Az évszázad projektje: láthatjuk a távoli exobolygók atmoszféráját

Különösen izgalmas eredményeket várnak a szuperforró exobolygók légkörének vizsgálatától

A bolygórendszerek keletkezésének és fejlődésének alapkérdéseit vizsgáló ARIEL (Atmospheric Remote-Sensing Infrared Exoplanet Large-survey) missziót választotta az Európai Űrügynökség a következő M-osztályú - vagyis önálló, nagyjából félmilliárd eurós költségplafonnal rendelkező - tudományos küldetésének - közölte az MTA pénteken az MTI-vel.

Idegen naprendszerek ezer planétáját fogják vizsgálni

A tervek szerint a 2028-ban induló négyéves küldetése alatt az ARIEL ezer távoli csillag bolygóit figyeli majd meg.

Ez lesz az első olyan kiterjedt vizsgálat, amely az exobolygó-légkörök kémiáját fogja tanulmányozni.

A WASP-39b exobolygó fantáziarajza Forrás: Wikimedia Commons

A küldetést három lehetséges jelölt közül az ESA Tudományos Programtanácsa választotta ki, a döntést 2018. március 21-én jelentették be. "Bár mára körülbelül 3800 planétát fedeztünk fel más csillagok körül, ezeknek az exobolygóknak a természete jórészt rejtve maradt. Az ARIEL statisztikai szempontból nagy exobolygó-mintát fog vizsgálni, hogy valódi képet kaphassunk arról, milyenek is ezek az égitestek.

A WASP-39b exobolygó légkörének elemzése Forrás: NASA

Ez olyan kérdések megválaszolásához visz minket közelebb, mint hogy hogyan függ a bolygó kémiai összetétele és folyamatai attól a környezettől, amelyben keletkezett, és hogy a születését és fejlődését hogyan befolyásolta a gazdacsillaga" - idézi a közlemény Giovanna Tinetti az ARIEL vezető kutatójának, az University College London professzorának szavait.

Mit rejthet a szuperforró exobolygók pokoli légköre?

Az ARIEL az exobolygók különböző populációit fogja tanulmányozni a Jupiter- és Neptunusz-méretűektől egészen a szuperföldekig, ráadásul eltérő környezetben.

Egyes bolygók a csillagaik lakhatósági zónáiban lesznek,

ám a küldetés fő célpontjait azok a forró és meleg planéták jelentik, melyek közel keringenek a csillagaikhoz.

Az Ariel űrtávcső az idegen csillagrendszerek exobolygóinak atmoszféráját dogja kutatni Forrás: Space.com

A meleg és forró exobolygók természetes laboratóriumokként szolgálnak, melyekben a bolygók kémiai folyamatait és fejlődését tanulmányozhatjuk. A magas hőmérséklet következtében a légkör különböző molekulái folytonos mozgásban vannak, nem tudnak leülepedni vagy felhőréteget alkotni, így a műszeres mérések során megfigyelhetőek maradnak.

Különösen izgalmas eredményeket várnak a szuperforró exobolygók légkörének vizsgálatától Forrás: NASA

A csillagukhoz közel keringő bolygók pokoli hőmérséklete - ami akár a 2000 Celsius-fokot is meghaladhatja - biztosítja, hogy a bolygó belsejére jellemző molekulák is eljuthatnak az atmoszférába. Ez lehetővé teszi az ARIEL számára, hogy a bolygó belső összetételéről és a bolygórendszer kialakulásáról is több információhoz jusson.

Feltárják az idegen planéták légkörének kémiai ujjlenyomatát

Az ARIEL egy méteres nagyságú (meter-class) távcsőtükörrel lesz felszerelve, ami a távoli naprendszerek látható és infravörös sugárzását gyűjti. Egy spektrométer a "szivárvány színeire" bontja a fényt,

és kimutatja a bolygók légkörének kémiai ujjlenyomatát,

ami a bolygó csillag előtti vagy mögötti elhaladása során rakódik rá a csillag fényére.

Az Areiel űrszonda Forrás: YouTube

Egy fényességmérő eszköz az exobolygók légkörében található felhőket fogja detektálni,

míg a pontos követést lehetővé tevő irányító rendszer az űreszköz stabil célra tartását fogja garantálni nagy pontossággal. Az ARIEL programban 15 ESA-tagországból 60 intézet vesz részt, többek között az Egyesült Királyság, Franciaország, Olaszország, Lengyelország, Spanyolország, Hollandia, Belgium, Ausztria, Dánia, Írország, Magyarország, Svédország, a Cseh Köztársaság, Németország, Portugália, valamint egy NASA-hozzájárulás révén az Egyesült Államok.

Az Ariel projekt merőben új perspektívákat teremt a távoli csillagrendszerek bolygóinak kutatásában Forrás: Space.com

A konzorciumot és a tervezést az Egyesült Királyság vezeti.

Jelentős a magyar kutatók szerepvállalása is

Az európai űrmissziónak jelentős magyar vonatkozásai is vannak. A hazai tudományos hozzájárulást az MTA CSFK Csillagászati Intézet munkatársa, Szabó Róbert koordinálja, aki elmondta:

az ARIEL tudományos programjának számos részkérdésébe bekapcsolódtak az intézet és az ELTE Gothard Asztrofizikai Obszervatórium munkatársai.

Az ELTE Gothard Asztrofizikai Obszervatórium az asztrofizikai kutatások élvonalában áll Forrás: Prémium Magazin

A műszerhez szükséges egyes alkatrészek esetleges magyar tervezéséről és gyártásáról szóló tárgyalások is napirenden vannak. Az MTA CSFK Konkoly Thege Miklós Csillagászati Intézetében mintegy 50 kutató foglalkozik elméleti és megfigyelő csillagászattal.

Az intézet munkatársai számos európai és amerikai űrprogramban vettek vagy vesznek részt,

melyek közül több az exobolygók keresésére vagy részletes analízisére koncentrál, de vannak közöttük infravörös tartományban működő űrtávcsöves megfigyelések is.

A Spitzer űrteleszkóp. A magyar csillagászok több űrtávcső-megfigyelési programban is részt vesznek Forrás: NASA

Az exobolygó-légköröket vizsgáló, infravörösben működő ARIEL űrmisszióban való részvétel ezeknek az erőfeszítéseknek a megkoronázása lesz. A magyar csillagászok már régebb óta és igen eredményesen vesznek részt az exobolygók kutatásában.

A 2007-ben felfedezett 60 új exobolygó közül hét például magyar felfedezés volt.

Magyar csillagászok tervezték és üzemeltetik a HATNet távcsőhálózatot és kutatási programot is, amellyel már 41 fedési exobolygót fedeztek fel.

A Piszkéstetői Obszervatórium Schmidt-távcsöve Forrás: Rácz Miklós

2009-től Magyarországon önálló kutatócsoport működik az exobolygók tulajdonságainak vizsgálatára, valamint a Piszkéstetői Obszervatórium távcsöveit korszerűsítik, alkalmassá téve őket exobolygókkal kapcsolatos észlelési munkára.

Obszervatórium másfélmillió kilométerre a Földtől

Az ARIEL-t Francia Guyanából, Kourouból bocsátják fel, és a második Lagrange-pont (L2) körüli pályára juttatják, másfél millió kilométerre a Földtől, ahol a Föld és a Nap gravitációs hatásának eredőjeként egy viszonylagos egyensúlyi állapotban tartózkodhat.

Itt az űreszköz védve van a Nap sugárzásától, miközben a teljes égboltot megfigyelheti.

Az Ariel űrtávcső szerkezeti rajza Forrás: Ariel Space Telescope

Az ARIEL Konzorcium projektmenedzsere, Paul Eccleston szerint az ARIEL forradalmasítani fogja az ismereteinket arról, hogy a bolygórendszerek hogyan keletkeznek és fejlődnek, és segíteni fog abban, hogy összevethessük saját Naprendszerünket a többi, szomszédos bolygórendszerrel.

Az extraszoláris, azaz a Naprendszeren kívüli bolygók léte egészen az 1990-es évekig csupán elméleti feltételezés volt.

Művészi illusztráció egy, a csillagközi térben vándorló exobolygóról Forrás: Wikimedia Commons

A csillagászati megfigyelések forradalmian új technológiai fejlődésének, valamint a légkörön kívüli észleléseknek köszönhetően

napjainkig mintegy 3 800 exobolygót katalogizáltak,

ám ez még csak a jéghegy csúcsa. A NASA Exoplanet Archive listája szerint az ismertté vált exobolygók száma 3705 (2018. március 3-i adat), ez a szám azonban a heti közlések alapján folyamatosan növekszik.

Egy csillaga előtt elhaladó exobolygó illusztrációja Forrás: NASA/JPL-Caltech

Ma már bizonyosnak tekinthető, hogy a Tejútrendszer csillagainak túlnyomó többsége rendelkezik sötét kísérőkkel, azaz bolygókkal. Az exobolygók lehetséges számára vonatkozó kutatási eredmények szerint

a Tejútrendszer 100 milliárd csillaga mintegy 160 milliárd exobolygóval rendelkezhet.

Fanáziarajz kettős naplementéről a Gliese667cc-n exobolygón. A becslések szerint legalább 160 milliárd exobolygó létezhet a Tejútrendszerben Forrás: Wikimedia Commons

A Naphoz hasonló tömegű és korú, G színképosztálybeli csillagok legalább 50 %-a rendelkezhet bolygórendszerekkel. Az exobolygó kutatás friss eredményei szerint léteznek olyan, az anyacsillaguktól „megszökött" planéták is, amelyek magányosan róják kozmikus vándorútjukat a csillagközi térben.