Prieš keletą savaičių kosminio teleskopo „Kepler“ komanda paskelbė pirmųjų keturių su puse mėnesio stebėjimų rezultatus. Žiniasklaidoje jie buvo pristatyti įvairiai – kai kur koncentruotasi į kelias detales (pvz. kad aptikta žvaigždė su šešiomis planetomis, iš kurių penkios yra arčiau žvaigždės, nei Merkurijus prie Saulės; arba kad aptikta visai nemažai Žemės dydžio planetų gyvybinėje žvaigždės zonoje), kitur bandyta pristatyti šią informaciją kuo išsamiau. Panašiai pristatyti šią misiją, jos rezultatus, jų gavimo metodus ir svarbą, pabandysiu ir čia.

Kas tas Kepleris?

Kepleris – tai pernai paleistas NASA kosminis teleskopas. Pavadintas jis XVII a. vokiečių matematiko ir astronomo Johaneso Keplerio (Johannes Kepler) vardu. Šis mokslininkas pirmasis suformulavo planetų judėjimo dėsnius, kuriuos vėliau matematiškai paaiškino Niutonas. Būtent planetų judėjimą ir tyrinėja šis teleskopas, taigi pavadinimas – labai tinkamas.

Teleskopas skrieja aplink Saulę ta pačia orbita, kaip ir Žemė, tačiau šiek tiek nuo jos atsilikęs. Didelis nuotolis reikalingas tam, kad Žemės skleidžiama pašvaistė netrukdytų stebėti tolimų žvaigždžių ir labai tiksliai matuoti jų šviesio pokyčių. Esant arčiau Žemės (ar ant jos paviršiaus) kyla ir daugiau problemų: metų laikų kitimas, dienos ir nakties kitimas, Žemės sukimasis ir atmosferos judėjimas – visi šie reiškiniai mažina stebėjimų tikslumą. Jų sukeliamos paklaidos paprastai yra nedidelės, bet Keplerio misijai reikalingas toks tikslumas, kad ir jos gali smarkiai pakenkti rezultatams.

Keplerio misijos trukmė – bent treji su puse metų, dabar praėjo jau beveik dveji. Per šį laiką tikimasi nustatyti, kiek Žemės tipo (ir ne tik) planetų egzistuoja Galaktikoje ir kokia jų dalis aplink savo žvaigždes skrieja vadinamojoje „gyvybinėje zonoje“, t.–y. ten, kur dėl žvaigždės apšvietimo planetos temperatūra yra tinkama skystam vandeniui egzistuoti. Taip pat tikimasi aptikti daug planetinių sistemų, kuriose planetų yra ne viena, ir tyrinėti jų savybes.

Kur ir kaip žiūrima?

Yra keletas būdų, kuriais galima aptikti planetas prie kitų žvaigždžių. „Derlingiausias“ iš jų iki Keplerio misijos buvo radialinių greičių metodas, kuriuo remiantis galima nustatyti planetos masę ir atstumą iki žvaigždės. Kitas, taip pat daug atradimų atnešęs, metodas – planetų tranzitai; juos stebint, nustatomas atstumas tarp žvaigždės ir planetos bei planetos spindulys. Iš vienos pusės, šį metodą taikyti yra lengva, nes nereikia atlikti daugybės sudėtingų skaičiavimų. Tačiau iš kitos pusės jam reikalingas labai didelis tikslumas, todėl juo planetos aptinkamos beveik vien tik kosminėmis misijomis metu. Tikimybė pamatyti tranzitą stebint atsitiktinai pasirinktą sistemą siekia vos vieną procentą (arba dar mažiau) net jei planeta egzistuoja, taigi norint gauti reikšmingų rezultatų, reikia stebėti daugybę žvaigždžių.

Visa tai Kepleris ir daro. Teleskopas nukreiptas taip, kad visą laiką „žiūri“ į 100 kvadratinių laipsnių dangaus plotelį tarp Gulbės ir Lyros žvaigždynų. Stebimas plotas – maždaug tokį uždengia ištiestos rankos delnas – gal ir atrodo nedidelis, bet kaip astronominiam prietaisui, tai labai daug. Ta kryptis pasirinkta dėl kelių priežasčių. Visų pirma, ten nėra jokių ryškių žvaigždžių. Antra – plotas yra beveik Galaktikos plokštumoje, taigi didelis žvaigždžių tankis. Taip pat šia kryptimi žiūrima į Galaktikos plokštumos dalį, nuo centro nutolusią panašiu atstumu, kaip ir Saulė; tai gali būti svarbu, jei planetų skaičius ir savybės smarkiai priklauso nuo žvaigždės padėties Galaktikoje. Be to, kryptis yra toli nuo Saulės sistemos ekliptikos plokštumos, taigi Saulė niekada arti šio dangaus ploto nesilanko ir netrukdo stebėjimų.

Dangaus lopinėlį Kepleris stebi 42 "akimis" – stačiakampiais detektoriais, vadinamais CCD (Charge-coupled device), kurie yra suporuoti į 21 kvadratą, išdėstytą kryžiaus forma (žr. paveiksliuką). Detektoriai fiksuoja žvaigždes, ryškesnes nei 16 ryškio optiniame spindulių ruože – tai atitinka maždaug vieno kiloparseko, t.y. 3000 šviesmečių, atstumą. Tokių žvaigždžių stebimame plote yra apie pusantro šimto tūkstančių. Kiekvienas menkiausias žvaigždės šviesumo pokytis yra registruojamas, o vėliau, protingų programų ir protingų žmonių – klasifikuojamas. Beje, prie šios planetų medžioklės gali prisijungti visi norintys.

Didelė dalis pokyčių vyksta dėl pačių žvaigždžių pulsavimo bei jų dėmių. Kita, labai nedidelė, dalis – dėl kartkartėmis tarp teleskopo ir žvaigždės praskriejančių šiukšlių (pasimetusių asteroidų ar panašiai). Ir dar viena pokyčių rūšis, kuri mus ir domina – 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. Norint įsitikinti, kad pastebėtas pritemimas vyksta tikrai dėl planetos tranzito, reikia sulaukti bent trijų jo pasikartojimų, taigi žvaigždė turi būti stebima trigubai ilgiau, nei planetos metų trukmė. Kol kas Kepleris stebėjo žvaigždes maždaug 150 dienų, taigi geriausiu atveju aptiktos tik planetos, kurių periodai neviršija 50 dienų. Laikui bėgant, bus aptiktos planetos, kurių periodai siekia vienerius „žemiškus“ metus, o gal ir dar daugiau – neretai atsitinka taip, kad sėkmingos kosminių teleskopų misijos būna pratęsiamos.

Kas matoma?

Stebėjimai pradėti gan greit po teleskopo išėjimo į orbitą 2009-aisiais. Tiesa, duomenų analizė užtrunka ilgai, taigi naujausias pranešimas parengtas ištyrus tik 2009-ųjų metų gegužės-rugsėjo mėnesių stebėjimus. Bet ir šie rezultatai yra labai įdomūs. Geriausiai juos iliustruoja žemiau esantis paveiksliukas.

Kaip matome, planetų aptikta gausybė. Tikslumo dėlei reikia pabrėžti, kad kol kas tai tėra tik planetos-kandidatės, t. y. negalima šimtu procentų užtikrinti, kad kiekviena aptikta „planeta“ yra tikra. Tačiau Keplerio komandos ir nepriklausomų mokslininkų analizė skelbia, kad bent 80-90 % kandidačių yra tikros planetos, o tikslesnius skaičius gauti užtruks gana ilgai, nes patvirtinti jų realumą lengviausia naudojant radialinių greičių metodą, bet tokie stebėjimai užima daug laiko. Visgi aptikta daugiau nei 1200 kandidačių. Palyginimui, iki praeitų metų pabaigos iš viso buvo atrasta maždaug 500 egzoplanetų. O turint tokį duomenų kiekį, jau galima pradėti daryti ir statistinę analizę. Tiesiog pagal planetų dydžius (t. y. skersmenis) galima įvertinti, kad atrastame būryje yra 68 Žemės dydžio planetos (t. y., kurių skersmuo mažesnis nei 1,25 Žemės skersmens), 288 superžemės (skersmuo nuo 1,25 iki 2 Žemės skersmenų), 662 Neptūno dydžio planetos (nuo 2 iki 6), 165 Jupiteriai (6 – 15) ir 19 didesnių (15 – 22). Šios planetos sukasi aplink 997 žvaigždes. 17 procentų iš šių beveik tūkstančio žvaigždžių turi po daugiau nei vieną planetą.

Nors kol kas planetų aptikta tik prie vienos iš 150-ties 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 superžemes, 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. Nežinau, kiek tikslūs šie skaičiai, tačiau laikui bėgant ir Kepleriui pateikiant vis daugiau informacijos apie labiau nutolusias planetas, jie neabejotinai bus patikslinti ir galbūt sumažės, bet net ir tada tikrai bus labai dideli.

Ką tai reiškia?

Kokio „dydžio“ tie dideli skaičiai? Galima įvertinti, ką jie reiškia visos Galaktikos mastu, padarant prielaidą, kad Keplerio stebimame plote žvaigždės ir planetinės sistemos yra „tipinės“ ir reprezentuoja visos Galaktikos populiaciją. Mūsų Galaktikoje yra daugiau nei 100 milijardų žvaigždžių. Jei aukščiau pateikto modelio rezultatai teisingi, tai reiškia, kad Paukščių take egzistuoja bent 50 milijardų planetų, iš kurių500 milijonų yra gyvybinėse savo žvaigždžių zonose. Jei skaičiuotume vien uolines planetas, t. y. Žemės tipo ir superžemes, gautume 10 milijardų planetų, iš kurių 100 milijonų yra gyvybinėse zonose.

Šiuos skaičius galima įsivaizduoti ir šiek tiek kitaip. Vidutiniškai viena iš tūkstančio, arba netgi daugiau, žvaigždžių turėtų turėti po uolinę planetą gyvybinėje zonoje. Atstumas nuo Saulės iki tūkstantosios artimiausios žvaigždės turėtų būti maždaug 45 šviesmečiai. Šis nuotolis tikrai didžiulis, lyginant su šiandienos techninėmis galimybėmis; tačiau palyginus su Galaktikos masteliais, jis yra mažytis. Taigi ir galimybė nuskristi į naujus namus kosmoso platybėse, sužinojus šią informaciją, staiga padidėjo daugybę kartų.

Beje, gali būti, kad tokią gyvybei tinkamą Žemės „kaimynę“ mes jau aptikome. Praeitų metų pabaigoje buvo paskelbta naujiena apie žvaigždės Gliese 581 (tai yra katalogo numeris, ne žvaigždės ar žvaigždyno pavadinimas) planetinę sistemą, kurią sudaro net 6 planetos. Viena jų, Gliese 581g, yra beveik tiksliai gyvybinės zonos viduryje, o jos masė – maždaug 3 ar 4 kartus didesnė, nei Žemės. Po kiek laiko pasirodėkitos tyrinėtojų grupės pranešimas, kad planeta greičiausiai neegzistuoja, tačiau galutinis atsakymas į šį klausimą dar nerastas. Na, o pati žvaigždė yra vos 20 šviesmečių atstumu nuo Saulės, taigi gerokai arčiau, nei aukščiau įvertintas tipinis atstumas.

Kas toliau?

Aišku, šie atradimai yra įdomūs patys savaime, bet darbas dar toli gražu nebaigtas. Kaip jau minėjau, Kepleris toliau stebi tą patį dangaus plotą, ieškodamas planetų, kurių periodai vis didesni ir didesni, kol galiausiai ras ir vienerių Žemės metų periodo akmenėlius (ir dujų milžinus). Tuo tarpu Žemėje mokslininkai ruošiasi stebėti kai kurias įdomesnes planetas-kandidates kitais teleskopais ir patvirtinti arba paneigti jų egzistavimą bei išmatuoti daugiau parametrų. Svarbiausi parametrai – planetų masės ir jų spektrai. Pastarieji leis nustatyti, ar planetos turi atmosferas ir iš ko šios sudarytos. Jei atmosferoje rasime vandens garų pėdsakų, vadinasi, vandens greičiausiai yra ir planetos paviršiuje. O tai jau būtų tikrai džiugi naujiena visiems nežemiškos gyvybės ieškotojams.

Po poros metų į kosmosą turėtų pakilti dar vienas, šiek tiek panašus, teleskopas – GAIA. Šis Europos kosminės agentūros prietaisas stebės iki milijardo žvaigždžių ir labai tiksliai fiksuos jų padėtis bei ryškius. Pagrindinis misijos tikslas – sudaryti detalų trimatį Galaktikos apylinkių žemėlapį, tačiau šie matavimai leis aptikti ir daugybę planetų. Duomenys, gauti GAIA misijos metu, sujungti su Keplerio pateikta informacija, turėtų dar patikslinti planetų skaičių Galaktikoje.

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 yra tas Keplerio teleskopas ir ką jis veikia. Toli gražu ne visas detales ir ne visus atradimus aprašiau, bet tam turbūt prireiktų visos knygos, o ne straipsnio. Ateityje rezultatų bus ir daugiau – gal nepamiršiu apžvelgti ir juos.

Komentarai (8)