TESS, credit: NASA’s Goddard Space Flight Center
TESS, credit: NASA’s Goddard Space Flight Center

V době, kdy se v březnu 2009 vydal do vesmíru dalekohled Kepler, jsme znali necelých 400 exoplanet. Dnes jich známe více než 3700. Kepler sám objevil v rámci své hlavní mise 2300 exoplanet, v rámci mise K2 dalších 307. K tomuto počtu ještě můžeme přičíst kandidáty, kterých je 2200 a 500.

Kepler byl především statistik. Měl nám odpovědět, jak časté jsou exoplanety, jaké typy exoplanet se ve vesmíru vyskytují, jak je to s počtem exoplanet u různých typů hvězd.

Keplerova statistická přehlídka samozřejmě nebyla dokonalá. Na svět exoplanet se díval klíčovou dírkou. Tranzitní metoda je citlivá zejména na planety s krátkou oběžnou dobou. Má to dva důvody. Ten první je teoretický. S rostoucí vzdáleností od hvězdy klesá pravděpodobnost, že bude planeta před hvězdou přecházet. Tato pravděpodobnost také závisí na velikosti hvězdy. Zkusme se podívat na Sluneční soustavu. V případě Merkuru je pravděpodobnost tranzitu 1,19 %, u Země je to 0,47 % a v případě Jupiteru 0,089 %.

Pro planetu u červeného trpaslíka o velikosti 0,3 Slunce a vzdálenosti 0,1 AU je tato pravděpodobnost 1,4 %. Jinými slovy: TESS objeví planetu u každé 88 hvězdy (s danými parametry).

Objevit planety na vzdálených drahách je ale složité i z praktického hlediska. K objevu potřebujete tři tranzity, což v případě Jupiteru znamená nejméně 24 let pozorování.

Planetou z největší velkou poloosou (nebo jednou z největších), kterou Kepler objevil, je Kepler-167 e. Okolo své hvězdy se pohybuje ve vzdálenosti 1,89 AU s oběžnou dobou necelých 3 let.

Kepler odvedl kus práce. Ukázal nám, že nejběžnějším typem exoplanet jsou super-země a mini-neptuni. Možná trochu překvapivě objevil velké množství multiplanetárních systému s více než jednou planetou. Odhalil také cirkumbinární exoplanety, které obíhají okolo dvou hvězd současně.

Kepler versus TESS

 KeplerTESS
Velikost4,7 m × 2,7 m3,7 × 1,2 × 1,5 m
Startovní hmotnost1 050 kg350 kg
Oběžná dráhaheliocentrická vysoká oběžná dráha Země
Vlnové délky430 až 890 nm600 až 1000 nm
Velikost zorného pole115 čtverečních stupňů2300 čtverečních stupňů (postupně průzkum většiny oblohy)
OptikaZrcadlo typu Schmidt o průměru 1,4 m4 kamery s průměrem 10 cm
CílStatistický průzkum exoplanet Hledání exoplanet u blízkých hvězd
Nosič Delta IIFalcon 9
Délka primární mise 3,5 let2 roky
Kadence 1 minuta / 30 minut2 minuty / 30 minut
Nákladycca 600 milionů USDcca 243 milionů USD

Bohužel zorné pole Keplera bylo zvolené tak, aby splnil své cíle a pozoroval jednu oblast nepřetržitě po dobu několika let. V tomto zorném poli se ale nenachází prakticky žádné blízké hvězdy. Typicky objev Keplera je tisíce světelných let od nás.

Hlavní cíl TESS: blízké a jasné hvězdy

Vzdálené exoplanety se nehodí k dalšímu průzkumu. Na rozdíl od Keplera se TESS zaměří na blízké a jasné hvězdy.

Spitzer, Hubble a zejména dalekohled Jamese Webba se mohou zaměřit na průzkum atmosfér exoplanet. Nemusí přitom zůstat jen u horkých jupiterů. JWST se určitě podívá i na planety, které mají blíže k terestrickým světům. Jedním z dnešních silných nástrojů je transmisní spektroskopie. Světlo hvězdy projde atmosférou a ta v něm zanechá svůj otisk, který je pozorovatelný ve spektru hvězdy.

Jak vypadá typický vhodný cíl pro průzkum atmosféry Kosmickým dalekohledem Jamese Webba? Musí se jednat o tranzitující exoplanet, která obíhá okolo jasné, blízké a klidné hvězdy – ideálně červeného trpaslíka. Pokud chcete proměřit atmosféru menší planety, potřebujete pozorovat větší množství tranzitů. Je proto vhodné, aby se mateřská oblast nacházela v tzv. Continuous Viewing Zone (CVZ). Jedná se část oblohy, kterou může JWST pozorovat po celý rok. CVZ se nachází v oblasti, kterou bude TESS pozorovat téměř jeden rok vkuse. TESS tak doslova naservíruje některé cíle pro JWST.

Vhodné cíle pro JWST dávají vědci dohromady už dnes. Přestože je Kepler dominantním lovcem exoplanet a objevil jich tisíce, v jednom ze seznamů potenciálních cílů pro JWST není žádný z jeho objevů z primární mise! Mateřské hvězdy jsou prostě moc daleko a méně jasné. Dostaly se tam až objevy z mise K2, kterou Kepler zahájil kvůli poruše druhého gyroskopu. I to ukazuje na důležitost a cíle družice TESS.

Nejde ale jen o průzkum atmosfér. Blízké a jasné hvězdy jsou mnohem dostupnější pro měření radiálních rychlostí. Kromě toho u blízkých hvězd známe také přesněji jejich vzdálenost díky paralaxe (GAIA apod.).

TRAPPIST-1: Na výzkumu atmosfér tří obyvatelných exoplanet se JWST zapotí

Z viditelné až do infračervené oblasti

Nejlépe se hledají exoplanety u červených trpaslíků. Tyto hvězdy jsou menší než Slunce, takže planeta o velikosti Země způsobí hlubší tranzit. Kromě toho jsou také chladnější, takže se obyvatelná oblast nachází blíže k nim. Typická potenciálně obyvatelná planeta má oběžnou dobu v řádu pár desítek dní. Červení trpaslíci mají nižší jasnost a lépe se pozorují v infračervené části spektra. TESS proto bude operovat ve vlnových délkách 600 až 1000 nanometrů. Kepler má pracovní působiště posunuté vice do viditelné části spektra (400 až 900 nanometrů).

Zdroje: