Měření radiálních rychlostí. Credit: NASA
Měření radiálních rychlostí. Credit: NASA

Exoplanety lze hledat různými metodami. V současné době jsou nejúspěšnější dvě: tranzitní metoda a měření radiálních rychlostí.

Tranzitující exoplanety už z vesmíru hledáme. Měření radiálních rychlostí je zatím zcela v režii pozemských dalekohledů a spektrografů. To by se však mohlo v dalších letech změnit.

Zatím pouhým konceptem je EarthFinder, který by hledal exoplanety o hmotnosti Země v obyvatelných zónách hvězd podobných Slunci i menších (červení, oranžoví trpaslíci).

Měření radiálních rychlostí využívá nezanedbatelného gravitačního vlivu planety na pohyb mateřské hvězdy. Planeta ve skutečnosti neobíhá okolo hvězdy, ale obě tělesa obíhají okolo společného těžiště, které je posunuté vůči středu hvězdy. Planeta tak s hvězdou jakoby cloumá a tento pohyb se projeví posuvem spektrálních čar ve spektru hvězdy.

Přesnost měření radiálních rychlostí se dnes pohybuje okolo 1 m/s. Pokud bychom chtěli najít druhou Zemi, potřebujeme se dostat na 9 cm/s! Míra výchylky amplitudy radiálních rychlostí závisí nejen na hmotnosti planety, ale také hvězdy (proto se nejlépe hledá u červených trpaslíků) a výstřednosti. Kromě toho potřebujete, aby byla hvězda relativně jasná a klidná.

Vědci pod vedením Petera Plavchana z George Mason University navrhují postavit kosmický dalekohled na šasi Kepler, který postavila Ball Aerospace.

Dalekohled by měl zrcadlo o průměru 1,4 metru a byl naveden na heliocentrickou oběžnou dráhu (podobnou Keplerovi) nebo umístěn na dráhu okolo libračního centra.

V hledáčku dalekohledu by bylo 25 až 50 blízkých hvězd. Výhodou dalekohledu by byla nejen absence atmosféry, ale také možnost pozorovat hvězdy prakticky kdykoliv bez ohledu na střídání dne a noci nebo špatnou viditelnost hvězdy v dané roční době.

Dalekohled by mohl dosáhnout přesnosti až 1 cm/s, takže by objevoval exoplanety o hmotnosti Země, které obíhají okolo hvězd podobných Slunci. Délka primární mise by byla 5 let.

Nebude lepší astrometrie?

Konkurentem s podobnými výsledky by mohla být družice MAP (Microarcsecond Astrometry Probe), která slibuje objev planety o hmotnosti Země ve vzdálenosti 1 AU v okolí 90 blízkých hvězd.

Jak už název trochu napovídá, MAP chce hledat exoplanety přesným měřením poloh vybraných hvězd nebo-li astrometrií.

Astrometrie má jednu výhodu. Dokáže určit hmotnost planety přesně. Měření radiálních rychlostí dokáže stanovit jen spodní hmotnostní hranici. K přesnému určení hmotnosti potřebujete znát úhel mezi rovinou oběžné dráhy planety a námi. U astrometrie tento úhel nepotřebujeme. Je sice potřeba znát vzdálenost hvězdy, ale tu dodá astrometrická mise nebo v budoucnu můžeme využít data z družice Gaia – ta rovněž hledá planety astrometrií, ale Zemi ve vzdálenosti 1 AU nenajde.

Nástupcem MAP by mohla být koronografická mise, která by získala přímým pozorováním spektra 10 nejnadějnějších exoplanet.

Nové spektrografy

V současné době se spouští nové (pozemské) spektrografy pro hledání exoplanet měřením radiálních rychlostí: ESPRESSO na VLT, který může pracovat s jedním dalekohledem nebo se všemi čtyřmi dalekohledy VLT (nižší přesnost ale možnost hledat planety u slabších hvězd).

Dalším přírůstkem je aktuálně EXPRES (Extreme Precision Spectrometer), který je spouštěn na 4,3 m dalekohledu Discovery Channel (DCT) na Lowell Observatory v Arizoně.

Příští rok bude spuštěn spektrograf NEID na 3,5 m dalekohledu WIYN na Kitt Peak National Observatory, která se nachází taktéž v Arizoně.

 Na vodorovné ose je hmotnost hvězdy v násobcích Slunce. Na svislé je hmotnost planety v násobcích hmotnosti Země. Černé body znázorňují některé exoplanety objevené měřením radiálních rychlostí. Modrá křivka udává současný detekční limit. Zelená křivka odpovídá přibližným detekčním limitům přístroje NEID, ale také EXPRES a ESPRESSO. Černá křivka odpovídá EarthFinderu. V gragu je také znázorněna Země. Credit: Plavchan et al.
Na vodorovné ose je hmotnost hvězdy v násobcích Slunce. Na svislé je hmotnost planety v násobcích hmotnosti Země. Černé body znázorňují některé exoplanety objevené měřením radiálních rychlostí. Modrá křivka udává současný detekční limit. Zelená křivka odpovídá přibližným detekčním limitům přístroje NEID, ale také EXPRES a ESPRESSO. Černá křivka odpovídá EarthFinderu. V grafu je také znázorněna Země. Credit: Plavchan et al.

Vesmír je prostě lepší

Podobně jako u měření radiálních rychlostí je to samozřejmě také u tranzitů, které lze hledat ze Země, ale kosmický prostor je pro tyto účely přece jen výhodnější.

Vesmírný dalekohled může pozorovat zorné pole po dlouhou dobu a absence atmosféry přináší větší přesnost.

Výborným příkladem je nový objev tří exoplanet u hvězdy EPIC 249622103. Tři planety mají poloměry 1,4; 1,3 a 2,6 Země. Za objevem stojí Kepler, ale hvězdu pozoroval i pozemský projekt SuperWasp.

Pozemský lovec získal 80 tisíc měření jasnosti hvězdy, ale musel přiznat, že tranzity takto malých planet jsou mimo jeho schopnosti.

Kromě Keplera se tranzitům věnuje třeba Spitzer a v minulosti CoRoT. Za pár dní se do vesmíru vydá TESS.

Zdroje: