Satelit CoRoT i potraga za planetama nalik Zemlji

Malcolm Fridlund iz Evropske Svemirske Agencije (ESA) opisuje potragu za ekstra-solarnim planetama i objašnjava kako nam one mogu pomoći u shvatanju porekla života na Zemlji.

Image courtesy of ESA

CoRoT

27 – Decembra 2006. godine, Francuska svemirska agencija CNES (Centre National d’Etudes Spatiales), ESA i njihovi partneri su lansirali satelit CoRoT (Convection, Rotation and planetary Transits) za potragu malih Zemljolikih planeta van Sunčevog sistema i uočavanje ‘zvezdanih potresa’. CoRoT je namenjen ispitivanju rotacije zvezda i konvekcije vrućeg gasa iz zvezdane unutrašnjosti. Takođe je namenjen i za detektovanje prelaza planeta između Zemlje i diska zvezda (tranzit planeta).

Sva tri fenomena se mogu proučavati merenjem promena intenziteta emitovane svetlosti sa posmatranih zvezda. Konvekcija iz unutrašnjosti zvezde uzrokuje smanjenje ili povećanje intenziteta svetlosti za milioniti deo. Područja intenzivne magnetne aktivnosti sprečavaju konvekciju, formirajući oblasti smanjene površinske temperature koje su vidljive kao tamne zvezdane pege. Usled rotacije zvezde, dolazi do male promene, u zavisnosti od broja zvezdanih pega na hemisferi koja je u našem vidnom polju; posmatrajući zvezdane pege možemo odrediti brzinu rotacije. Konačno, kada planeta na orbiti oko zvezde prođe između satelita CoRoT i zvezde, može se uočiti kao malo periodično smanjenje svetlosti zvezde.

Na grafiku je predstavljen tranzit prve egzo planete otkrivene satelitom CoRoT: CoRoT-Exo-1b. Rezultat tranzita je smanjenje luminoznosti zvezde nalik Suncu, period revolucije planete je 1.51 dana. Planeta je vruć džin nalik Jupiteru, slična Jupiteru i po masi (masa određena spektroskopskim posmatranjima sa Zemlje) i ima 1.49 +/- 0.08 radiusa Jupitera.

Image courtesy of ESA

Tranziti planeta se koriste da bi se detektovale egzoplanete, dok merenja konvekcije i rotacije određuju karakteristike zvezde oko koje su pronađene orbite planeta. CoRoT će takođe biti upotrebljen za astroseizmologiju: detektovanju akustičnih talasa koje se stvaraju duboko u unutrašnjosti zvezde koji uzrokuju žuborenje površine, poznato kao ‘zvezdani potres’. Tačna priroda žuborenja omogućuje astronomima da precizno izračunaju zvezdanu masu, starost i hemijski sastav.

Za merenje ovih fenomena su potrebni svemirski teleskopi sa veoma preciznim fotometrom. Satelit CoRoT ima u prečniku 30 cm – napravljen specifično za ovu upotrebu. Jedini instrument na njemu je kamera koja slika svake 32 sekunde. Računar tada meri promene svetlosti svake zvezde i vremenom se dobija svetlosna kriva. Letelica je usmerena u istu tačku neba do 150 dana, za to vreme istovremeno posmatra i do 12 000 zvezda. Što je duže uperena u iste zvezde, tim se uočuje više tranzita.

CoRoT može detektovati planete koje su blizu svojih zvezda, kojima je potrebno i do 50-75 dana za revoluciju – i može naći planete koje su veličine Zemlje. Izgled svetlosne krive nam pokazuje kako se planeta kreće, kako se ponašaju spoljni delovi zvezde i takođe veličinu planete. Kada CoRoT detektuje planetu, astronomi mogu posmatrati zvezdu i planetarni sistem sa zemlje, i detaljnije proučavati

CoRoT je uperen u isti pravac više od 150 dana, pre nego što dođe u položaj da bude uperen u Sunce, CoRoT se okreće za 180⁰ i postavlja se u drugi pravac.

Image courtesy of ESA

Satelit CoRoT  je za sada pronašao nekoliko većih planeta. Sada počinje da beleži šta mislimo da su male planete. To će nam omogućiti da saznamo koliko je čest naš tip planetu u Svemiru.

Ekstraterestrijalni život

Zašto je važno znati koliko su uobičajene Zemljolike (male i čvrste) planete. Prvo, zato što bi mi želeli da znamo da li je naša planeta jedinstvena. Dalje, pronalaženje Zemljolikih planeta izvan Sunčevog sistema može nam pomoći da razumemo kako je nastao život na Zemlji pre 3.5 milijardi godina.

Po hipotezi pre 30. godina, naučnici su pretpostavili da svi tipovi ‘života’ opstaju kao i na Zemlji, i da vanzemaljske forme života imaju istu vrstu metabolizma kao što je naš. Tako da su istraživači osnovali svoju potragu za tim šta se desilo na Zemlji. Iako je proces koji je uzrokovao pojavu života na Zemlji još uvek nepoznat, veruje se da se može povezati sa prisutnošću tečne vode na tvrdoj, kamenoj planetarnoj površini.

Ako postoje neke planete nalik Zemlji, da li je na nekim evoluirao život?

Pronaći ekstra-solarnu planetu veličine Zemlje je teško. Još koliko bi bilo teže posmatrati život sa te udaljenosti?

Umetnički pogled na satelit CoRoT

na svojoj orbiti na 900 km iznad Zemlje.

Image courtesy of ESA / CNES

Naročito bi bilo teško ako bi to bile samo bakterije, koje su bile jedini živi organizmi na Zemlji prvih milijardu godina i još uvek nadmašuju druge vrste u odnosu million prema jedan u odnosu na pojedince, a moguće i u odnosu na broj vrsta.

Ključno je pronaći planetu sa atmosferom u hemijskoj ravnoteži. Atmosfera planete (kao i skoro sve ostalo) teži uravnoteženju (gde se svaka hemijska reakcija odvija istom brzinom kao i obrnut proces). Život, međutim, menja svoje okruženje: na primer, sav slobodan kiseonik (O₂) u našoj atmosferi je proizvod živih organizama – biljke i drugi organizmi uzimaju ugljendioksid i pretvaraju ga u kisonik, koji se zatim oslobađa. Kiseonik je toliko reaktivan da, ukoliko bi život nestao sa Zemlje, slobodan kiseonik u atmosferi bi nestao za manje od 4 miliona godina (što je mali period u odnosu na godine Zemljine istorije)

Umetnička vizija egzoplanete HD 189733b, sada poznatoj po tome da ima metan i vodu u svojoj atmosferi (iz ispitivanja sa Habla i Spicer teleskopa). Metan je prvi organski molekul nađen na ekstrasolarnoj planeti. Otkriće uz pomoć spektroskopskog ispitivanja svetlosti matične zvezde koja je prošla kroz atmosferu planete.

Image courtesy of ESA

Slično hemijsko narušenje ravnoteže se dogodilo kada je život započeo na Zemlji i bakterije proizvodile previše metana. Šta se dogodilo sa bakterijama koji su proizvodili metan i njihovim svetom? Ne znamo tačno, ali se veruje da su novi organizmi evoluirali i počeli produkciju kiseonika: kisonik je bio otrovan za proizvođače metana, i večina ih je izumrla.

Međutim, sadašnja tehnologija je nedovoljna da analizira atmosfere manjih planeta. Svetlost koju primamo sa egzoplaneta je ekstremno slaba, i potrebne su veoma veliki teleskopi: od svih fotona izračenih sa egzoplanete, samo nekoliko fotona po kvaratnom metru stignu na Zemlju. Dalje, naša atmosfera sadrži veliku količinu kiseonika i metana tako da je već mnogo ‘fotona kiseonika’ i ‘fotona metana’ (fotoni sa metanovim i kiseonikovim potpisima, respektivno). Nekoliko ‘kiseonikovih fotona’ i ‘metanovih fotona’ sa egzoplanete moraju nadmašiti ove u atmosferi Zemlje, što je nemoguće za njihovu detekciju. Tako da moramo ići u svemir – sa velikim teleskopima – što je u oba slučaja veoma teško i veoma skupo. Naučnici razrađuju sledeću generaciju instrumenata koji bi tehnički bili u mogućnosti izvršiti neophodna posmatranja da bi nam rekli da li je na ovim planeta započeo život i, ako jeste, šta se s njim dešava.

Na kraju, nadamo se da ćemo primeniti ovo znanje za razumevanje evolucije života na našoj planeti.

CoRoT je prvi ugledao transit planete CoRoT-7, u sazvežđu Monoceros (Jednorog), udaljenu oko 500 svetlosnih godina, jeseni 2008. Međutim, potvrđivanje prirode planete velikim teleskopima na zemlji je trebalo nekoliko meseci, tako da otkriće nije bilo objavljeno do 3. Februara 2009.

Za merenje mase planete i gustine, astronomi su koristili visoko precizan tragač planetarnih radijalnih brzina (High Accuracy Radial velocity Planet Searcher , HARPS) sa spektrografom okačenim na 3.6 m teleskopu u La Silla opservatoriji u Čileu, obavljajući najduži period posmatranja na toj mašini do sada (70 sati). 16. Septembra 2009, su konačno objavljeni rezultati.

Umetnička vizija Corot-7b
Image courtesy of ESO / L. Calcada

Planeta, poznata kao CoRoT-7b, mase slične Zemljinoj, šta je stavlja među najlakšim poznatim egzoplanetama. Sa prečnikom dva puta manjim od Zemljinog, takođe je i najmanja egzoplaneta pronađena do sada. Svaka 20.4 sata, CoRoT-7b pomračuje mali deo (jedan deo od 3000) svetlosti svoje zvezde za nešto više od sat vremena. Kružeći oko zvezde brzinom većom od 750 000 km/h, više od sedam puta brže nego što se Zemlja kreće oko Sunca, to je ujedno i egzoplaneta sa najbržom revolucijom.

I ne samo to: samo je 2.5 miliona km udaljena od matične zvezde tj. 23 puta bliže nego  što je Merkur Suncu, što je čini i najbližom poznatom planetom svojoj matičnoj zvezdi. Toliko je blizu da mora da prolazi kroz ekstremne uslove, što je čini nenastanjivom za život kakvog ga mi znamo. Verovatna temperatura na njenoj ‘dnevnoj strani’ je iznad 2000⁰C, ali -200⁰C na njenoj ‘noćnoj strani’. Izračunata gustina je slična Zemljinoj, nagoveštavajući da je planetarna kompozicija slična čvrstoj. Teorijski modeli predpostavljaju da planeta može imati površinu od lave ili kipućeg okeana.

Astronomi su pronašli iz njihovih podataka da CoRoT-7 ima još jednu egzoplanetu malo dalje od zvezde nego CoRoT-7b. Planeta CoRoT-7c obrne se oko zvezde za 3 dana i 17 sati i oko 8 puta je masivnija od Zemlje. Za razliku od CoRoT-7b, ova planeta na prelazi između svoje zvezde i Zemlje, tako da je nemoguće izmeriti njen poluprečnik niti gustinu.

Pronalaženje dovodi astronome bliže otkriću nastanjivih ekstrasolarnih planeta, ali takve planete morale bi biti dalje od matične zvezde da bi mogle održati život kakvog ga mi znamo.

Malcolm Fridlund je Švedski astronom koji je radio u Evropskom Svemirskom Istraživačkom i Tehnološkom Centru (European Space Research and Technology Centre, ESTEC) više od 20 godina. Naučno specijalizovan u području egzoplaneta i metoda njihovog pronalaska i proučavanja. On je trenutno ESA-in naučnik na projektu CoRoT misije.

Preveo: Robert Džudžar

Tekst preuzet iz časopisa: Science in School