Elindult a Föld-típusú bolygókat kereső Kepler-űrtávcső

Szombaton hajnalban, magyar idő szerint 4.49-kor a Cape Canaveral űrközpontból startolt a Kepler-űrtávcső. A start után fél órával rendben levált a hordozórakéta utolsó fokozatáról, és innentől a tervezett 371 napos keringési idejű Nap körüli pályán mozog. Műszerei több éven keresztül gyűjtik majd az adatokat a Tejútrendszer mintegy százezer csillagának fényességváltozásairól, és ezalatt jó eséllyel megtalálja az első Naprendszeren kívüli Föld-típusú planétákat. A legizgalmasabbak az életzónákban keringő bolygók lesznek, amelyeken akár folyékony víz és élet is előfordulhat.

A Kepler-űrteleszkóp felépítése (NASA)

A Naprendszeren kívüli planéták, azaz az exobolygók kutatásának legizgalmasabb területe a miénkhez hasonló égitestek keresése. Amennyiben egy Földhöz hasonló bolygót azonosítanának egy csillag körül, a csillag sugárzása és a bolygó keringési távolsága alapján durva közelítéssel meg lehetne adni, milyen hőmérséklet uralkodik a bolygó felszínén. A felszíni hőmérsékletből meg lehet mondani, hogy előfodulhat-e rajta folyékony víz. A folyékony víz azonosítása a Földön kívüli élet keresése felé tett legalapvetőbb lépés, mert az általunk ismert élet minden formája igényli (legalább időnként) a vizet.

Amikor tehát Földhöz hasonló bolygókat keresünk, akkor Földön kívüli életet is keresünk, abban bízva, hogy egy hozzánk hasonló bolygó egy Naphoz hasonló csillag körül keringve az úgynevezett életzónában (azaz megfelelő csillagtávolságban) lehet.

A Föld-típusú bolygók azonban viszonylag kis átmérőjűek, ezért eddig annak ellenére sem sikerült felfedezni őket, hogy akár minden ötödik csillag körül ilyenek (is) keringhetnek. A jelenlegi technológia a nagy tömegű és a csillagukhoz közeli bolygók, az úgynevezett forró Jupiterek kimutatására ideális. Itt egy csillag mozgásában olyan apró, periodikus változásokat keresnek, amelyeket egy körülötte keringő planéta gravitációs hatása okoz (a bolygó egy kicsit "rángatja" a csillagot, ezt az úgynevezett radiális sebességváltozást próbálják mérni).

Az eddig talált, tömegükben a Földet leginkább megközelítő bolygók nehezebbek a mi planétánknál (lásd a második keretes írást). A szakemberek a következő években felbocsátandó nagy űrteleszkópoktól várnak áttörést, mert ezek az eddigi műszereknél nagyságrendekkel érzékenyebbek lesznek. Közülük az első a Kepler.

A Kepler bolygókeresési technikája

A Kepler-űrteleszkóp úgynevezett okkultációs módszerrel keresi célpontjait. Az okkultációs módszer lényege, hogy amikor egy exobolygó a Földről nézve elhalad saját csillaga előtt, akkor kitakarja korongjának egy kis részét, és ezzel csökken a csillag általunk megfigyelt fényessége. A Kepler ilyen rövid halványodásokat keres a megfigyelt csillagok sugárzásában.

 

 

A saját csillaga előtt átvonuló bolygó átmenetileg csökkenti a csillagból hozzánk érkező sugárzást, innen következtetünk magára a bolygóra

Az okkultációs módszert már évek óta sikeresen alkalmazzák, és számos óriásbolygót azonosítottak vele más csillagok körül. Az egyik legsikeresebb ilyen program az amerikai-magyar HATnet teleszkóprendszer, amellyel eddig tizenegy exobolygót fedeztek fel.

A Földhöz hasonló exobolygóknál megint csak a viszonylag kis méret a probléma. Emiatt ugyanis csak kis területet takarnak el csillaguk korongjából, és csekély mértékben csökkentik annak fényét, amikor áthaladnak előtte. Az ilyen apró változások azonosítása a légköri turbulenciák miatt a Föld felszínéről nehéz, főleg a viszonylag halvány csillagoknál.

Ezen változtat a Kepler, amely az észleléseket a légkörön kívülről, a világűrből végzi. Az űreszköz tükrének átmérője 1,4 méter. Látómezeje viszonylag nagy, 105 négyzetfokot tesz ki - ez körülbelül megegyezik a kinyújtott karunk végén a tenyerünk által letakart égterület nagyságával. Ekkora területet rögzít rendszeresen 95 megapixeles detektorával.

Fantáziarajz a Keplerről az űrben: jobbra fent a Föld és a Hold, balra egy exobolygó rajza, amely éppen eltakarja csillagának kisebb részét (NASA)

A tervek alapján a Kepler közel 100 ezer fősorozati csillag fényváltozásait fogja követni, legalább 3,5 éven keresztül - ez sikeres üzemelés esetén 6 évre meghosszabbítható. Célterülete a Cygnus (Hattyú) csillagképben lesz. Ez távol van az ekliptika síkjától, ahol a fényes Nap és a Naprendszer bolygói mozognak, amivel zavarhatnák a folyamatos megfigyelést. Ezt a régiót fogja működése alatt állandóan figyelni, végig egyetlen irányba tekintve.

A Kepler kutatási zónája a Tejútrendszerben: a sárga kúpban, közel 3000 fényév távolságig terjedő csillagokat vizsgálja az űrteleszkóp (Jan Lomberg)

A becslések alapján a vizsgált, 9-16 magnitúdó fényességű csillagok estében egy Föld-típusú bolygótól előálló halványodás csak közel tízezrednyi lesz, és 2-16 órán keresztül tart. Elképzelhető, hogy több tucat, a Földhöz hasonló planétára akadnak majd, emellett több száz óriásbolygó felfedezése is várható. A bolygók egymáshoz közeli pályasíkban mozognak csillagaik körül. Ezért ha egy csillag körül bolygót talál majd a berendezés, ott jó esély lesz további planéták kimutatására.

Az űrteleszkóp főtükre a földi szerelőcsarnokban (Ball Aerospace)

Egy ilyen égterület közel folyamatos megfigyeléséhez nem ideális a Föld körüli pálya. Ezért az űrteleszkóp a Föld Nap körül leírt pályájához hasonló útvonalon fog haladni csillagunk körül, bolygónk közelében.

Johannes Kepler

Az új űrtávcső nevét Johannes Kepler német csillagászról és matematikusról kapta. A tudós a XVII. században dolgozta ki a Naprendszer égitesteinek keringő mozgását leíró törvényeket (Kepler-törvények).

Kepler részben a dán Tycho Brahe adatait felhasználva kimutatta, hogy a Mars nem kör, hanem ellipszis alakú pályán kering a Nap körül. Ez alapvető fontosságú előrepélés volt a csillagászat tudományában. Megfigyelte továbbá, hogy a bolygók a Naphoz közelebb gyorsabban, attól távolabb pedig lassabban mozognak. Olyan összefüggést talált, amely szerint a bolygók Naptól mért távolságainak köbei úgy aránylanak egymáshoz, mint a keringési idejük négyzetei.

A Mars mozgásával kapcsolatos eredményeit Astronomica Nova című munkájában 400 évvel ezelőtt, 1609-ben publikálta - ezt is ünnepeljük idén, A csillagászat nemzetközi évében.