Како ће нам телескопи следеће генерације помоћи у лову на егзопланете

Последњих година открили смо задивљујући низ планета ван нашег соларног система. Поред оних који су потенцијално усељив, такође смо пронашли егзопланете које су топлије од звезда, имати гвоздена киша и жуто небо, а то имају густина шећерне вате. Али још увек смо једва загребали површину онога што је тамо.

Следећа генерација мисија лова на планете ће ићи још даље, идентификујући егзопланете и одређујући њихову настањивост чак и са удаљености хиљада светлосних година. Да бисмо сазнали више о томе како се бавите ловом на иглу планете у пласту сена наше галаксије, разговарали смо са три стручњака који раде на врхунским пројектима егзопланета.

Експлозија егзопланета

Прве егзопланете су откривене 1992. године, а за мање од три деценије број познатих планета ван нашег Сунчевог система је експлодирао. НАСА Процене да се број познатих егзопланета отприлике удвостручује сваких 27 месеци.

Откриће егзопланета почело је коришћењем земаљских телескопа, као што је чувено откриће егзопланете 51 Пег б 1995. године, за које су два швајцарска астронома добила Нобелову награду. Али лов на егзопланете је заиста кренуо у високој брзини са појавом свемирских телескопа за лов на планете попут НАСА-иног Кеплер и ТЕСС мисије.

Сада, нове мисије НАСА-е и ЕСА (Европске свемирске агенције) идентификују и испитују удаљене егзопланете детаљније него икада раније.

Проналажење егзопланета у нашој галаксији

ПЛАТО је ЕСА-ин свемирски телескоп нове генерације за лов на планете и тренутно се гради са циљем за лансирање 2026. Мисија ће се концентрисати на сјајне звезде које су релативно близу нас у галаксији, обично у региону између 300 и 1.000 светлосних година од нас, гледајући у свако подручје најмање две године.

Мисија ће тражити настањиве светове користећи метод транзита, у којем истраживачи мере сјај удаљене звезде. Ако сјај звезде опада у правилним интервалима, то имплицира да планета пролази између њих нас и звезда, блокирајући део светлости коју даје звезда и изазивајући пад осветљеност. Прецизно мерење овог пада омогућава инструментима као што је ПЛАТО да веома прецизно израчунају величину планете.

Двогодишњи период посматрања омогућава научницима да траже планете са дужим периодом. Дакле, док је мисија као што је Кеплер посматрала малу област неба током дужег временског периода, а ТЕСС гледа у велике регионе за небо у кратком временском периоду, ПЛАТО ће посматрати и велики регион и дуго време.

Биће нам потребни инструменти са дужим периодом посматрања од претходних мисија да бисмо уочили планете попут наше, објаснила је Ана Херас, научница пројекта за ПЛАТО, у интервјуу за Дигитал Трендс. „Желимо да откријемо планете сличне Земљи, а то значи да ако желите да видите планету сличну Земљи у усељива зона, имаће орбитални период од годину дана“, рекла је она. „Дакле, морамо да посматрамо најмање две године, јер желимо да видимо најмање два транзита.

Тренутни модели сугеришу да би посматрање два транзита дате звезде требало да обезбеди довољно података за идентификацију и до неке мере карактерише егзопланету, али постоји могућност да би ПЛАТО могао посматрати исту област три или чак четири године ако неопходно.

Поред ових планета сличних Земљи, ПЛАТО ће такође посматрати хладније црвене патуљасте звезде, које би потенцијално могле да имају насељиве егзопланете које круже око њих. Веома прецизан фотометар телескопа такође може да мери информације о осцилацијама звезда које се посматрају, што може рећи научницима о њиховој унутрашњој структури и старости. „Ово ће нам омогућити да унапредимо, на фантастичан начин, разумевање еволуције звезда и опште знање о звезданој физици“, рекао је Херас.

Једна од најузбудљивијих могућности ПЛАТО-а је та што је толико прецизан да може чак бити у стању да открије месеце који круже око егзопланета, звани егзомеси. Разумљиво је да месеци постоје изван нашег Сунчевог система, али тренутне методе још увек нису дефинитивно потврдиле њихово откривање.

Шанса да ПЛАТО пронађе такав месец отвара могућност тражења различитих типова животног окружења — не само планета сличних Земљи, већ и месеци сличних онима попут Сатурнов месец Енцеладус која је једна од најперспективнијих потенцијално настањивих не-Земљских локација у нашем соларном систему.

Колико планета има у нашој галаксији?

До сада смо открили око 4.200 егзопланета, а више се најављује практично сваког месеца. Али остаје отворено питање колико тачно планета има у нашој галаксији. Коришћење метода попут транзитне методе открива само планете у одређеним конфигурацијама - посебно оне које су близу орбите до својих звезда - тако да нам је потребан укупан поглед на галаксију да бисмо добили бољу представу о томе колико је планета тамо у укупно.

То је оно што НАСА спрема Римски свемирски телескоп Ненси Грејс, или једноставно Роман, има за циљ да открије. Телескоп је тренутно у изградњи и, када буде лансиран крајем 2025. или почетком 2026. године, започеће истраживање ноћног неба под називом Роман Галацтиц Екопланет Сурвеи (РГЕС).

Циљ овог истраживања није да открије или истражује егзопланете саме по себи, већ да добије а приказ велике слике о томе колико звезда у нашој галаксији има планетарне системе и какви су ти системи дистрибуиран.

Откривање планета савијањем светлости

Да би извршио своје истраживање неба, Роман ће користити технику која се зове микроленсинг, која може да издвоји егзопланете, али углавном говори научницима о звездама око којих планете круже.

„Микроленсинг је јединствен на много начина“, рекао је главни истраживач за РГЕС Скот Гауди у интервјуу за Дигитал Трендс. Заснован је на процесу званом гравитационо сочиво, који се користи за откривање звезда. „Начин на који то функционише је да ако гледате у звезду довољно дуго (око 500.000 година) онда ће случајно друга звезда у првом плану лебдите довољно близу своје линије вида те позадинске звезде да поделите светлост те позадинске звезде на две слике“, он објаснио.

„Звезда извора у позадини светли се када звезда у првом плану долази испред ње, јер гравитација звезде у предњем плану савија светлосне зраке који би се удаљили са видног поља.” То значи да ако научници посматрају да позадинска звезда постаје светлија, а затим слаби, могу закључити да је друга звезда прошла између ње и нас.

Ова техника се може додатно побољшати за откривање егзопланета. „Ако та звезда у првом плану има планету, онда та планета има масу, што значи да може гравитационо да сочива и ту звезду“, рекао је Гауди. „Дакле, ако се деси да једна од те две слике те позадинске звезде коју је створила звезда домаћин у првом плану прође близу планете, то ће изазвати кратак додатно осветљење или затамњење, које траје између неколико сати, у случају планете масе Земље, до неколико дана, у случају масе Јупитера Планета."

Проблем је у томе што су ови догађаји, у којима се планете и звезде управо тако поредају, ретки и непредвидиви. Дакле, да би их ухватили, астрономи морају да посматрају огроман број звезда. „Добијате једно сочиво по звезди на 500.000 година, тако да је то дуго времена за чекање“, рекао је Гауди. „Уместо тога, ми пратимо отприлике 100 милиона звезда у галактичком испупчењу [густо збијено подручје звезда у средини наше галаксије] и у сваком тренутку, многе хиљаде се објективирају.

Роман ће бити посебно погодан за ову врсту истраживања јер има веома велико видно поље, што му омогућава да посматра велики део галактичке избочине. Такође може пратити ове милионе звезда у временској скали од 15 минута, омогућавајући истраживачима да сниме ове догађаје сочива док се дешавају.

Комплементарне мисије

Примарни подаци које до сада имамо о томе колико егзопланета може постојати у нашој галаксији потичу од сада пензионисаног Кеплер свемирског телескопа, који је истраживао небо између 2009. и 2018., мерећи сјај око 150.000 звезда да би тражио егзопланете користећи транзит методом.

Ова мисија је поставила темеље за данашње истраживање егзопланета. Међутим, због методе коју је користио Кеплер, још увек има много егзопланета које је можда пропустио. Римски пројекат има за циљ да прошири и допуни овај рад коришћењем другачије методе.

„Анкета РГЕС-а је важна јер ће бити комплементарна Кеплеру“, објаснио је Гауди. „Метода микро сочива је суштински осетљива на планете које су удаљеније, тако да планете са орбитама отприлике већим од орбита Земља." Ако би ову методу користили удаљени ванземаљци да посматрају наш соларни систем, на пример, она би била у стању да открије све планете осим Меркур.

„Док је Кеплер био једва осетљив на планете Земљине масе. Дакле, заиста морамо да урадимо РГЕС истраживање да бисмо урадили овај статистички попис егзопланета у галаксији“, рекао је Гауди.

Микроленсинг такође не зависи од јаког светла звезда које се посматрају, тако да омогућава научницима да посматрају системе који су и близу нас и удаљени као центар галаксије. Роман ће омогућити истраживачима да стекну статистичко разумевање о томе како су планетарни системи распоређени по нашој галаксији, Гауди рекао: „Дакле, можемо заправо одредити галактичку дистрибуцију егзопланетарних система, што је у основи немогуће са било којим другим техника.”

Карактеризација егзопланета помоћу транзита

ПЛАТО и римски телескопи биће од непроцењиве вредности за откривање нових егзопланета и процену колико егзопланета укупно постоји у нашој галаксији. Али када сазнамо колико планета има и где се налазе, потребни су нам нови алати да сазнамо више о овим планетама – истражујући карактеристике као што су њихова маса, величина и старост. Ове информације нам могу помоћи да видимо какве су планете тамо, било да су гасовити дивови попут Јупитера или Сатурна или стеновити светови попут Земље и Марса.

ЕСА је недавно покренута нови свемирски телескоп под називом ЦХЕОПС (ЦХарацтерисинг ЕкОПланетс Сателлите) који истражује егзопланете из орбите. Пројекат ЦХЕОПС ће вероватно пронаћи неке нове егзопланете током свог мандата, али његов главни циљ је да детаљније истражи егзопланете пронађене у другим истраживањима користећи метод транзита.

„Ми смо, у ствари, мисија за праћење“, објаснила је Кејт Исак, научник пројекта на ЦХЕОПС-у, за Дигитал Трендс у интервјуу. "Пратимо да пронађемо величине, између осталог, познатих егзопланета."

То значи да научници на овом пројекту имају предност у својим запажањима, јер већ имају информације које су им потребне о томе када ће доћи до транзита. Они могу да усмере инструмент ка циљној планети у правом тренутку док је у транзиту како би ухватили информације о њој.

ЦХЕОПС је лансиран тек пре неколико месеци, али је већ открио нове информације о томе планета КЕЛТ-11 б, откривши да је ова необична планета тако мале густине да би „пливала на води у довољно великом базену“, наводи се у изјави истраживача.

У потрази за Земљом 2

Откривање и проучавање егзопланета није само проналажење чудних светова као што су КЕЛТ-9 б или АУ Миц б ипак. Такође се ради о највећем питању: да ли постоји живот ван Земље или не. Рад који сада обављају астрономи почиње да истражује питања не само где се налазе планете, већ и да ли би оне могле да буду настањиве. На крају, они би могли помоћи да се утврди да ли ове удаљене планете заиста угошћују живот.

„Један од светих грала науке о егзопланетима тражи живот“, рекао је Исак. „Једна од ствари које људи траже је планета налик Земљи. Земља 2, могло би се рећи." То укључује тражење стеновите планете унутар насељиве зоне звезде - удаљености од звезде на којој течна вода може постојати на површини планете. Будуће мисије попут предстојећег свемирског телескопа Џејмс Веб ће чак моћи да истраже да ли удаљене егзопланете имају атмосферу.

Херас, научник пројекта ПЛАТО, сложио се са значајем потраге за настањивањем. „Проучавање могућих насељивих егзопланета је заиста следећи корак у циљу разумевања не само како планете еволуирају, већ и можда како се живот појавио“, рекла је она. „Након свега што смо научили о егзопланетама, следећи корак ће бити учење више о развоју живота и како је живот почео.

Такође постоји велико отворено питање да ли постоје други соларни системи слични нашем. „Такође бисмо желели да знамо колико је наша планета јединствена“, рекао је Херас. Она је објаснила да чак и са хиљадама откривених егзопланета, врло мало њих се налази у насељивој зони њихових звезда. „Дакле, ми заиста још увек не знамо, са нашим знањем, колико је јединствен наш соларни систем и колико је јединствена Земља.

Крајње питање

Ова веза између открића егзопланета и потраге за животом покреће и научнике који раде на овим пројектима и апетит јавности за учењем о удаљеним световима. Немогуће је чути о бизарним егзопланетама и не замислити како би било живети на овим чудним местима.

„Егзопланете су фасцинантне, ако ништа друго јер их је лако разумети“, рекао је Исак. „Живимо на планети. Питање да ли смо сами је дубоко – филозофски, физички, психолошки – то је фасцинантно питање које можемо лако разумети. Тражење и проучавање егзопланета су кораци ка питању да ли смо сами... Са ЦХЕОПС-ом, нећемо пронаћи живот. Нећемо завршити мисију говорећи да смо открили мале зелене људе на Планети Кс. Али оно што ћемо учинити је да допринесемо процесу којим бисте то могли да урадите на дужи рок.”

Чак и ако потрага за животом не донесе ништа, то би ипак био дубок налаз. А сама потрага може подстаћи научно истраживање и дубоко размишљање о нашем месту у универзуму.

„Мислим да сви тражимо смисао“, рекао је Гауди. „Кад бисмо некако могли да имамо идеју о томе да ли је живот, чак и једноставан живот, настао на другој планети независно од живота на Земљи – или ако не и космички смо усамљени - било који од њих би имао веома дубок утицај на наш поглед на себе и своје место у универзум. То је то значење које ме лично покреће да проучавам потрагу за животом и потенцијално животом."