Hledání vzdálených Zemí

Pro planety v cizích planetárních systémech se mezi astronomy vžilo označení exoplanety. Jak je družice Kepler na jejich objevování a pozorování vybavena? O tom hovoří Miloš Šidlichovský z Astronomického ústavu Akademie věd České republiky. Ve srovnání s předchozími projekty podobného typu se podle něj jedná skutečně o velký technologický skok.

Miloš Šidlichovský: Tak především - dalekohled, kterým je družice Kepler vybavena, má průměr 95 centimetrů. To je například třikrát větší průměr, než tomu bylo u předchozího projektu COROT. Dále má 21 CCD, jejichž zorný úhel je 5 stupňů čtverečních u každého z nich. To znamená, že dohromady na obloze pokryje oblast asi 105 stupňů čtverečních. Dále je dalekohled vybaven, a tady je zase podstatný technologický skok, fotometrem, který má citlivost 1,4 krát 10 na minus pátou. To je opět desetkrát větší citlivost, než tomu bylo u družice COROT. Tento technologický skok samozřejmě umožňuje jít daleko dále, protože díky své citlivosti bude schopen pozorovat exoplanety daleko menších rozměrů, než tomu bylo dosud; je schopen se dostat pod zemský poloměr. U předchozího projektu COROT, tam ta přesnost byla horší. Bylo možno pozorovat jenom exoplanety, které měly větší poloměr, než poloměr Země. Nemusel být o moc větší, ale nemohli jsme jít rozhodně pod poloměr Země, kdežto tento nový systém může. Další dobrou vlastností je, že družice Kepler bude obíhat na oběžné dráze, podobné oběžné dráze Země, čili nebude obíhat kolem ní, ale okolo Slunce; bude ho obíhat za Zemí, čili nebude nutno měnit směr pozorování během roku. Neustále bude sledována jedna oblast ve vesmíru a bude tam fotometrováno 100 tisíc stále stejných hvězd, bude sledován průběh jejich jasností a předpokládá se, že tak bude možnost objevit právě planety typu Země v obyvatelné zóně. Doba tohoto projektu je plánována na 3,5 roku, ale očekává se, že poběží nejméně 4 roky; dokonce i optimistické odhady jsou, že by se mohlo podařit, aby běžel 6 roků. To by samozřejmě při výpočtech daleko snížilo poměr šum - signál, takže by se ta pozorování zpřesnila. Právě pro ten poměr šumu - signálu je důležitý průměr dalekohledu, protože ten nám bude umožňovat nacházet exoplanety i u slabších hvězd, nežli tomu bylo v předchozích projektech. Speciálně jestliže máte velmi, velmi slabou hvězdu, od které přichází málo fotonů, tak tam je třeba tím průměrem zvýšit počet fotonů a tím se právě snižuje poměr šum - signál.

Pokud se nezajímáte podrobněji o techniku snímání obrazové informace, je pro vás možná záhadou zkratka CCD. Označuje se tak elektronická součástka, která se právě pro toto snímání využívá. Najdete ji ve videokamerách, digitálních fotoaparátech, faxech, scannerech a samozřejmě i v astronomických dalekohledech, jako je právě Kepler. Tam najde uplatnění při sledování změn jasnosti hvězd. Což je právě metoda, s jejíž pomocí budou vědci pátrat po vzdálených exoplanetách.

Miloš Šidlichovský: Družice Kepler bude měřit jasnost 100 tisíc hvězd a v případě, že dojde k přechodu nějaké nové exoplanety, kterou dosud neznáme, přes hvězdu, tak se to projeví tím, že dojde k poklesu jasnosti té hvězdy. Tyto pozorované poklesy budou zpracovávány a bude z nich pak možné odvodit řadu věcí. Jestliže k nim dochází pravidelně, tak předpokládáme, že jde o poklesy způsobené tranzitující exoplanetou. Zjistíme tak vlastně periodu této exoplanety a tím známe podle Keplerova zákona její vzdálenost od centrální hvězdy. Z relativního poklesu jasnosti této hvězdy během přechodu můžeme určit poměr poloměru planety a hvězdy; ten pokles je přesně dán čtvercem tohoto poměru. Protože poloměr hvězdy známe z modelu hvězd, z toho, že víme, jakého spektrálního typu ta hvězda je, můžeme v podstatě velmi přesně určit její hmotnost. Čili z tohoto poklesu signálu jsme schopni určit poloměr té tranzitující exoplanety. Jsme dokonce schopni určit v jistém rozsahu, s jistou horší přesností, i sklon toho systému - tedy jak je nakloněn vzhledem k našemu zornému paprsku. Samozřejmě, ten sklon musí být zhruba okolo 90 stupňů, abychom mohli ten přechod pozorovat. Ale už dneska máme pozorování, kde jsme třeba pozorovali přechody, ovšem u velmi těsných systémů, kde ten sklon je okolo 80 stupňů.

Jak už od astronoma Miloše Šidlichovského víte, přístroje družice Kepler budou po celou dobu jejího fungování namířeny jedním směrem. Laika možná napadne, zda by se nedosáhlo vyšší účinnosti při vyhledávání vzdálených planet, kdyby družice sledovala větší část vesmíru. Proč je nutné, aby se zaměřila jen na jedno místo, na jedinou konkrétní oblast?

Tato oblast se nachází v souhvězdí Labutě...
Existují nějaké odhady, kolik planet by mohlo být prostřednictvím přístrojů družice Kepler za celou dobu trvání její plánované mise objeveno? To samozřejmě závisí především na tom, jak častá je přítomnost určitého typu exoplanety u té či oné hvězdy. Dá se pravděpodobnost výskytu vyjádřit alespoň procentuálně?

Pokud chcete slyšet čísla, pak existují odhady, podle nichž by sonda Kepler za tři a půl roku své činnosti mohla objevit přibližně 50 exoplanet o velikosti Země a zhruba 870 planet o maximální velikosti dvě celé dvě desetiny průměru naší planety. O větších planetách, třeba typu a velikosti Jupitera, se v odhadech nehovoří. Ale dá se předpokládat, že také nějaké přibudou. Nechme se tedy překvapit. Někdy v budoucnu se k předpokládaným objevům družice Kepler jistě vrátíme - třeba opět s Milošem Šidlichovským z Astronomického ústavu Akademie věd České republiky. Chcete-li pátrání po exoplanetách sledovat takřka v přímém přenosu, navštivte občas český internetový portál Exoplanety.cz. Nebudete zklamáni.

Vysíláno v Planetáriu č. 10/2009, 7. - 13. března 2009.
Přepis: NEWTON Media, a.s.
Kompletní rozhovor si poslechněte ZDE (11:15).