Миссия НАСА TESS: что нужно знать о поиске экзопланет

На протяжении веков люди задавались вопросом о возможности других Земли вращаться вокруг далеких звезд. Возможно, некоторые из этих инопланетных миров будут иметь странные формы жизни или иметь уникальные и рассказывающие истории или будущее. Но только в 1995 году астрономы обнаружили первые планеты, вращающиеся вокруг звезд, похожих на Солнце, за пределами нашей солнечной системы.

В частности, за последнее десятилетие число планет, известных по орбите далеких звезд, возросло с менее 100 до более 2000, при этом еще 2000 вероятных планет ожидают подтверждения. Большинство из этих новых открытий связаны с одной попыткой - миссией НАСА «Кеплер».

Kepler - это космический корабль с 1-метровым телескопом, который освещает 95-мегапиксельную цифровую камеру размером с лист печенья. Прибор обнаружил крошечные изменения яркости 150000 далеких звезд, отыскивая контрольный знак планеты, блокирующей часть звездного света, когда он проходит через линию обзора телескопа. Он настолько чувствителен, что может обнаружить муху, гудящую вокруг одного уличного фонаря в Чикаго с орбиты над Землей. Это может видеть, что звезды дрожат и вибрируют; он может видеть звездные пятна и вспышки; и в благоприятных ситуациях он может видеть планеты размером с луну.

Тысячи открытий Кеплера произвели революцию в нашем понимании планет и планетных систем. Однако теперь космический корабль исчерпал свое гидразиновое топливо и официально вышел на пенсию. К счастью для охотников за планетами, миссия НАСА TESS стартовала в апреле и возьмет на себя поиск экзопланет.

История Кеплера

Миссия Кеплера была задумана в начале 1980-х годов ученым НАСА Биллом Боруки с последующей помощью Дэвида Коха. В то время не было известных планет за пределами Солнечной системы. Кеплер был в конечном итоге собран в 2000-х годах и запущен в марте 2009 года. Я присоединился к научной команде Кеплера в 2008 году (как новобранец с широко раскрытыми глазами), в конечном итоге сопредседательствуя в группе, изучающей движения планет с Джеком Лиссауэром.

Первоначально планировалось, что миссия продлится три с половиной года с возможным продлением до тех пор, пока длится топливо, или камера, или космический корабль. Со временем части камеры начали выходить из строя, но миссия сохранилась. Однако в 2013 году, когда два из его четырех стабилизирующих гироскопов (технически «реакционные колеса») остановились, первоначальная миссия Kepler фактически закончилась.

Даже тогда, с некоторой изобретательностью, НАСА было в состоянии использовать отраженный свет от солнца, чтобы помочь управлять космическим кораблем. Миссия была переименована в K2 и продолжала находить планеты еще полвека. Теперь, когда топливный датчик почти пуст, бизнес по поиску планет сворачивается, и космический корабль останется в солнечной системе. Окончательный каталог кандидатов в планеты от первоначальной миссии был завершен в конце прошлого года, и последние наблюдения К2 подведены.

Наука Кеплера

Извлечение того, что мы можем извлечь из этих данных, будет продолжаться еще долгие годы, но то, что мы видели до сих пор, поразило ученых всего мира.

Мы видели некоторые планеты, которые вращаются вокруг своих звезд-хозяев всего за несколько часов и настолько горячие, что поверхностный камень испаряется и тянется за планетой, как хвост кометы. В других системах планеты находятся так близко друг к другу, что если бы вы стояли на поверхности одной, вторая планета была бы больше 10 полнолуний. Одна система настолько заполнена планетами, что восемь из них ближе к своей звезде, чем Земля к Солнцу. У многих есть планеты, а иногда и несколько планет, вращающиеся в пределах обитаемой зоны их звезды-хозяина, где на их поверхности может существовать жидкая вода.

Как с любой миссией, пакет Kepler шел с компромиссами. Нужно было смотреть на одну часть неба, мигая каждые 30 минут, в течение четырех лет подряд. Чтобы изучить достаточно звезд, чтобы их измерить, звезды должны быть достаточно далекими - точно так же, как когда вы стоите посреди леса, от вас больше деревьев, чем рядом с вами. Отдаленные звезды тусклые, и их планеты трудно изучать. Действительно, одна из проблем для астрономов, которые хотят изучать свойства планет Кеплера, состоит в том, что сам Кеплер часто является лучшим инструментом для использования. Высококачественные данные с наземных телескопов требуют длительных наблюдений на крупнейших телескопах - ценных ресурсах, которые ограничивают количество наблюдаемых планет.

Теперь мы знаем, что в галактике по крайней мере столько же планет, сколько звезд, и многие из этих планет совершенно не похожи на те, что есть у нас в Солнечной системе. Изучение характеристик и особенностей большого разнообразия планет требует, чтобы астрономы исследовали те, которые вращаются вокруг более ярких и близких звезд, где можно использовать больше инструментов и больше телескопов.

Введите TESS

Миссия НАСА Transiting Exoplanet Survey Satellite, возглавляемая Джорджем Рикером из Массачусетского технологического института, ищет планеты, используя ту же технику обнаружения, что и Кеплер. Орбита TESS вместо того, чтобы находиться вокруг Солнца, тесно связана с Луной: TESS вращается вокруг Земли дважды для каждой лунной орбиты. Схема наблюдения TESS, вместо того, чтобы смотреть на одну часть неба, будет сканировать почти все небо с перекрывающимися полями зрения (так же, как лепестки на цветке).

Учитывая то, что мы узнали от Кеплера, астрономы ожидают, что TESS найдет еще тысячи планетных систем. Исследуя все небо, мы найдем системы, которые вращаются вокруг звезд в 10 раз ближе и в 100 раз ярче, чем те, что были обнаружены Кеплером, - открывая новые возможности для измерения масс и плотностей планет, изучения их атмосфер, определения характеристик их звезд-хозяев и установления полной природа систем, в которых обитают планеты. Эта информация, в свою очередь, расскажет нам больше об истории нашей собственной планеты, о том, как могла начаться жизнь, какие судьбы мы избежали и какие другие пути мы могли бы пройти.

Поиски нашего места во вселенной продолжаются, когда Кеплер заканчивает свою часть пути и Тэсс принимает эстафету.

Эта статья была первоначально опубликована в «Беседе» Джейсоном Штеффеном. Прочитайте оригинальную статью здесь.