Melinda, Vivien, Aranka2020. december 02., szerda
Föld

Idegen világok kutatása az űrből

2015.07.06.Szabó Róbert
National Geographic Magyarország

Az elmúlt húsz évben kozmikus környezetünkről való tudásunk gyökeres átalakuláson ment keresztül.

Öt bolygót tartalmazó, 11,2 milliárd éves bolygórendszer egy vörös törpecsillag körül. A Naprendszerünknél több mint kétszer idősebb naprendszer Galaxisunk kialakulásának hajnalán jött létre. A felfedezés arról tanúskodik, hogy jónéhány bolygónak elég sok idő állt rendelkezésére, hogy akár változatos életformáknak adjon otthont.
Fotó: NASA

Az 1990-es évek közepétől a csillagászok mintegy 2000, idegen csillagok körül keringő bolygót (ún. exobolygót) fedeztek fel, nagy részüket, több planétát rejtő bolygórendszerekben. E felfedezések mintegy felét az amerikai Kepler-űrtávcső egymaga szállította. A módszerének lényege az extrém pontos fényességmérésben rejlik: valahányszor egy távoli bolygó elhalad szülőcsillaga előtt, parányi fényességváltozást okoz a csillag fényében. Bár sok más eredményes exobolygó-felfedező eljárás is létezik, a Kepler, és több jövőbeli űrmisszió is a fedési módszert alkalmazza. Ahhoz, hogy pontos képet kapjunk a bolygók gyakoriságáról, hosszú ideig, sok csillag fényességét kell egyidejűleg mérnünk. Erre a legalkalmasabb helyet az űr kínálja, ahol a légköri jelenségektől és az éjszaka-nappal váltakozása nélkül, megszakításmentesen lehet a planéták árnyékainak átsuhanására vadászni.

Változatos és extrém helyeken előforduló planétákat fedeztünk fel a Keplerrel, így például kettőscsillagok körül keringő bolygókat, a sajátunknál jóval idősebb naprendszert, csillagát 4 óra(!) alatt megkerülő bolygót is sikerült találni, ugyanakkor átfogó statisztikát is kaptunk arról, hogy milyen gyakoriak az exobolygók, és ezen belül a Föld-méretű égitestek. Az adatok minden korábbi elképzelést meghaladva azt mutatják, hogy a bolygók rendkívül gyakoriak: szinte minden csillag körül kering legalább egy bolygó! Minden ötödik csillagnak van Föld-méretű vagy kisebb planétája, és akkor még csak a Kepler által elérhető, viszonylag rövid (néhány óra – néhány hónap) keringési idejű bolygókat vettük figyelembe. Azt a robbanásszerű változást, ami az ismert és megerősített Naprendszeren kívüli bolygók számát és a róluk megszerzett ismereteink bővülését illeti, joggal nevezhetjük Kepler-forradalomnak (a név itt természetesen nem a híres csillagászra, hanem a NASA űrtávcsövére utal). Írásunkban röviden áttekintjük, hogy mi várható a jövőben ezen a tudományterületen, milyen további űrmissziók előkészítése zajlik, és mi lehet a magyar kutatók szerepe ezekben az új világok felfedezését célzó – sokszor Kolumbusz útjához hasonlító – tudományos programokban.

A Kepler magasabb fokozatba kapcsol
2014 nyara óta a Kepler csökkentett üzemmódban dolgozik, mivel a precíz iránytartást segítő négy lendkereke közül kettő is felmondta a szolgálatot, így a négy évig folyamatosan megfigyelt eredeti csillagmező további monitorozása lehetetlenné vált, a 600 millió dolláros berendezésnek pedig új feladatot szántak. A K2-nek elkeresztelt folytatásban a Nap sugárnyomása segítségével egyensúlyozzák ki az űrteleszkópot, ami így a Naprendszer síkjába fordítva folytathatja küldetését, egy-egy területet 80-90 napig vizsgálva.

A Kepler-űrtávcső és a K2 misszió során megfigyelt látómezők. A területek között találunk a Galaxisunk síkjába eső, csillagokban gazdag területeket, illetve attól távol eső, csillagszegény vidékeket, ami változatos asztrofizikai programok végrehajtását teszi lehetővé.
Illusztráció: NASA

Ha azt gondolnánk, hogy a NASA 2009-ben indított Kepler-űrtávcsövének eredeti felfedezéseit nem lehet felülmúlni, valószínűleg tévedünk. Máris kéttucatnyi új exobolygó van a megújult műszer dicsőségfalán, és még jóval több várható, ráadásul ezek nagy része nem is a Naphoz hasonló, viszonylag nagy méretű csillag körül kering, hanem központi csillagunknál kisebb és halványabb, ún. vörös törpecsillagok kísérői. Ezek a „napok” alkotják Galaxisunk csillagainak zömét, és az eredeti megfigyelési mintából jórészt hiányoztak. Kisebb méretük miatt kisebb bolygók fedéseinek felfedezése is lehetséges, valamint a „se nem túl hideg – se nem túl meleg” lakhatósági zóna is jóval közelebb húzódik hozzájuk, így nagyobb eséllyel lehet esetlegesen lakható bolygókat felfedezni. A K2-misszió során a planéták mellett a csillagok is fontos szerephez jutnak. Az új megfigyelési stratégiának köszönhetően változatos korú és fejlődési állapotú csillagokat vizsgálhatunk, ezzel pedig nem csak belső szerkezetükről és fejlődésükről tudunk meg többet, de a bolygóikról szerzett ismereteinket is nagy mértékben kiterjeszthetjük. A K2-vel új lendületet kapott a naprendszerbeli  kis- és törpebolygók kutatása is. E témában magyar kutatók jeleskednek, akiknek több publikációja is megjelent a témában. A régi-új műszer egyébként igazi közösségi űrtávcső: nincs központilag meghatározott program, mint a Keplernél volt: a tudományos közösség által benyújtott legjobb pályázatokat hajtják végre. Cserébe viszont a nyers adatok feldolgozását is mindenkinek magának kell elvégeznie.

TESS, a nagyra törő amerikai kistestvér
A sikersorozat folytatására a NASA a Kepler kistestvérét tervezi felbocsátani, 2017-ben, speciális, erősen elnyúlt, Föld körüli pályára. (Érdemes megjegyezni, hogy a Kepler a Nap körül kering). A TESS-nek (Transiting Exoplanet Survey Satellite – Fedési Exobolygó-felmérő Műhold) négy, nagy látómezejű kamerája lesz

A 2017-re tervezett amerikai exobolygó-kereső űrtávcső, a TESS.
Illusztráció: NASA/TESS

és két év alatt a teljes égboltot letapogatja, ami négyszázszor akkora területet jelent, mint a Kepler eredeti látómezeje. Mire lesz jó a kisebb eszköz, ha csak a fényesebb csillagok körüli bolygók fedéseit lesz képes felfedezni? – kérdezhetnénk. A válaszhoz érdemes figyelembe venni, hogy a fényes csillagok körüli bolygók hordozzák a legtöbb kinyerhető információt, akár a bolygó tömegének, akár légkörének tanulmányozásáról van szó. Ezekhez a mérésekhez legtöbbször földi óriástávcsövekkel végzett spektroszkópiai megfigyelések szükségesek, márpedig a csillagok fényének hullámhossz szerinti felbontása igényli a minél több csillagról jövő fényt. A fényesebb csillagok pedig gyakran közelebb is vannak hozzánk, ez további vonzerőt jelent. A Kepler nyomán kibontakozó galaktikus „exobolygó-számlálás” után a hangsúly tehát az exoplanéták részletes vizsgálatára, és jobb megértésére fog áttevődni.

A George Ricker (MIT – Massachusetts Institute of Technology) által vezetett program kezdeti lépéseit a Google is támogatta. A TESS 500 ezer csillagot fog monitorozni, a legtöbbet 27 napig, egyes égterületeken akár 1 évig is. A minta 1000 vörös törpecsillagot is tartalmaz, a többi zömében Napunkhoz hasonló, 4-6000 Kelvin felszíni hőmérsékletű csillag lesz. A programban magyar csillagászok is részt vesznek. A Keplerhez és a K2-köz hasonlóan feladatuk bizonyos pulzáló csillagfajták vizsgálata és jobb megértése lesz.

A TESS a Hubble-űrtávcső utódja, a 2018-ban induló James Webb űrtávcső számára is fontos célpontokat fog szolgáltatni, valamint felfedezheti a Földhöz legközelebbi lakható exobolygókat, ami természetesen nem jelenti azt, hogy a mai technológiával bármikor a közeli jövőben útra kelhetnénk, és testközelből vizsgálhatnánk meg ezek bármelyikét. A közeli fedési bolygók asztrofizikai jelentősége óriási, hisz légkörüket, felszínüket, később akár domborzatukat, tektonikájukat is elemezhetjük. Mi több, a történelem során először rámutathatunk majd azokra a szabad szemmel is látható fényes csillagokra, melyek körül fedési bolygók, bolygórendszerek vannak.

CHEOPS, az európai speciális egység
A CHEOPS (CHaracterising ExOPlanet Satellite – Exobolygót Vizsgáló Műhold) európai válasz az amerikai kihívásra.  Az Európai Űrügynökség (ESA) svájci vezetéssel megépülő űrtávcsövének ambíciói irigylésre méltóak: a bolygóméretek pontos meghatározásán túl már ismert bolygórendszerekben fog új bolygók, sőt holdak után kutatni. Ez utóbbi a hazai szakemberek egyik szakterülete, és fantasztikus lehetőségeket tartogat a Földön kívüli élet kutatói számára. Nemcsak kőzetbolygók felszínén, hanem gázóriások szilárd kéreggel rendelkező kőzetholdjain is kifejlődhetett az élet, s bár exoholdat még nem ismerünk, nem kizárt hogy az első már ott lapul a Kepler adataiban felfedezésre várva, vagy éppen a most épülő űrtávcsövek segítségével lehet majd minden kétséget kizáróan bizonyítani jelenlétüket.

Az európai CHEOPS szintén bolygófedéseket fog vizsgálni.
Illusztráció: Airbus Defence and Space / EADS CASA Espacio SL

A CHEOPS megfigyelési stratégiája tehát különbözni fog elődjeitől: nem az új rendszerek felfedezése lesz elsődleges célja, hanem a már felfedezett bolygókat, bolygórendszereket fogja alaposabb vizsgálni. A Föld körüli pálya és a küldetés élettartama összesen 2000-3000 egyedi bolygófedés megfigyelését engedi meg. Tudományos szempontból előnyt jelent, hogy lehetőség nyílik távcsővégre kapni az éppen felfedezett legújabb, legérdekesebb rendszereket is. A szintén 2017-ben induló küldetésnek a tudományos hozzájáruláson túl is van magyar vonatkozása: a műhold hűtőradiátorát magyar cég készíti. Magyarország 2015. februárjában aláírta az ESA-csatlakozási szerződést, ettől azt várjuk, hogy a hasonló lehetőségek egyre gyakoribbak lesznek az elkövetkező időszakban.

PLATO, a nagyétvágyú bolygó- és csillaganalizátor
A következő két évtized bolygókeresési munkálataira minden bizonnyal a PLATO (PLAnetary Transits and Oscillations of stars – Bolygófedések és a csillagok oszcillációk) küldetés fogja feltenni a koronát. Az ESA űrtávcsőrendszere legkorábban 2024-ben indulhat, és a fél égboltot fogja átfésülni. Fő célpontjai szintén a fényes csillagok körüli exobolygók lesznek, de összesen több mint 1 millió csillagot fog alaposabban megvizsgálni. Célját forradalmi újítással, a „sok lúd disznót győz” elv mentén tervezi elérni: egy nagy távcső helyett egy hadosztálynyi, kisebb távcsövet állít hadrendbe.

A PLATO-t harmincnégy teleszkóp alkotja majd. Az űrtávcsőrendszer az exobolygók karakterizálása mellett a csillagok fizikájának megismerésében is nagy előrelépést fog jelenteni. Illusztráció: Rauer és mtsai, 2014

Harmincnégy, 10 centiméter átmérőjű teleszkóp fogja az égbolt nagy területeit átvizsgálni, az általuk összegyűjtött fény kombinálásával a Keplerhez hasonló pontosságot lesz képes elérni a műszer. Egy csillagmezőn, az akár több éves megfigyelési időtartam, a program részeként megvalósított földi kiegészítő mérések és a bolygós csillagok fényváltozásba kódolt rezgéseinek vizsgálata során, eddig még nem látott mennyiségben fogja ontani az információkat a Földhöz hasonló méretű és tömegű kőzetbolygókról. A bolygók méretének és tömegének precíz behatárolásával azok kialakulását ismerhetjük meg, míg a csillagok rezgései a korukat árulják el, amiből a bolygórendszerek fejlődésének törvényszerűségeire következtethetünk. A programban és a legmagasabb tudományos szinten képviselteti magát Magyarország, és reményeink szerint a hardverépítésben is jelen lesznek hazai vállalatok.

Egy potenciális lakható bolygó művészi elképzelése.
Illusztráció: NASA Ames/SETI Institute/JPL-Caltech

Az exobolygó-kutatás jövője tehát fényes és nagyszerű lehetőségeket tartogat. Nem kizárt, hogy lakható, sőt életet hordozó bolygókra lelhetünk a következő évtizedekben. Ez minden bizonnyal az egyik – ha nem a – legnagyobb felfedezés lenne az emberiség történetében. A szükséges tudományos és technikai fejlettség adott, vagy hamarosan elérhető lesz. A többi rajtunk múlik…

Írta: Szabó Róbert csillagász – MTA CSFK, Csillagászati Intézet

Hozzászólások

Hosszú távon talán elérhetőek a klímaegyezmény vállalásai

Hosszú távon talán elérhetőek a klímaegyezmény vállalásai

„Elérhető közelségbe" kerültek a 2015-ös párizsi klímaegyezmény céljai egy új elemzés szerint - tette közzé a hírt az MTI.

Rejtélyes áradás egy alaszkai öbölben

Rejtélyes áradás egy alaszkai öbölben

Már az öböl története se kezdődött jól: a felfedezése 26 halálos áldozattal járt. A későbbi sorsa sem sokkal szelídebb.

Égi jelenségek 2020. december első felében

Égi jelenségek 2020. december első felében

A hónap elejét a holdfény uralja, egyre közeledik egymáshoz a Szaturnusz és a Jupiter, lesz holdsarlónk a Vénusz közelében, és érkezik az év legjobb meteorraja.

Óceáni hulladékból készül napszemüveg

Óceáni hulladékból készül napszemüveg

A The Ocean Cleanup projekt újabb fontos eredményt ért el a hulladék elleni harcban.

2020 november asztrofotója: Androméda-köd, ahogyan még sohasem láthattuk

2020 november asztrofotója: Androméda-köd, ahogyan még sohasem láthattuk

Különleges technikával készült felvétel a hozzánk egyik legközelebbi, látványos extragalaxisról.

National Geographic 2020. novemberi címlap

Előfizetés

A nyomtatott magazinra,
12 hónapra

9 960 Ft

Korábbi számok

National Geographic 2010. januári címlapNational Geographic 2010. februári címlapNational Geographic 2010. márciusi címlapNational Geographic 2010. áprilisi címlapNational Geographic 2010. májusi címlapNational Geographic 2010. júniusi címlapNational Geographic 2010. júliusi címlapNational Geographic 2010. augusztusi címlapNational Geographic 2010. szeptemberi címlapNational Geographic 2010. októberi címlapNational Geographic 2010. novemberi címlapNational Geographic 2010. decemberi címlapNational Geographic 2011. januári címlapNational Geographic 2011. februári címlapNational Geographic 2011. márciusi címlapNational Geographic 2011. áprilisi címlapNational Geographic 2011. májusi címlapNational Geographic 2011. júniusi címlapNational Geographic 2011. júliusi címlapNational Geographic 2011. augusztusi címlapNational Geographic 2011. szeptemberi címlapNational Geographic 2011. októberi címlapNational Geographic 2011. novemberi címlapNational Geographic 2011. decemberi címlapNational Geographic 2012. januári címlapNational Geographic 2012. februári címlapNational Geographic 2012. márciusi címlapNational Geographic 2012. áprilisi címlapNational Geographic 2012. májusi címlapNational Geographic 2012. júniusi címlapNational Geographic 2012. júliusi címlapNational Geographic 2012. augusztusi címlapNational Geographic 2012. szeptemberi címlapNational Geographic 2012. októberi címlapNational Geographic 2012. novemberi címlapNational Geographic 2012. decemberi címlapNational Geographic 2013. januári címlapNational Geographic 2013. februári címlapNational Geographic 2013. márciusi címlapNational Geographic 2013. áprilisi címlapNational Geographic 2013. májusi címlapNational Geographic 2013. júniusi címlapNational Geographic 2013. júliusi címlapNational Geographic 2013. augusztusi címlapNational Geographic 2013. szeptemberi címlapNational Geographic 2013. októberi címlapNational Geographic 2013. novemberi címlapNational Geographic 2013. decemberi címlapNational Geographic 2014. januári címlapNational Geographic 2014. februári címlapNational Geographic 2014. márciusi címlapNational Geographic 2014. áprilisi címlapNational Geographic 2014. májusi címlapNational Geographic 2014. júniusi címlapNational Geographic 2014. júliusi címlapNational Geographic 2014. augusztusi címlapNational Geographic 2014. szeptemberi címlapNational Geographic 2014. októberi címlapNational Geographic 2014. novemberi címlapNational Geographic 2014. decemberi címlapNational Geographic 2015. januári címlapNational Geographic 2015. februári címlapNational Geographic 2015. márciusi címlapNational Geographic 2015. áprilisi címlapNational Geographic 2015. májusi címlapNational Geographic 2015. júniusi címlapNational Geographic 2015. júliusi címlapNational Geographic 2015. augusztusi címlapNational Geographic 2015. szeptemberi címlapNational Geographic 2015. októberi címlapNational Geographic 2015. novemberi címlapNational Geographic 2015. decemberi címlapNational Geographic 2016. januári címlapNational Geographic 2016. februári címlapNational Geographic 2016. márciusi címlapNational Geographic 2016. áprilisi címlapNational Geographic 2016. májusi címlapNational Geographic 2016. júniusi címlapNational Geographic 2016. júliusi címlapNational Geographic 2016. augusztusi címlapNational Geographic 2016. szeptemberi címlapNational Geographic 2016. októberi címlapNational Geographic 2016. novemberi címlapNational Geographic 2016. decemberi címlapNational Geographic 2017. januári címlapNational Geographic 2017. februári címlapNational Geographic 2017. márciusi címlapNational Geographic 2017. áprilisi címlapNational Geographic 2017. májusi címlapNational Geographic 2017. júniusi címlapNational Geographic 2017. júliusi címlapNational Geographic 2017. augusztusi címlapNational Geographic 2017. szeptemberi címlapNational Geographic 2017. októberi címlapNational Geographic 2017. novemberi címlapNational Geographic 2017. decemberi címlapNational Geographic 2018. januári címlapNational Geographic 2018. februári címlapNational Geographic 2018. márciusi címlapNational Geographic 2018. áprilisi címlapNational Geographic 2018. májusi címlapNational Geographic 2018. júniusi címlapNational Geographic 2018. júliusi címlapNational Geographic 2018. augusztusi címlapNational Geographic 2018. szeptemberi címlapNational Geographic 2018. októberi címlapNational Geographic 2018. novemberi címlapNational Geographic 2018. decemberi címlapNational Geographic 2019. januári címlapNational Geographic 2019. februári címlapNational Geographic 2019. márciusi címlapNational Geographic 2019. áprilisi címlapNational Geographic 2019. májusi címlapNational Geographic 2019. júniusi címlapNational Geographic 2019. júliusi címlapNational Geographic 2019. augusztusi címlapNational Geographic 2019. szeptemberi címlapNational Geographic 2019. októberi címlapNational Geographic 2019. novemberi címlapNational Geographic 2019. decemberi címlapNational Geographic 2020. januári címlapNational Geographic 2020. februári címlapNational Geographic 2020. márciusi címlapNational Geographic 2020. áprilisi címlapNational Geographic 2020. májusi címlapNational Geographic 2020. júniusi címlapNational Geographic 2020. júliusi címlapNational Geographic 2020. augusztusi címlapNational Geographic 2020. szeptemberi címlapNational Geographic 2020. októberi címlapNational Geographic 2020. novemberi címlap

Hírlevél feliratkozás

Kérjük, erősítsd meg a feliratkozásod az e-mailben kapott linkre kattintva!

Kövess minket