Rewolucja Keplera

Lewa część rysunku przedstawia siedem paneli, z których na pierwszym jest zdjęcie startu rakiety wynoszącej teleskop Keplera na orbitę, a pozostałe są wizjami artystycznymi kolejnych ważnych odkryć Keplera: zaczynając od lewej są to: Kepler-9b i c, Kepler-10b, Kepler-11, Kepler-16b, Kepler-22 i Kepler-64f. Prawy panel przedstawia odkrycia egzoplanet: kolor niebieski to odkrycia przed rozpoczęciem misji Kepler, czerwony – odkrycia Keplera do 26 lutego 2014 roku, złoty – odkrycia Keplera nową metodą ogłoszone 26 lutego 2014 roku (więcej o tym można przeczytać w Orionie w artykule „715 nowych światów” ).
Źródło: NASA
Czy jesteśmy sami we Wszechświecie?
Ludzie od zawsze zadawali sobie pytanie: czy jesteśmy sami we Wszechświecie? Poglądy na ten temat zmieniały się na przestrzeni wieków. Arystoteles, żyjący w XIV wieku p.n.e., twierdził, że nie może być więcej światów niż jeden. Epikur (przełom XIII i XIV wieku p.n.e.) z kolei uważał, że istnieje nieskończenie wiele światów, zarówno podobnych, jak i niepodobnych do naszego. Piętnastowieczny uczony, Giordano Bruno, jako jeden z niewielu w ówczesnych czasach wierzył w heliocentryczną teorię Kopernika, a nawet poszedł dalej – uważał, że wszystkie widoczne gwiazdy są odległymi, rozrzuconymi w przestrzeni słońcami, posiadającymi własne systemy planetarne.
Dopiero rok 1992 zrewolucjonizował te poglądy. Polski astronom, Aleksander Wolszczan, odkrył wokół pulsara pierwszy pozasłoneczny układ planetarny!  Od tamtego czasu, różnymi metodami, odkryto już wiele nowych planet.

Ostatnie pięć lat – rewolucja Keplera

Pięć lat temu, 6 marca 2009 roku, wystrzelony został z przylądka Canaveral na Florydzie Teleskop Kosmiczny Kepler.  Należący do NASA teleskop miał za cel znaleźć planety wokół innych gwiazd, nazywane egzoplanetami, w celu poszukiwania potencjalnie zamieszkiwalnych światów. Spośród wielu metod poszukiwania planet, Kepler opiera się na metodzie tranzytów (rys. 1). W skrócie mówiąc, z tranzytem mamy do czynienia wtedy, gdy przed tarczą gwiazdy przechodzi planeta, powodując niewielki spadek jasności gwiazdy. W przypadku tranzytującej planety podobnej do Ziemi, światło gwiazdy ulega zmianie o zaledwie 0.01%, a sam tranzyt trwa od 1 do 16 godzin. Żeby tranzyt mógł zostać zaobserwowany, badany system planetarny musi być odpowiednio ustawiony względem nas jako obserwatorów. Łatwo to sobie wyobrazić, patrząc na nasz Układ Słoneczny i planety wewnętrzne – możemy obserwować przejścia Merkurego i Wenus przed tarczą Słońca, jednak są to bardzo rzadkie zjawiska, bo odpowiednie ustawienie zdarza się tylko co pewien czas. Ale najważniejsze jest, aby wykryta zmiana była powtarzalna. Jak widać, użycie metody tranzytów ma przez to duże ograniczenia, ale też i wiele korzyści – z obserwacji tranzytów można na przykład wyznaczyć promień orbity planety.

W ciągu ostatnich pięciu lat, Kepler zaprezentował zupełnie nową stronę naszej Galaktyki – rojącą się od planet. Dzięki Keplerowi wiemy teraz, że
  • większość gwiazd ma planety,
  • planety wielkości naszej Ziemi są powszechne,
  • we Wszechświecie istnieją planety zupełnie niepodobne do tych z Układu Słonecznego.

Analizując dane z Keplera, naukowcy zidentyfikowali już ponad 3600 potencjalnych planet i potwierdzili, że 961 z nich to rzeczywiście planety, z czego wiele jest tak małych jak Ziemia. Ze wszystkich znanych egzoplanet, te odkryte przez Keplera stanowią obecnie ponad połowę.

Jak powiedział William Borucki, pomysłodawca misji Kepler, „W ciągu ostatnich pięciu lat, Kepler dostarczył wyniki potrzebne do podjęcia kolejnego wielkiego kroku w poszukiwaniu przez ludzkość życia w naszej Galaktyce – dostarczenia informacji dla przyszłych misji, które ostatecznie określą skład atmosfery egzoplanet podobnych do Ziemi aby odkryć, czy mogą być zamieszkiwalne”.

Wśród odkryć Keplera są planety orbitujące macierzyste gwiazdy w tzw. ekostrefie (rys. 2), czyli w takim zakresie odległości od gwiazdy, w którym temperatura powierzchni planety może  pozwolić na wystąpienie wody w stanie ciekłym - takie warunki uważamy za umożliwiające powstanie i rozwój życia. Jednym z przykładów takich planet, znalezionych przez misję Kepler, jest Kepler-22b – jednakże mając średnicę 2.4 raza większą od Ziemi, jest uważana za zbyt dużą, by posiadać skalistą powierzchnię i móc podtrzymywać życie. Ale naukowcy wierzą, że inne planety znalezione dzięki Keplerowi, znajdujące się w ekostrefach, mogą być skaliste – jak na przykład Kepler-62f, o rozmiarach o 40% większych od Ziemi.
Bliźniaczka Ziemi – planeta o takiej samej temperaturze i wielkości – nie została jeszcze znaleziona.
Inne odkrycia Keplera obejmują setki układów z wieloma planetami, a nawet wyodrębnienie nowej klasy układów planetarnych, gdzie planety okrążają więcej niż jedną gwiazdę macierzystą.

W sierpniu ubiegłego roku zakończyły się obserwacje w ramach oryginalnej misji Kepler, z powodu awarii drugiego z kół reakcyjnych. Do utrzymywania orientacji satelity w przestrzeni potrzeba co najmniej trzech z czterech znajdujących się na satelicie kół, zatem awaria drugiego uniemożliwiła kontynuowanie obserwacji z odpowiednio wysoką precyzją, co zadecydowało o zakończeniu zbierania danych w ramach misji Kepler. Naukowcy z całego świata zastanawiali się, jak można ten teleskop jeszcze wykorzystać. Ostatecznie powstała koncepcja misji zwanej K2, która zakłada wykorzystanie do celów stabilizacji teleskopu promieniowania pochodzącego ze Słońca. W ramach tej misji Kepler nie będzie już obserwował ciągle tego samego pola, tylko od 4 do 6 pól rocznie, każde znajdujące się w pobliżu ekliptyki, co umożliwi zwiększenie precyzji pomiarów. Dzięki temu teleskop wciąż może przyczyniać się do rozwoju nauki.

Paulina Sowicka | Źródło:  Kepler - NASA
18.03.2014

Liczba odsłon: 1856


Rys. 1 Schematyczny rysunek tranzytu oraz wygląd obserwowanej krzywej zmian jasności podczas tranzytu.
Na podstawie rysunku z nasa.gov.org.



Rys. 2: Ekostrefa wokół gwiazd różnych typów (oznaczone kolorem zielonym). Wokół gwiazd gorętszych od Słońca (niebieska kula) strefa ta jest szeroka i odległa od gwiazdy, natomiast w przypadku gwiazd chłodniejszych (czerwona kula), jest węższa i znajduje się bliżej.
Źródło: NASA