplanety dość dokładnie. Drugim powodem jest oczywiście fakt, że ten obszar nie był przeszukiwany przez Teleskop Keplera, aczkolwiek należy zauważyć, że TESS ma skupiać się na gwiazdach od 30 do 100 razy jaśniejszych niż Teleskop Keplera. Większa jasność przekłada się bowiem na większą dokładność spektrografów, które badają absorpcję i emisję światła w celu określenia nawet takich szczegółów, jak dokładny skład atmosfery egzoplanety.
Co nam to daje?
W dziedzinie poszukiwania pozaziemskich planet często przewijają się pytania odnośnie celów takiego poszukiwania. Cóż, przede wszystkim jest to chęć poszerzania wiedzy. Tak, jak przez całą historię ludzkości staraliśmy się sklasyfikować wszystkie rośliny i zwierzęta, tak teraz chcemy sklasyfikować jak najwięcej planet. Inna sprawa, że obserwacja coraz to większej ilości układów słonecznych pozwoli nam lepiej zrozumieć nasz własny, szczególnie w kontekście jego powstania i wczesnych lat istnienia. Trudno bowiem zakładać cokolwiek, kiedy do dyspozycji mamy tylko i wyłącznie nasze własne podwórko.
Niemniej planety to nie wszystko. Ponieważ orbita TESS będzie stabilna przez dekady, to jeśli żadne istotne systemy nie ulegną awarii, niemal na pewno satelita dostanie kolejne misje. A tych jest naprawdę sporo – oprócz wykrywania egzoplanet kamery będą badały także zachowanie gwiazd. Jakiś czas temu głośno było o możliwości istnienia drugiej Ziemi na orbicie najbliżej nam gwiazdy, czyli Proximy Centurii. Okazało się jednak, że choć Proxima Centaurii B znajduje się w ekosferze, to jednak jej gwiazdę charakteryzuje bardzo wysoka aktywność. Innymi słowy, czerwony karzeł wprost kipi od destrukcyjnych dla życia rozbłysków. Obecnie uważa się, że tak samo wybuchowa może być większość czerwonych karłów, dlatego też TESS, przy okazji wykrywania egzoplanet, będzie starał się oszacować, jak bardzo niestabilne są ich gwiazdy.
To wciąż nie wszystko. Załoga TESS mówi, że w danych zbieranych przez kamery mogą znajdować się także informacje dotyczące niewielkich czarnych dziur okrążających obserwowane gwiazdy. Ponieważ wiemy, że w kosmosie występują układy podwójne gwiazd (obie krążą wokół wspólnego środka masy), to możemy również przewidywać, że takim układem podwójnym może być mała gwiazda i mała czarna dziura, pozostałość po tej masywniejszej gwieździe układu. Dalsze misje zakładają także obserwację aktywnych galaktyk, czyli kwazarów, natomiast trudno jest zakładać, jak długo będzie pracował satelita.
Co dalej?
TESS został wystrzelony dopiero dwa dni temu; przez najbliższe 6 tygodni głównym zadaniem będzie skierowanie go na właściwą orbitę. W odróżnieniu od Teleskopu Keplera, który znajduje się na orbicie heliocentrycznej (to znaczy obiega Słońce, a nie Ziemię), TESS będzie obiegał Ziemię, lecz po dość nietypowej orbicie. Perygeum, czyli punkt najbliżej Ziemi, znajdować się będzie w odległości 108 tysięcy kilometrów, natomiast apogeum, czyli punkt najdalszy, to aż 373 tysiące kilometrów. Po osiągnięciu orbity konieczne będzie przeprowadzenie testów, podczas których dane zaczną już być zbierane. Po potwierdzeniu ich dokładności, a także po dostrojeniu systemu przetwarzania tych danych, TESS będzie mógł zacząć pracować pełną parą. Zespół astronomów uważa, że już latem powinniśmy dostać pierwsze interesujące wyniki. Poniższy filmik przygotowany przez zespół TESS prezentuje, jak będzie wyglądał proces kształtowania się orbity.
Na sam koniec warto wspomnieć o jeszcze kilku rzeczach. TESS nie jest jedyną nową misją tego typu – Europejska Agencja Kosmiczna przygotowuje misje Ariel i Platon, które mają rozpocząć się już pod koniec 2020 roku. Zadaniem Ariela jest bardzo szczegółowe badanie atmosfery egzoplanet, więc naturalnie będzie uzupełniała odkrycia dokonane zarówno przez TESS, jak i przez Platona. Ten ostatni będzie się bowiem starał odkrywać nowe egzoplanety, natomiast jego celem będą gwiazdy podobne do naszego Słońca, a nie czerwone karły. Do tego wszystkiego dochodzi uruchomienie Kosmicznego Teleskopu Jamesa Webba, który będzie następcą niezwykle zasłużonego dla nauki Teleskopu Hubble’a. Webb ma jednak spore opóźnienia, natomiast, jak mówi załoga TESS, nie są one szczególnie uciążliwe, ponieważ planety przecież nie znikną. Najważniejsze jest, by dowiedzieć się, czy w ogóle istnieją – potem można je badać już tak długo, jak tylko się ma na to ochotę.
P.S. Satelita TESS kontynuuje tradycję umieszczania na pokładzie drobnych głupotek związanych w jakiś sposób z ludzkością, Ziemią czy po prostu z twórcami sprzętu. Tym razem na pokładzie znalazła się metalowa tabliczka z podpisami wielu osób zaangażowanych w projekt, ale także pendrive, który przechowuje wyniki konkursu zorganizowanego przez NASA. Ludzie z całego świata przysyłali bowiem rysunki przedstawiające to, jak oni widzą planety spoza naszego Układu Słonecznego. Cóż, za kilkadziesiąt lat, jeśli ktoś pokusi się o ściągnięcie satelity na Ziemię, będzie miał niezłą frajdę z odczytywania tych danych. Do następnego!
źródło: space.com, tess.mit.edu / zdjęcie tytułowe dzięki NASA/JPL-Caltech
_
#MiniNauka to cykl, w ramach którego staram się przekuwać swoje naukowe (czy raczej popularnonaukowe) zainteresowania w treści popularyzujące wiedzę o świecie i zjawiskach w nim zachodzących. Poruszam się po obszarach fizyki, kosmosu i technologii przyszłości, nierzadko sięgając po inne, powiązane dziedziny, przy zachowaniu przystępnej formy i względnie prostego języka.