Misja CHEOPS

Planety pozasłoneczne (egzoplanety) – odkrycia i nauka

Ziemia to niezwykła planeta, na której znajduje się życie takie jakie znamy. Od dawna naukowcy zastanawiają, się czy istnieją inne globy umożliwiające powstanie życia, choćby miało ono mieć egzotyczną postać.

Artystyczna wizja układów gwiazd z planetami, źródło esa.init

 

Pierwsze odkrycia

Odkrycie pierwszych planet pozasłonecznych ogłosili w styczniu 1992 roku Polak Aleksander Wolszczan i Kanadyjczyk Dale Frail. Okrążają one pulsara – supergęsty obiekt będący gwiazdą neutronową emitującą fale radiowe. Gwiazdy neutronowe powstają w wyniku gwałtownych procesów towarzyszących końcowym stadiom ewolucji gwiazd, stąd zaskoczenie odkryciem. Szybki ruch wirowy gwiazdy, silne pole magnetyczne i towarzyszące mu silne promieniowanie radiowe i promieniowanie gamma powodują, że planety te nie mogą być siedliskiem życia, w ogóle ich istnienie jest bardzo zaskakujące.

Trzy lata później Michael Mayor ze swoim doktorantem Didierem Quelozem odkryli pierwszą planetę, która orbituje w układzie z gwiazdą typu słonecznego. W roku 2019 za to dokonanie przyznano nagrodę Nobla. Od początku XXI wieku zainteresowanie tematyką planet pozasłonecznych bardzo wzrosło. Posypały się odkrycia dokonywane przy pomocy rozmaitych metod jak wykorzystanie efektu Dopplera czy metoda tranzytu. Niemały wkład mają tu polscy astronomowie, a w szczególności nieżyjący już profesor Bohdan Paczyński. Opracował on metodę wykrywania planet pozasłonecznych przez obserwację zjawiska mikrosoczewkowania grawitacyjnego. Pomysł został rozwinięty przez profesora Andrzeja Udalskiego w ramach projektu OGLE.

Znamy dziś ponad 4100 planet pozasłonecznych, z których przeszło połowa została odkryta przy pomocy dedykowanego satelity Kepler. Udział w tym sukcesie mają przedstawiciele wielu krajów, w tym Polski, biorąc wspólnie udział w społecznościowym projekcie Planet Hunters na platformie Zooniverse.

Cheops, skąd się wziął?

Sukces misji Kepler skłonił NASA do wystrzelenia kolejnego satelity przeznaczonego do odkrywania planet pozasłonecznych, który nazwano TESS. Europejska Agencja Kosmiczna ESA zaprojektowała natomiast misję CHEOPS, aby precyzyjnie określić rozmiary znanych już planet pozasłonecznych. Wymaga to systematycznego wykonywania dokładnych pomiarów jasności gwiazd posiadających planety lub ich systemy. Jeżeli okaże się, że w trakcie takich pomiarów blask gwiazdy nieco przygaśnie na jakiś czas, może to oznaczać przysłonięcie jej tarczy przez towarzysza, na przykład planetę. Nazywa się to metodą tranzytów i pozwala skutecznie odkrywać oraz określać parametry nawet niewielkich obiektów – rzędu rozmiarów Urana czy też Neptuna.

Techniczne aspekty misji Cheops

Satelita Cheops jest w zasadzie orbitalnym teleskopem. Ma on lustro o średnicy 32 centymetrów, które stanowi główny element złożonego systemu optycznego. Daje on obrazy dobrej jakości w całym polu widzenia, czyli w kwadracie o takich wymiarach, jakie na niebie zajmuje trzy czwarte tarczy Księżyca. Odbiornikiem światła jest nisko-szumowa kamera CCD bez filtra, zatem czuła na światło widzialne i bliską podczerwień.

Teleskop na pokładzie satelity Cheops

Sam satelita jest niewielki – ot taka skrzynka jak dwa złączone biurka. Za to orbita, po której będzie krążył, jest obszerniejsza od orbity teleskopu Hubble`a, bowiem wiedzie 700 kilometrów nad powierzchnią Ziemi. Orbita ta ma jeszcze jedną własność – jest heliosynchroniczna, czyli jej płaszczyzna jest powiązana z aktualnym położeniem Słońca na niebie. Oznacza to możliwość ciągłej pracy paneli słonecznych – satelita na takiej orbicie stale kąpie się w blasku Słońca. Ale stwarza to pewną niedogodność – należy chronić przed przegrzaniem instrumenty na jego pokładzie. Dlatego też zaprojektowano specjalną tarczę, która ma zapobiegać temu zagrożeniu.

Satelita Cheops – wizja artystyczna

Nauka i analiza wyników

Wynik pomiarów jasności gwiazdy nazywa się po prostu krzywą jasności. Niewielki spadek jasności jawi się na takiej krzywej jako płytki dołek. Jego głębokość i kształt pozwalają na wyznaczenie tego, co poszukiwane – parametrów planety pozasłonecznej, czyli egzoplanety. W teorii wygląda to dosyć prosto, ale należy pamiętać, że efekt jest niewielki, a wpływ zewnętrznych czynników znaczny. Do prawidłowej interpretacji krzywej należy się posłużyć modelami numerycznymi, a te z kolei buduje się na podstawie już posiadanej wiedzy. Tak wygląda krzywa zmian blasku egzoplanety wyznaczona teleskopem umieszczonym na powierzchni Ziemi – dokucza obecność drgającej atmosfery oraz szumy odbiornika.

Krzywa zmian jasności egzoplanety obserwowanej z Ziemi niewielkim teleskopem

Uwolnienie się od tych zakłóceń jest celem konstruowania i wysyłania w kosmos teleskopów orbitalnych. Satelita Cheops po oczekiwaniu na poligonie Kourou został wystrzelony w przestrzeń 19 grudnia 2019 roku przy pomocy rakiety Sojuz. Kierownikiem Rady Naukowej projektu Cheops jest tegoroczny noblista, Didier Queloz, a więc w niedługim czasie możemy się spodziewać wielu zaskakujących danych obserwacyjnych.

A co o satelicie opowiedzą naukowcy ESA, zapraszamy do obejrzenia krótkiego filmu (w języku angielskim).

 

https://sci.esa.int/web/cheops

https://www.zooniverse.org/

http://ogle.astrouw.edu.pl/