Trečiadienį popiet buvo paskelbti Keplerio kosminio teleskopo pirmųjų keturių su puse mėnesio stebėjimų rezultatai. Kai kurie iš jų pasiekė ir žiniasklaidą – štai Lietuvos naujienų portalai pastebėjo, kad aptikta žvaigždė su šešiomis planetomis, iš kurių penkios yra arčiau žvaigždės, nei Merkurijus prie Saulės. Kitur buvo pastebėtas ir didysis informacijos paketas – pusantro šimto tūkstančių žvaigždžių stebėjimų duomenys, tarp kurių aptikta daugiau nei tūkstantis galimų planetų. Būtent šis UniverseToday straipsnis man pasirodė labai šaunus, taigi daugmaž juo remdamasis, pabandysiu pristatyti rezultatus, jų gavimo metodus ir svarbą.

Kas tas Kepleris?


Kepleris gamybos metu

Kepleris – tai pernai paleistas NASA kosminis teleskopas. Jis skrieja aplink Saulę ta pačia orbita, kaip ir Žemė, tačiau šiek tiek nuo jos atsilikęs. Šis atstumas yra pakankamai didelis, kad Žemės spinduliuotė netrukdytų stebėjimams. Keplerio sukimasis suderintas taip, kad gegužės – rugsėjo mėnesiais jis visą laiką žiūrėjo į vieną dangaus lopinėlį. Ilgą laiką stebėdamas visas tame lopinėlyje matomas žvaigždes, jis gali aptikti prie jų egzistuojančias planetines sistemas.

Kaip ieškoma planetų?

Kepleris žiūri į planetą

Yra keletas būdų, kaip galima aptikti planetas už Saulės sistemos ribų. Iki šiol daugiausiai planetų buvo aptikta naudojant radialinių greičių metodą, t.y. stebint žvaigždės "svyravimą" artyn-tolyn nuo mūsų, kuris reiškia, jog aplink žvaigždę sukasi planeta, taigi sistemos masės centras nesutampa su žvaigždės centru. Tačiau Kepleris žvalgosi kitaip. Jis bando aptikti planetas, kurios kartkartėmis praskrenda tarp mūsų ir savo žvaigždės, taip šiek tiek užtemdydamos pastarosios šviesą. Toks praskridimas, vadinamas tranzitu, yra lengvai pastebimas (žvaigždės šviesis sumažėja gerokai mažiau, nei vienu procentu, tačiau mūsų turimi prietaisai yra pakankamai jautrūs, kad tą pamatytų), tačiau nedažni, nes reikalinga ypatinga planetinės sistemos konfigūracija. Jei sistema pasvirusi per dideliu kampu nuo krypties tarp žvaigždės ir mūsų, tranzitų nesimatys, nes planeta praskris "viršuje" arba "apačioje". Štai pavyzdžiui jei Keplerio stebėjimo lauke būtų Saulės sistemos kopija, pasukta atsitiktiniu kampu, tai tikimybė pamatyti Jupiterio tranzitą yra maždaug 1/2000. Aišku, jei planeta yra labai arti žvaigždės, tikimybė padidėja, bet vis tiek nėra labai didelė. Iš kitos pusės, tranzito stebėjimas yra naudingas dar ir tuo, kad leidžia nustatyti planetos skersmenį (kuo didesnė planeta, tuo labiau užtemdo žvaigždę) bei periodą (tranzitas pasikartoja vieną sykį per planetos "metus"). Vėliau, stebint sistemas-kandidates kitais teleskopais ir patvirtinant aptikimus radialinių greičių metodu, nustatoma ir planetos masė. Žinant masę ir skersmenį, suskaičiuojamas planetos tankis ir paaiškėja, ar tai dujinis, ar uolinis, ar dar koks kitas kūnas.

Kur žiūrima?

Dangaus plotas, kur Kepleris žiūri

Kepleris žiūrį į dangaus lopinėlį Gulbės ir Lyros žvaigždynuose, daugmaž per vidurį tarp Denebo (Gulbės uodegos) ir Vegos (Lyros rankenos). Šis gabaliukas buvo pasirinktas dėl kelių priežasčių. Pirma, ten yra Paukščių Takas, t.y. žiūrima beveik tiksliai Galaktikos plokštumoje, kur žvaigždžių tankis gerokai didesnis, nei kitomis kryptimis. Antra, šiame lopinėlyje nėra jokių labai ryškių žvaigždžių, kurios galėtų trukdyti matyti aplinkines. Trečia, šalia šio ploto yra dvi ryškios žvaigždės, jau minėtos Lyra ir Denebas, kurių šviesa gali būti panaudota kalibruojant Keplerio instrumentus (čia mano spėjimas; žinau, kad taip daroma įvairiuose teleskopuose, bet nesu tikras, ar tai daryta ir ar to reikėjo Kepleriui).

Dangaus lopinėlį Kepleris stebi 42 "akimis" – stačiakampiais detektoriais, vadinamais CCD (Charge-coupled device), kurie yra suporuoti į 21 kvadratą, išdėstytą kryžiaus forma (žr. paveiksliuką). Šiame plote yra maždaug pusantro šimto tūkstančių žvaigždžių, ryškesnių nei 16 ryškis – tai atitinka maždaug vieno kiloparseko, t.y. 3000 šviesmečių, atstumą. Kiekvienos žvaigždės šviesa pasiekia tuos detektorius ir yra fiksuojama. Kiekvienas menkiausias šviesumo pokytis yra registruojamas, o vėliau, protingų programų ir protingų žmonių dėka, tie pokyčiai klasifikuojami. Didelė dalis pokyčių vyksta dėl pačių žvaigždžių pulsavimo bei jų dėmių. Kita dalis, labai nedidelė, – dėl kartkartėmis tarp teleskopo ir žvaigždės praskriejančių šiukšlių (ar tai būtų koks pasimetęs asteroidas, ar dar kas). Ir dar viena pokyčių rūšis yra ta, kurios mums ir reikia – planetų tranzitai. Jų metų planetos šviesis iš pradžių tolygiai sumažėja, paskui kurį laiką nekinta, o tada vėl padidėja – tuo tranzitai skiriasi nuo pulsavimų ir dėmių. Taip pat tranzitai kartojasi periodiškai – tuo jie skiriasi nuo atsitiktinių šiukšlių. Kol kas Kepleris stebėjo žvaigždes maždaug 150 dienų, taigi geriausiu atveju aptiktos tik planetos, kurių periodai neviršija 75 dienų (vienas-du tranzitai), o rezultatais pasitikėti galima išvis tik iki 50 dienų ribos (du-trys tranzitai). Laikui bėgant, bus aptiktos planetos, kurių periodai siekia net vienerius metus, o gal ir daugiau – Keplerio misijos trukmė yra 3,5 metų, bet gali būti pratęsta.

Kas matoma ir kas čia naujo?

Planetos stebėtame plote prieš ir po Keplerio

Viską pasako šitie du paveiksliukai. Kairiajame – žinomos žvaigždės, turinčios planetų, prieš Kepleriui pasižiūrint. Dešiniajame – Kepleriui pasižiūrėjus. Iš viso aptiktos 1235 planetos-kandidatės, iš jų apie pusę – patvirtintos, t.y. su 50 dienų ir mažesniu periodu. Tai yra daugiau egzoplanetų, nei iki šiol buvo atrasta iš viso. O turint tokį duomenų kiekį, jau ir statistinę analizę įdomu pradėti daryti. Tiesiog pagal planetų dydžius (t.y. skersmenis) galima įvertinti, kad tarp jų yra 68 Žemės dydžio planetos (t.y. skersmuo mažesnis nei 1,25 Žemės skersmens), 288 super-Žemės (skersmuo tarp 1,25 ir 2 Žemės skersmenų), 662 Neptūno dydžio planetos (atitinkamai tarp 2 ir 6), 165 Jupiteriai (6 – 15) ir 19 didesnių (15 – 22). Šios planetos sukasi aplink 997 žvaigždes. 17 procentų žvaigždžių turi po daugiau nei vieną planetą.

Nors kol kas planetų aptikta tik prie vienos iš 150 žvaigždžių, tikimasi, kad jų skaičius turėtų būti žymiai didesnis. To "žymiai didesnio" skaičiaus įvertinimui buvo sukurtas modelis, kokia tikimybė Kepleriui pamatyti įvairių tipų planetas prie žvaigždžių, įvertinant planetų nuotolius nuo žvaigždžių, planetinių sistemų posvyrius ir t.t. Gauti rezultatai – stulbinantys. Teigiama, jog kiekvienam šimtui žvaigždžių turėtų tekti po maždaug 6 Žemės dydžio planetas, 7 super-Žemes, 17 Neptūnų, 4 Jupiteriai ir 0,2 didesnių planetų. Taigi bendrai paėmus šimtui žvaigždžių tenka maždaug 34-35 planetos. Iš tų planetų kokie 1-2 procentai gali pakliūti į "gyvybinę zoną", t.y. sritį, kurioje gali egzistuoti skystas vanduo. Nesiimsiu komentuoti, koks šio modelio tikslumas, tačiau skaičiai yra tikrai daug žadantys.

Ką tai reiškia?

Kiek daug? Štai paskaičiuokime labai paprastą dalyką. Mūsų Galaktikoje yra maždaug 10 milijardų žvaigždžių. Jei tikėsime aukščiau esančio modelio duomenimis, tai reiškia, kad Galaktikoje yra 700 milijonų Žemės dydžio planetų, iš kurių kokie 7-15 milijonų yra gyvybinėse savo žvaigždžių zonose. Jei pridėtume greičiausiai uolinės sandaros super-Žemes, šis skaičius padvigubėtų. Pažvelgus iš kitos pusės, statistiškai viena Žemės dydžio planeta pasitaiko kas 14-tos žvaigždės aplinkoje, o kas 300-ta žvaigždė turi po gyvybei tinkamą Žemę arba super-Žemę. 14-ta artimiausia Saulei žvaigždė yra nutolusi maždaug 10 šviesmečių atstumu, 300-ta artimiausia – maždaug 30. Ne taip ir toli, ar ne?

Bet kuriuo atveju, tokia naujų planetų gausa yra labai įdomus atradimas. Jei anksčiau kas ir galvojo, kad Saulės sistema yra išskirtinė, tai dabar toks manymas pasidarė dar mažiau protingas. Planetų išsidėstymas bei jų savybės leis mums patikrinti dabartinius teorinius planetų formavimosi modelius. Ir, žinoma, gyvybinėje zonoje patvirtinta uolinė planeta (tarp Keplerio kandidatų tokių yra 6) bus dar puikesnis patvirtinimas, kad kitur Galaktikoje egzistuoja mums pažįstamai gyvybei priimtinos sąlygos.

Pabaiga

Šioje apžvalgoje pasistengiau trumpai pristatyti, kas per biesas yra tas Keplerio teleskopas ir ką jis veikia. Tikiuosi, kad suprantamai. Ateityje rezultatų bus ir daugiau, galbūt nepamiršiu apžvelgti ir juos. Ačiū už dėmesį :)