Ve vesmíru dnes pracuje dosluhující Kepler a před pár týdny začala pracovat TESS. Kepler je velkou observatoří za stovky milionů dolarů, TESS je o dost menší, ale i tak se jedná o poměrně velkou družici. Mohli bychom hledat exoplanety i prostřednictvím CubeSatů?
V roce 2011 objevil malý kanadský kosmický dalekohled MOST tranzity exoplanety 55 Cnc e. MOST je jen 15 cm dalekohled. Samotná družice má rozměry 50 x 50 x 24 cm.
Nyní se podařilo tranzit 55 Cnc e pozorovat CubeSatu ASTERIA (Arcsecond Space Telescope Enabling Research in Astrophysics). Mělo by jít o první pozorování tranzitu CubeSatem v historii.
ASTERIA se v současné době zaměřuje na další jasné hvězdy, u kterých pátrá po tranzitech exoplanet.
ASTERIA je CubeSat typu 6U o rozměrech 10 x 20 x 30 cm a hmotnosti 10 kg. Na oběžnou dráhu byl vypuštěn v listopadu 2017 z paluby Mezinárodní kosmické stanice.
Není to první CubeSat, který se zaměřuje na exoplanety. PicSat pozoruje Betu Pictoris.
Znělo to jako sci-fi, ale už tři roky je to realita všedních dní. Vědcům se podařilo zachytit gravitační vlny. Ty úplně první zaznamenal systém LIGO v roce 2015. Zdrojem byla srážka dvou černých děr.
Vědci se dnech zaměřují na binární systémy, ve kterých se nachází kompaktní objekt – černá díra, neutronová hvězda nebo bílý trpaslík. Mohli bychom v budoucnu měřit i gravitační vlny generované binárním systémem, kde jednou ze složek je exoplaneta?
Současnými pozemskými přístroji určitě ne. Lovci gravitačních vln se ale chtějí přestěhovat do vesmíru. V polovině 30. let se má do vesmíru vydat trojice družic LISA, které na svých drahách okolo Slunce vytvoří rovnostranný trojúhelník o straně až 2,5 milionů kilometrů.
Pomoci laserů a interferometrie se bude hlídat vzdálenost mezi družicemi. Princip je tedy podobný LIGO, kde vše probíhá v podstatně menším měřítku se soustavou zrcadel.
Exoplanety jsou samozřejmě mnohem méně hmotné než dnes sledované černé díry či neutronové hvězdy. Na rozdíl od nich ale jsou mnohdy velmi blízko.
Podle vědců bychom mohli zachytit gravitační vlny z binárních systémů s exoplanetou, ale má to háček. Planeta musí mít krátkou oběžnou dobu…. hodně krátkou. Háčků je obvykle v podobných vizionářských studiích hodně, ale v tomto případě to není háček příliš velký. Exoplanety s ultrakrátkou oběžnou dobou existují, Kepler jich několik objevil. Zatímco Merkur oběhne Slunce za 88 dní, podobným planetám s ultrakrátkou oběžnou dobou to zabere pár hodin. V případě gravitačních vln ale budeme cílit na vzácnější planety s extrémně krátkou oběžnou dobou, která je kratší než 80 minut! Ano, i takové světy ve vesmíru jsou.
Vědci si vzali na paškál tři: V396 Hya b, J1433b a GP Com b. Všechny tři systémy se nachází v rámci 230 parseků (750 světelných let), mají oběžnou dobu okolo jedné hodiny a hmotnost 18-57 násobku Jupiteru. No planety… jde spíše o hnědé trpaslíky, ale to nevadí. Všechny tři by měly být v možnostech projektu LISA.
Vedle měření radiálních rychlostí a tranzitní metody tak budeme možná v budoucnu objevovat exoplanety i prostřednictvím gravitačního vlnění.
Jednou z nejslavnějších skupin exoplanet jsou horcí jupiteři. Jedná se o planety podobné Jupiteru ale s velmi krátkou oběžnou dobou. Horcí jupiteři mají vázanou rotaci, takže planeta je k hvězdě nakloněna stále stejnou stranou.
V atmosféře planety obvykle foukají silné větry, které se snaží vyrovnat rozdíly mezi teplotami na denní a noční straně.
V nové studii se vědci zaměřili na ultrahorké jupitery, což jsou horcí jupiteři s teplotou denní strany přes 2200 Kelvinů (zhruba nad 2000 stupňů Celsia).
Vědci vzali data z Hubblova dalekohledu a vesmírné observatoře Spitzer a pomoci modelů se podívali zejména na planetu WASP-121b ale také další ultrahorké jupitery jako WASP-103b, WASP-18b a HAT-P-7b.
V atmosférách ultrahorkých jupiterů nenacházíme tak silné spektrální podpisy vody, jako u klasických horkých jupiterů a to zejména ve vlnových délkách 1 až 2μm.
Hlavní autorka studie Vivien Parmentier z Aix-Marseille Université přirovnala atmosféry ultrahorkých jupiterů spíše k atmosférám hvězd. Podmínky jsou na denní straně skutečně extrémní. Zřejmě až tak extrémní, že jsou molekuly vody rozbity na jednotlivé atomy.
V atmosférách ultrahorkých jupiterů vanou silné větry, které dostávají atomy na chladnější noční stranu, kde kondenzují do oblaků. Z noční strany se zase voda dostává na horkou denní stranu, kde je opět rozbita na atomy.
Podobný pekelný koloběh nepodstupují jen molekuly vody ale také oxidu titanu (významná složka opalovacího krému) a oxidu hlinitého (základ rubínu). Z těchto mraků může dokonce pršet. Nebyl by to déšť vody ale tekutých kovů a rubínů.
Pro horké jupitery je typický také oxid uhelnatý, kterého se ale tento proces chemické reinkarnace netýká, protože má mnohem silnější molekulární vazbu.
Mateřská hvězda WASP-121 je o 50 % větší a o něco teplejší než Slunce. Exoplaneta WASP-121b obíhá okolo hvězdy s periodou 1,3 dne ve vzdálenosti 3,8 milionů kilometrů. Má poloměr 1,8 a hmotnost 1,18 Jupiteru.
Kosmická družice TESS odstartovala do vesmíru 18. dubna 2018. Jejím úkolem hledání exoplanet tranzitní metodou u blízkých a jasných hvězd.
TESS (Transiting Exoplanet Survey Satellite) využívá stejné metody jako kosmický dalekohled Kepler. Přítomnost planety se projeví poklesem jasnosti hvězdy v době, kdy planeta přechází před hvězdou.
Historie mise TESS
Kořeny TESS sahají až do roku 2005. Mise družice byla definitivně schválena na druhý pokus v dubnu 2013 a je realizována v rámci programu Explorers a to ve třídě středně velkých misí. V rámci stejné třídy tohoto programu vznikla například infračervená družice WISE.
Na misi TESS se podílí řada institucí. Jmenujme alespoň ty klíčové:
Vedoucím projektu je MIT (Massachusetts Institute of Technology), odkud pochází také jeho šéf George Ricker. Laboratoř MIT Lincoln je zodpovědná za značnou část optické soustavy včetně kamer, objektivů apod.
Goddardovo středisko vesmírných letů poskytuje projektové řízení nebo systémové inženýrství.
Orbital ATK postavila a provozuje samotnou družici. Mise je řízená z Operačního střediska firmy Orbital ATK. TESS je nepochybně v dobrých rukou. Orbital ATK stojí mimo jiné za bezpilotní kosmickou lodí Cygnus, sondou Dawn nebo motory SRB raketoplánu.
Surové (RAW) snímky budou archivovány v MAST (Mikulski Archive for Space Telescopes), který sídlí v Institutu pro kosmický dalekohled.
Řízení mise
Řídicí centrum mise (Mission Operations Center, MOC) se nachází ve městě Dulles ve státě Virginia a provozuje ho Orbital ATK. Je srdcem operací TESS.
Science Operations Center (SOC) má dvě části. Payload Operations Center (POC) se nachází na MIT a Science Processing and Operations Center (SPOC) v Ames Research Center.
SOC je srdcem vědeckých operací a zpracovávání dat z TESS. Data se z radioteleskopů DSN přijaty v POC, kde bude provedeno jejich počáteční zpracování. Poté jsou odeslána do SPOC, kde jsou kalibrována a jsou z nich zpracovány světelné křivky pro hledání exoplanet. Následně jsou výsledky zaslány do TESS Science Office (TSO) a archívu MAST.
Řídicí středisko ve firmě Orbital ATK. Odtud se bude družice řídit. Credit: NASA
TESS pod kapotou
TESS je založena na osvědčené platformě LEOStar-2/750, která se používá už od roku 2001. Družicová konstrukce (struktura) TESS se skládá ze šestiúhelníkového tělesa, které působí jako primární nosný prvek a zajišťuje montážní struktury pro různé vnitřní a vnější komponenty. Struktura poskytuje veškerou potřebnou podporu pro vědecké přístroje:
Tepelná ochrana: v případě TESS je zcela pasivní, založena jen na izolacích a nátěrech. Dráha družice je zvolena tak, aby nebylo potřeba žádné aktivní regulace teploty. Na palubě jsou ohřívače elektroniky, ale ty budou aktivovány jen v případě nouze. Teplo z elektroniky je odváděno do radiátorů.
Schéma TESS. Credit: NASA
Komunikace: na palubě je anténa s průměrem 70 cm pracující v pásmu Ka. Data budou přenášená na Zemi vždy při nejbližším přiblížení k Zemi v průběhu asi 4 hodin a to při rychlosti 125 Mbit/s. Kromě toho má TESS ještě menší pár S-band antén pro samotnou komunikaci s družicí a příjem telemetrie a to i v době, kdy bude sonda dál od Země.
Zdroj energie: dvojice solárních panelů o rozměrech 0,89 x 1,1 m dodá 415 W energie, což plně pokryje požadavky družice (cca 290 W).
Stabilizace v kosmickém prostoru: zajišťují ji 4 gyroskopy.
Jeden ze čtyř gyroskopů. Credit: MIT, NASA
Schéma družice a její rozměry. Credit: MIT, NASA
Hlavní anténa pro přenos dat má průměr 70 cm. Credit: MIT, NASA
Orientace v prostoru: ve vesmíru není nahoře ani dole. Družice se tradičně orientují podle hvězd, k čemuž slouží sledovače hvězd. TESS bude hvězdy přímo pozorovat, takže se pro orientaci primárně využijí samotné vědecké kamery a asi 200 zvolených „navigačních“ hvězd, které jsou sledovány každé 2 sekundy. Informace putuje z jednotky DHU (o které bude ještě řeč později) do MAU (Master Avionics Unit) a odtud už rovnou na gyroskopy.
Master Avionics Unit (MAU) od firmy SEAKR Engineering přenáší signály, příkazy a elektrickou energii do ostatních částí družice. MAU je na fotografii ta černá krabice. Credit: NASA
Pro období, kdy nebudou probíhat vědecká pozorování, má TESS na palubě i klasické sledovače hvězd. Do orientace v prostoru můžeme zařadit i senzory solárního vektoru, které jsou umístěny na sluneční cloně (té velké okolo všech kamer). Úkolem senzorů je správná orientace solárních panelů v okamžiku, kdy se TESS přepne do bezpečnostního módu (v případě poruchy apod.).
Motory: na palubě je celkem pět motorů, které využívají jednu palivovou nádrž s 45 kg paliva (hydrazinu). Čtyři menší motory mají tah 5 Newtonů, jeden hlavní motor má tah 22 Newtonů. Množství paliva by v případě TESS rozhodně nemělo být ohraničujícím prvkem pro délku mise.
Pozice motorů a antén. HGA je hlavní anténa pro přenos dat, VGA jsou menší antény pro komunikaci s družicí, přenos telemetrie apod. Credit: MIT, NASA
Jeden z motorů družice TESS. Credit: MIT, NASA
Hlavní zbraň: čtyři kamery
Vědeckým zařízením je čtveřice identických kamer. Každá kamera se skládá ze sestavy objektivu se sedmi optickými prvky a sestavy detektoru se čtyřmi CCD a příslušnou elektronikou.
Sada objektivů obsahuje sedm čoček namontovaných do dvou oddělených hliníkových sudů, které jsou připevněny dohromady. Průměr vstupní pupily je 10,5 cm.
Každé pole CCD obsahuje čtyři CCD čipy CCID-80, které vyvinili v laboratoři MIT Lincoln. Čipy jsou od sebe vzdálené 2 mm a vytváří účinný detektor s rozlišením 4096 x 4096 pixelů, který pracuje při teplotě -75 ° C.
Schéma kamery. Credit: MIT, NASA, Ricker et al.
Schéma kamery. Credit: MIT, NASA
Elektronika přenáší digitalizované snímky do Jednotky pro zpracování dat (Data Handling Unit, DHU).
DHU poskytuje hardware, software a firmware pro řízení kamery, zpracování dat na palubě, ukládání dat, elektroniku družice a pozemní komunikaci.
DHU provádí zpracování získaných dat v reálném čase a přeměňuje surové obrazy CCD na datové produkty, které jsou následně odeslány na Zemi.
Každá kamera zabere zorné pole o rozměrech 24 x 24 stupňů. To je sice pěkné číslo, ale pro většinu lidí asi nepředstavitelné. Můžeme si ho názorně ukázat. Natáhněte ruku, a co nejvíce rozevřete prsty. Úsek od palce po malíček představuje asi 20 stupňů. Pokud použijete obě ruce, můžete si na obloze „vykreslit“ čtverec o rozměrech zhruba 20 x 20 stupňů, což téměř odpovídá zornému poli jedné kamery.
Kamera TESS. Credit: MIT, NASA
Deska, do které jsou kamery zapuštěny. Credit: MIT, NASA
Clona jedné z kamer. Credit: MIT, NASA
Instalace kamer. Credit: MIT, NASA
Všechny čtyři kamery pohromadě. Credit: MIT, NASA
Detektor. Credit: MIT, NASA
Všechny 4 kamery budou pozorovat oblast o celkových rozměrech 24 x 96 stupňů. Této oblasti se říká sektor. Pro představu: do jednoho sektoru by se vlezl Měsíc v úplňku téměř 10 000krát!
Všechny čtyři kamery jsou přišroubovány ke speciální desce. Jedná se o pevnou strukturu s nízkou teplotní roztažností, takže kamery zůstanou po celou dobu dobře fixovány.
Sektory aneb kam se bude TESS dívat
Jeden sektor bude TESS pozorovat vždy po dobu dvou oběhů okolo Země, což znamená přibližně 27,4 dní. Poté se pootočí a pustí se do pozorování dalšího sektoru. Celá severní obloha je rozdělena do 13 sektorů, jižní je na tom stejně.
Mapa nebeské sféry a vyznačení oblastí, které bude TESS pozorovat. Černé oblasti podél ekliptiky pozorovány nebudou (ne v rámci primární mise). Credit: NASA
Primární mise družice je naplánována na 2 roky. Jeden rok stráví TESS průzkumem severní oblohy, poté se pustí do té jižní.
Když se podíváme na celou oblohu, tak zjistíme, že jednotlivé části oblohy na tom nejsou stejně. Některé sektory se překrývají, ale existují také části oblohy, které TESS neuvidí nikdy. Jednotlivé části oblohy budou kamery pozorovat různě dlouho, jak ukazuje obrázek výše.
Jak dlouho pozoruje TESS různé části oblohy
Dnů pozorování
Část oblohy (čtvereční stupně)
Část oblohy (%)
0
6023
14,6
27,4
25 989
63
54,8
6 270
15,2
82,2
1 238
3
109,6
231
0,56
137 až 301,4
578
1,4
328,8
215
0,52
356,2
701
1,7
Naprosto exkluzivní oblast je na obrázku černě vytečkována (Continuous Viewing Zone, CVZ). Tuto část oblohy bude TESS pozorovat po dobu průzkumu všech 13 sektorů. Připravovaný Dalekohled Jamese Webba (JWST) může v této oblasti pozorovat kdykoliv během roku. Jedním z hlavních úkolů TESS je najít exoplanety, které JWST prozkoumá. O tom si ale povíme až později.
Jeden snímek každé dvě minuty
TESS bude měřit jasnost asi 200 000 předem vybraných hvězd (tzv. poštovních známek) a to s kadencí 2 minuty. Pod pojmem kadence se myslí interval mezi dvěma snímky. Délka expozice bude 2 sekundy.
Každých 30 minut pořídí TESS navíc kompletní snímek celého sektoru (Full Frame Images, FFI).
V rámci jednoho sektoru bude měřena jasnost 10 000 poštovních známek a pořízeno více než 600 FFI.
Kepler ukázal, že i 30 minutová kadence stačí k objevování exoplanet. Kromě 200 000 vybraných hvězd tak může TESS prostřednictvím FFI hledat tranzitující exoplanety také u dalších méně jasných hvězd.
Celkem vyprodukují kamery TESS každou sekundu 68 MB dat!
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).
Družice TESS. Credit: NASA
Nová strategie hledání exoplanet
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.
Kosmický dalekohled Kepler. Credit: NASA
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
Kepler
TESS
Velikost
4,7 m × 2,7 m
3,7 × 1,2 × 1,5 m
Startovní hmotnost
1 050 kg
350 kg
Oběžná dráha
heliocentrická
vysoká oběžná dráha Země
Vlnové délky
430 až 890 nm
600 až 1000 nm
Velikost zorného pole
115 čtverečních stupňů
2300 čtverečních stupňů (postupně průzkum většiny oblohy)
Optika
Zrcadlo typu Schmidt o průměru 1,4 m
4 kamery s průměrem 10 cm
Cíl
Statistický průzkum exoplanet
Hledání exoplanet u blízkých hvězd
Nosič
Delta II
Falcon 9
Délka primární mise
3,5 let
2 roky
Kadence
1 minuta / 30 minut
2 minuty / 30 minut
Náklady
cca 600 milionů USD
cca 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.).
Podle simulací bude objeveno 4400 ± 110 planet, z toho 1250 ± 70 planet bude pozorováno s dvouminutovou kadencí.
TESS by měla najít 2100 planet menší než 4 Země a 280 menší než 2 Země. Více než polovina planet bude pozorována jen v rámci jednoho sektoru. Jen 10 % planet bude pozorováno ve 12 nebo 13 sektorech současně.
Dalších 10 tisíc exoplanet může TESS objevit u hvězd mimo katalog CTL (Candidate Target List), ale v tomto případě může být extrémně velké procento objevů falešnými poplachy. Na jednu skutečnou planetu může připadat 11 falešných poplachů, takže půjde tak trochu o astronomické minové pole.
Počty objevených planet dle poloměru ve dvouminutové kadenci (oranžová) a FFI (modrá). Foto: Thomas Barclay, Joshua Pepper Elisa Quintana, The Astrophysical Journal, CC BY 3.0
V kolika sektorech bude TESS planety pozorovat. Zleva: ve více než jednom, v jednom, ve dvou atd. Planety objevené ve dvouminutové kadenci (oranžová) a FFI (modrá). Foto: Thomas Barclay, Joshua Pepper Elisa Quintana, The Astrophysical Journal, CC BY 3.0
Hlavním úkolem TESS je najít planety u blízkých a jasných hvězd. V grafu je znázorněno rozložení planet dle vzdálenosti v parsecích (1 pc = 3,26 světelných let). Planety objevené ve dvouminutové kadenci (oranžová) a FFI (modrá). Foto: Thomas Barclay, Joshua Pepper Elisa Quintana, The Astrophysical Journal, CC BY 3.0
Nebude zkoumat jen exoplanety
TESS ale nebude zkoumat jen exoplanety. Už tradičně lze přesná fotometrická data využít pro účely astroseismologie – tedy studování hvězdných otřesů. Prostřednictvím astroseismologie lze určit některé parametry mateřské hvězdy (hmotnost, poloměr apod.), což pak může pomoci i v upřesnění parametrů exoplanet.
Musíme si ale uvědomit, že TESS bude prostřednictvím FFI pořizovat každých 30 minut snímek velké části oblohy. V nejhorším případě bude danou část oblohy pozorovat 27 dní a za dva roky zmapuje TESS téměř celou severní i jižní oblohu. Není moc astronomů, kteří by pohrdli podobnými daty! Mohou je využít k mnoha účelům. Mezi ně patří hledání supernov, zákrytových dvojhvězd, dosvitů gama záblesků nebo dokonce výzkum asteroidů.
Start družice TESS
TESS vynesla 18. dubna 2018 raketa Falcon 9 od společnosti SpaceX. Šlo o první vědeckou družici NASA, kterou SpaceX dopravila do vesmíru. K podpisu smlouvy došlo v prosinci 2014. Tehdy se uvádělo, že start vyjde na 87 milionů dolarů. V ceně je nejen samotné vypuštění, ale také integrace do rakety apod.
Po svém startu provedla TESS několik úprav dráhy. Ve čtvrtek 17. května v 8:34 našeho času prolétla TESS okolo Měsíce ve vzdálenosti 8 253 km. Průlet opět významně upravil dráhu družice. Vědecká pozorování začala 25. července.
Oběžná dráha
Dráha TESS se označuje se jako vysoká oběžná dráha Země (HEO) a byla zvolena z mnoha důvodů:
TESS může na této dráze nerušeně pozorovat vybrané sektory na obloze.
Vyhne se Van Allenovým radiačním pásům.
Na své dráze se přiblíží k Zemi dostatečně na to, aby mohlo dojít k vysokorychlostnímu přenosu dat. Na druhou stranu uplyne mezi přenosy dat (kdy bude pozorování omezeno) dostatečně dlouhá doba, během které se může TESS nerušeně věnovat svým úkolům.
TESS nečekají velké teplotní výkyvy.
TESS se musí v dalších desítkách let vyhnout geostacionární dráze Země.
Konečná dráha se pohybuje přibližně v rozmezí 17 až 59 poloměrů Země a dosahuje rezonance 2:1 s Měsícem. Za dobu, kdy Měsíc oběhne okolo Země jednou, to TESS zvládne dvakrát.
TESS podléhá Kozaiově mechanismu, který velmi dobře známe také ze světa exoplanet. Jedná se o situaci, kdy máme binární systém –například hvězda a exoplaneta a dráha exoplanety je ovlivňována třetím tělesem (například další hvězdou). V případě TESS je dráha ovlivňována zejména Měsícem.
Délka jednoho oběhu okolo Země se pohybuje od 12,9 po 14,5 dní, což znamená proměnlivou délku pozorování jednotlivých sektorů od 25,7 až po 29 dní.
Zvolená oběžná dráha je velmi zajímavá a exkluzivní. Nikdy v historii kosmonautiky se žádná jiná družice nepohybovala po podobné dráze. Nejblíže je k tomu asi dráha družice Interstellar Boundary Explorer (IBEX), která odstartovala v roce 2008 a zkoumala vztahy mezi Sluneční soustavou a mezihvězdným prostorem. IBEX obíhal v rezonanci 3:1 s Měsícem.
Parametry konečné oběžné dráhy
Perigeum: 17 poloměrů Země (108 000 km)
Apogeum: 59 poloměrů Země (376 300 km)
Oběžná doba: 13,7 dní
Přechodné dráhy TESS. Credit: NASA
Dráha TESS a dráha Měsíce. Credit: NASA
Je potřeba říci, že TESS bude čelit určitým „gravitačním poruchám“, které jsou ale v rámci trvání mise (i případného prodloužení) zanedbatelné. Nebude kvůli nim potřeba korigovat dráhu s využitím motorů.
Motory ale bude muset TESS občas zapnout z jiných důvodů. Zatímco v případě Keplera hraje tlak slunečního záření veskrze pozitivní roli a stabilizuje dalekohled v kosmickém prostoru, u TESS bude trochu překážet. Během průletu perigeem použije TESS občas své trysky ke zbavení se momentu hybnosti vytvořeného tlakem slunečního záření.
V perigeu se práce vždy přeruší
V době průletu perigeem (17 poloměrů Země) jsou vědecké operace přerušeny na maximálně 16 hodin. Je to z toho důvodu, aby se anténa družice nasměrovala k Zemi a došlo k přenosu dat. Samotný přenos zabere maximálně 4 hodiny. Data bude přijímat síť DSN s radioteleskopy v USA, Španělsku a Austrálii. DSN zajišťuje komunikaci se sondami ale třeba také s Keplerem.
Pozorování jednotlivých sektorů
Sektory TESS
Sektor
Začátek pozorování
Konec pozorování
1
25. července 2018
23. srpna 2018
2
23. srpna 2018
20. září 2018
3
21. září 2018
17. října 2018
4
19. října 2018
15. listopadu 2018
5
15. listopadu 2018
11. prosince 2018
6
11. prosince 2018
7. ledna 2019
7
7. ledna 2019
2. února 2019
8
2. února 2019
28. února 2019
9
28. února 2019
26. března 2019
10
26. března 2019
22. dubna 2019
11
22. dubna 2019
21. května 2019
12
21. května 2019
19. června 2019
13
19. června 2019
18. července 2019
Perigea a apogea TESS
Perigeum je bod na dráze nejblíže Zemi, apogeum nejdál od Země. V tabulce je uveden jejich přehled pro jednotlivé oběhy a také vzdálenost TESS od Země v násobcích poloměrů Země (Re, 6378 km).
Oběh
Perigeum
Apogeum
17
28. listopadu, 10:57 (14,6 Re)
21. listopadu, 19:41 (59,5 Re)
18
11. prosince, 22:39 (13,2 Re)
5. prosince, 06:21 (60,5 Re)
19
25. prosince 2018, 02:51 (13,0 Re)
18. prosince 2018, 13:27 (60,4 Re)
20
7. ledna 2019, 08:35 (12,0 Re)
31. prosince 2018, 18:37 (61,1 Re)
21
20. ledna 2019, 09:55 (12,5 Re)
13. ledna 2019, 20:59 (60,8 Re)
22
2. února 2019, 10:45 (12,1 Re)
26. ledna 2019, 22:27 (60,6 Re)
23
15. února 2019, 10:37 (13,1 Re)
8. února 2019, 21:41 (60,3 Re)
24
28. února 2019, 09:03 (13,1 Re)
21. února 2019, 21:23 (59,8 Re)
25
13. března 2019, 11:03 (14,2 Re)
6. března 2019, 20:57 (59,7 Re)
26
26. března 2019, 14:51 (14,7 Re)
20. března 2019, 00:23 (59,5 Re)
27
9. dubna 2019, 04:59 (15,4 Re)
2. dubna 2019, 09:57 (60,2 Re)
28
22. dubna 2019, 21:35 (15,6 Re)
16. dubna 2019, 01:31 (60,4 Re)
29
7. května 2019, 02:27 (15,9 Re)
30. dubna 2019, 00:25 (61,8 Re)
30
21. května 2019, 07:37 (14,9 Re)
14. května 2019, 06:23 (62,2 Re)
31
4. června 2019, 19:29 (15,1 Re)
28. května 2019, 14:11 (63,4 Re)
32
19. června 2019, 07:15 (13,7 Re)
12. června 2019, 02:49 (63,8 Re)
33
3. června 2019, 16:27 (14,1 Re)
26. června 2019, 11:57 (64,0 Re)
34
18. července 2019, 02:51 (13,1 Re)
10. července 2019, 22:19 (64,3 Re)
35
1. srpna 2019, 03:49 (13,6 Re)
25. července 2019, 02:49 (63,4 Re)
36
15. srpna 2019, 05:53 (13,1 Re)
8. srpna 2019, 04:45 (63,4 Re)
37
28. srpna 2019, 19:55 (13,7 Re)
22. srpna 2019, 00:09 (61,9 Re)
38
11. září 2019, 10:11 (13,3 Re)
4. září 2019, 14:57 (61,8 Re)
39
24. zář 2019, 13:39 (13,6 Re)
17. září 2019, 23:29 (60,5 Re)
40
7. října 2019, 16:57 (12,7 Re)
1. října 2019, 03:55 (60,5 Re)
41
20. října 2019, 13:19 (12,8 Re)
14. října 2019, 03:15 (60,1 Re)
42
2. listopadu 2019, 08:47 (11,6 Re)
27. října 2019, 00:45 (60,4 Re)
43
15. listopadu 2019, 03:43 (11,6 Re)
8. listopadu 2019, 18:41 (60,7 Re)
44
28. listopadu 2019, 00:03 (10,7 Re)
21. listopadu 2019, 14:57 (61,3 Re)
45
11. prosince 2019, 01:47 (10,9 Re)
4. prosince 2019, 13:15 (62,3 Re)
Tip: Stáhnout si můžete graf (pdf), který znázorňuje vzdálenost družice od Země. Může se to hodit zejména pro přibližné určení perigea. Jednotlivé údaje jsou platné vždy pro půlnoc a 12:00 UT daného dne.
Ve středu 8. srpna se TESS dostala do perigea své dráhy, což znamená, že byla nejblíže k Zemi. Během této doby družice na několik hodin (maximálně 16) přeruší svá pozorování. Musí se totiž pootočit tak, aby její anténa směřovala k Zemi. Poté začne stahování dat.
Na Zemi tak jsou první data za první dva týdny vědeckého pozorování. TESS má výhodu velmi rychlé datové linky. Za necelou hodinu a půl se podařilo stáhnout 53 GB dat! TESS už je zase v plném nasazení. Do 23. srpna bude pokračovat pozorování prvního sektoru. V dalším perigeu bude TESS v noci z 22. na 23. srpna v 1:40 našeho času. Po odeslání další várky dat se pootočí a vrhne se na druhý sektor.
Astronomové objevili ve vzdálenosti 20 světelných let objekt s označením SIMP J01365663+0933473. Záměrně o něm píšeme jen jako o objektu, protože jeho hmotnost je zhruba 12,7 Jupiterů, což je blízko hranice mezi planetami a hnědými trpaslíky.
SIMP J01365663+0933473 je součástí pohybující se skupiny hvězd, takže známe jeho přibližné stáří – asi 200 milionů let. Teplota tělesa bude okolo 825 stupňů Celsia.
Vědci se na objekt podívali síti radioteleskopů VLA (Very Large Array) v Novém Mexiku a podařilo se jim zjistit, že má velmi silné magnetické pole. Je dokonce 200krát silnější než magnetické pole Jupiteru.
Vědci už dříve objevili u některých hnědých trpaslíků polární záři. V případě Země i některých dalších planet Sluneční soustavy potřebujete k vytvoření polární záře tři ingredience: magnetické pole, atmosféru a tok nabitých částic ze Slunce.
U mnoha hnědých trpaslíků ale chybí to poslední. Plují vesmírem samostatně, žádná blízká hvězda je svými částicemi neostřeluje. Polární záře tak musí způsobovat jiný mechanismus – třeba interakce s planetou nebo měsícem, jako je tomu v případě Jupiteru a jeho měsíce Io.
Družice TESS zahájila 25. července vědecká pozorování prvního sektoru. Ještě předtím vědci testovali a kalibrovali čtyři kamery a detektory. Do zorného pole se jim dostala i kometa C/2018 N1.
Vlasatici objevila družice WISE teprve 29. června. TESS ji pozorovala 25. července. Video je složeno ze snímků za 17 hodin a ukazuje jen malou část zorného pole družice.
TESS sice bude primárně hledat exoplanety u jasných hvězd, ale v průběhu dvou let získá přesná fotometrická data většiny oblohy. Vědci je pak mohou použít také pro jiné účely (supernovy, novy, zákrytové dvojhvězdy, asteroidy apod.). První data uvolní NASA v lednu.
Vloni v dubnu byl představen objev exoplanety LHS 1140 b, která je dost možná nejnadějnější exoplanetou, na které by mohl být život. Mnohem důležitější ale je, že na rozdíl od ostatních potenciálně obyvatelných exoplanet, v případě LHS 1140 b známe její hmotnost i velikost. U ostatních je to obvykle jen jedno nebo druhé.
O objev exoplanety s oběžnou dobou 24,8 dní se postaral pozemský lovec tranzitů MEarth a údaje o hmotnosti dodal chilský spektrograf HARPS.
Nyní vyšla studie, která upřesnila hmotnost vloni ohlášené exoplanety a také přišla s objem druhé planety v systému. Kromě MEarth a HARPS se na pozorování podílel také kosmický dalekohled Spitzer.
Nově objevená exoplaneta LHS 1140 c obíhá s periodou 3,7 dní. Její hmotnost je asi 1,8 Země a poloměr 1,3 Země. Hustota planety bude 4700 kg/m3.
Dříve objevená planeta b má hmotnost 6,98 Země a poloměr 1,7 Země. Hustota planety bude 7500 kg/m3. Vloni se při objevu uváděla hustota výrazně vyšší (12500 kg/m3).
Složení obou planet by mohlo být podobné Zemi – tedy železné jádro a silikáty.
Podmínky k životu
Na povrchu planety b by měla být teplota pár desítek stupňů pod bodem mrazu, ale bez vlivu atmosféry. Složení atmosféry neznáme.
Upřesněné parametry planety na první pohled snižují možnost, že by byla obyvatelná. Od poloměru 1,6 Země už začíná spíše říše mini-neptunů.
Na druhou stranu planety s poloměrem nad 1,6 Země mají tendenci mít obvykle nižší hustotu, což je způsobeno velkým podílem těkavých látek. V případě LHS 1140 b tomu tak není, takže přechod mezi planetami s terestrickými kompozicemi a mini-neptuny může být pozvolný.
Vnitřní planeta c bude pekelným světem. Teplota bez vlivu atmosféry bude na povrchu někde okolo 170 stupňů Celsia.
Obě planety, a to zejména vnitřní planeta c, jsou vhodné pro budoucí průzkum atmosféry dalekohledem Jamese Webba.
O průzkumu atmosfér exoplanet prostřednictvím JWST se toho hodně mluví a píše, ale nebude to tak snadné.
U menších planet bude potřeba pozorovat velké množství tranzitů. V případě planet jako LHS 1140 c, TRAPPIST-1 b a GJ 1132 b by ale při vhodném složení atmosféry mohlo stačit pozorovat okolo 12 tranzitů.
Nic více než symboliku v tom nehledejme. Kosmický dalekohled Kepler se vrací do aktivní služby. Současně tak budou pracovat dva velmi výkonní kosmičtí lovci exoplanet.
TESS zahájila 25. července pozorování prvního sektoru, což potrvá do 23. srpna. Připomeňme, že TESS pozoruje jeden sektor vždy po dobu dvou oběhů okolo Země a to téměř nepřetržitě. Pozorování se přeruší jen v době nejtěsnějšího přiblížení k Zemi, kdy jsou získaná data odesílána na Zemi. Přenos, a to včetně změny orientace družice v prostoru, bude trvat maximálně 16 hodin.
Délka pozorování jednotlivých sektorů se mimochodem nezanedbatelně liší. TESS podléhá Kozaiově mechanismu, který velmi dobře známe také ze světa exoplanet. Jedná se o situaci, kdy máme binární systém –například hvězda a exoplaneta a dráha exoplanety je ovlivňována třetím tělesem (například další hvězdou). V případě TESS je dráha ovlivňována zejména Měsícem.
Délka jednoho oběhu okolo Země se pohybuje od 12,9 po 14,5 dní, což znamená proměnlivou délku pozorování jednotlivých sektorů od 25,7 až po 29 dní.
Kozaiův mechanismus je pojmenován podle japonského astronoma Jošide Kozaie, který letos v únoru zemřel, takže jsme ho chtěli i touto cestou připomenout.
V tweetu níže vidíte vývoj dráhy TESS, která by se měla pohybovat ve vzdálenosti 17 až 59 poloměrů Země. Jak je patrné, tak se vzdálenost od Země průběžně při každém oběhu mění.
Kosmický dalekohled Kepler se začátkem příštího týdne (pravděpodobně 6. srpna) vrací do služby. Od 2. července byl v nouzovém režimu. NASA zaznamenala pokles tlaku v palivové nádrži, což je neklamný důkaz docházejícího paliva. Vědci chtěli mít jistotu, že na Zemi dorazí data z 18. kampaně. V nouzovém režimu Kepler nepozoruje, ale ani nespotřebovává žádné palivo.
Data z 18. kampaně jsou v průběhu víkendu zasílána na Zemi a poté začne 19. kampaň.
To, že Kepler a TESS budou pracovat současně, má pouze symbolický význam. Nebudou pozorovat stejnou část oblohy. TESS jistým způsobem přebírá štafetový kolík, i když není nástupcem Keplera v pravém významu. Její úkoly jsou jiné.
PS: není to poprvé, co pracují ve vesmíru současně dva kosmické dalekohledy zaměřené primárně na lov exoplanet. Do roku 2012 pracovali současně Kepler a evropský CoRoT.
Jupiter měl vliv na vznik a vývoj planet ve vnitřních částech Sluneční soustavy. Obecně se předpokládá, že velmi hmotné planety ovlivňují vznik vnitřních planet zemského typu. Je tento vliv negativní?
Vědci vzali 65 systémů se super-zeměmi, které definují jako planety o hmotnosti 1 až 10 Zemí nebo poloměru 1 až 4 Země. Celkem 34 systémů hostí alespoň jednu planetu objevenou tranzitní metodou a 31 systémů hostí alespoň jednu planetu objevenou měřením radiálních rychlostí. Celkem 18 systémů hostí jen jednu planetu, 47 má více než jednu planetu.
Následně vědci prostřednictvím dřívějších měření radiálních rychlostí hledali, zda se v těchto systémech mohou vyskytovat analogie našeho Jupiteru. Definovali je jako planety o hmotnosti 0,5 až 20 Jupiteru a velké poloose dráhy 1 až 20 AU.
Výsledky jsou poměrně překvapivé. Analogie Jupiteru by se měly vyskytovat v 39 ± 7% systémů. Autoři studie tuto míru výskytu porovnali s obecnou očekávanou mírou výskytu podobných planet a je dokonce větší!
Jinými slovy platí, že pokud okolo hvězdy obíhá planeta podobná Jupiteru, je poměrně velká pravděpodobnost, že ve vnitřních částech systému se vyskytuje i planeta zemského typu či super-země.
Planety podobné Jupiteru tak mohou dokonce usnadňovat vznik planet zemského typu, i když tento závěr je spíše předčasný.
V rámci studie se podařilo také najít dvě možné nové planety u hvězd HD 156668 a HD 175607. Objevení kandidáti do analýzy zařazeni nebyli, protože jejich minimální hmotnost je větší než 10 Zemí. Konkrétně 31 a 24 Zemí.
V noci z pátku na sobotu se odehraje velmi důležité pozorování. Vědci z USA, Francie a Senegalu budou pozorovat planetku, kterou už za pár měsíců navštíví sonda NASA.
Kosmická sonda New Horizons prolétla v roce 2015 okolo Pluta a jeho měsíců. Dalších několik měsíců odesílala data na Zemi. Poté se uložila k delšímu spánku.
Nyní se už New Horizons připravuje na 1. leden 2019, kdy proletí 3500 km od tělesa Kuiperova pásu 2014 MU69. Objektu se neformálně přezdívá Ultima Thule. V době průletu bude planetka asi 6 miliard kilometrů od Země.
Vzhledem k tomu, že Ultima Thule není zrovna velké těleso a obíhá ve vzdálenosti 42 až 46 AU od Slunce, tak o něm nemáme šanci ze Země zjistit mnoho informací, které by NASA pomohly s přípravou. Nesmíme zapomenout, že půjde jen o velmi rychlý průlet, takže příprava je velmi důležitá.
Ultima Thule je velmi malé těleso, takže ani na snímcích z Hubblova dalekohledu toho moc neuvidíme.
Astronomové se proto vydali do Senegalu a Kolumbie. V noci na sobotu zakryje Ultima Thule jednu vzdálenou hvězdu.
Vědci se v Senegalu rozdělí do 21 skupin po třech a budou zákryt hvězdy pozorovat. Úkaz není pozorovatelný z libovolného místa na Zemi ale jen s velmi dlouhého ale také velmi úzkého pásu. Je to podobné úplnému zatmění Slunce.
Parametry úkazu (začátek, konec, délka zákrytu) se pro různá místa v pásu liší. Pokud získáte dostatečně velké množství měření z různých míst, můžete odhadnout tvar tělesa.
K podobnému zákrytu došlo už vloni v červnu a červenci. Viditelné bylo tehdy v Argentině a Jižní Africe.
Zatím víme, že Ultima Thule má okolo 30 km a má patrně velmi protáhlý tvar. Mohlo by se také jednat o těsnou binární planetku.
Později, než se plánovalo, ale je to tady… Družice TESS zahájila vědecká pozorování. NASA to oznámila v pátek 27. července ale pozorování začala už 25. července.
Data na Zemi předá družice poprvé v polovině srpna a pak pokaždé po 13,5 dnech (jeden oběh okolo Země) a to vždy při nejbližším přiblížení k naší planetě.
Není jasné, kdy budou představeny první objevy, ale mohlo by se tak stát v lednu na tradičním sjezdu Americké astronomické společnosti.
Jeden sektor bude TESS pozorovat vždy po dobu dvou oběhů okolo Země, což znamená 27,4 dní. Poté se pootočí a pustí se do pozorování dalšího sektoru. Celá severní obloha je rozdělena do 13 sektorů, jižní je na tom stejně.
TESS odstartovala do vesmíru 18. dubna 2018, 17. května pak prolétla okolo Měsíce. Poslední úprava dráhy proběhla 30. května.
Jsou to tři roky, co kosmická sonda New Horizons prolétla okolo Pluta a jeho měsíců. Vesmírná datová linka není zrovna nejrychlejší, takže data na Zemi proudila ještě mnoho měsíců poté.
New Horizons se nyní chystá na průlet okolo dalšího tělesa Kuiperova pásu (1. ledna 2019) a vědci nadále analyzují data a sepisují vědecké studie.
Při příležitosti třetího výročí ale NASA také uveřejnila nové snímky Pluta a jeho měsíce Charon. Nejsou to úplně nové fotografie, ale jsou nově a velmi dobře kalibrované tak, jak by obě tělesa vidělo lidské okolo.
Snímek Pluta byl pořízen ze vzdálenosti 35 445 km, což odpovídá vzdálenosti geostacionárních družic od Země. Charon byl v době pořízení snímku dál – 74 176 km.
Pluto v přirozených barvách. Takhle byste ho viděli na vlastní oči. Credit: NASA/Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory/Southwest Research Institute/Alex Parker
Charon je největším měsícem Pluta Credit: NASA/Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory/Southwest Research Institute/Alex Parker
U hvězdy RW Aur A jednou za pár let nebo desetiletí poklesne jasnost a to na týdny až měsíce. Není to ale zase tak velká záhada, jako je tomu třeba u Tabbyiny hvězdy (KIC 8462852).
Poklesy jasnosti pozorují astronomové u této hvězdy už od roku 1937. V roce 2011 došlo k dalšímu poklesu jasnosti, který trval asi půl roku. Další následoval v polovině roku 2014 a jasnost hvězdy se vrátila do původního stavu v roce 2016.
V lednu 2017 se na další z poklesů podívala rentgenová vesmírná observatoř Chandra, která získala na 14 hodin pozorování.
Podle vědců může za pokles jasnosti srážka dvou těles – zárodků planet nebo asteroidů. Prach a plyn z kolize dopadají na hvězdu a zakryjí její disk, což pozorujeme jako dlouhotrvající pokles jasnosti.
Chandra zjistila několik informací, které astronomy překvapily. Disk okolo hvězdy obsahuje velké množství materiálu, hvězda je teplejší, než se očekávalo a v disku je více železa, než by mělo být.
Existuji dvě možnosti, odkud může nadbytečné železo pocházet. První je tzv. lapač prachu. Jedná se o mrtvé zóny v disku, v nichž jsou zrnka železa zachytávaná. Stačí pak změna struktury disku – například gravitačním vlivem druhé hvězdy – a železo je najednou uvolněno ve větším množství a může spadnout na hvězdu.
Druhá možnost je mnohem elegantnější a v případě RW Aur A pravděpodobnější. Železo pochází z kolize dvou objektů. Stačí, aby jeden z objektů obsahoval velké množství železa a při kolizi dojde k jeho velkému uvolnění.
Planetární systém 55 Cnc patřil dlouho k těm nejslavnějším. Není divu. Okolo jedné hvězdy hmotnostně a velikostně podobné Slunci obíhá pět planet, což byl po dlouhou dobu rekord. Dnes už sláva tohoto systému trochu vybledla pod náporem nových atraktivních objevů, ale vědci se jim stále zabývají.
Vedle posledních objevů různých kompaktních systémů u červených trpaslíků s planetami zemského typu a super-zeměmi, je 55 Cnc e přece jen jiný. Mateřská hvězda je podobná Slunci, hmotnost planet se pohybuje od 8 Zemí po 0,8 Jupiteru a jejich velká poloosa od 0,01 po téměř 6 AU.
Od objevů tranzitů 55 Cnc e uběhlo sedm let, od objevu první planety v systému 22 let, ale stále probíhá upřesňování parametrů celé soustavy.
Před pár měsíci vyšla studie, která upravila hmotnost 55 Cnc e na 8,7 Země a poloměr na 2,02 Země. Ve studii se také uvádí, že na atmosféru připadá asi 8 % poloměru planety.
Exoplaneta 55 Cnc e oběhne okolo hvězdy za necelých 18 hodin. Spitzer před časem zjistil, že na noční straně je teplota 1 380 ± 400 Kelvinů, na denní je to 2 700 ± 270 Kelvinů. Kvůli očekávané vázané rotaci (planeta je k hvězdě nakloněna stále stejnou stranou) nejsou rozdíly v teplotách ničím překvapivým, ale i tak jsou velké. Znamenají, že planeta má opticky hustou atmosféru, která nedokáže snížit rozdíly v teplotách, nebo že nemá atmosféru žádnou.
Dvacet let pozorování
Nyní vyšla další a komplexnější studie. Vědci mají k dispozici fotometrická a spektroskopická pozorování za dvě desetiletí. Z nich změřili rotaci mateřské hvězdy a její magnetický cyklus. Podle studie se 55 Cnc otočí okolo své osy za 38,8 dní, takže se otáčí pomaleji než Slunce. Není to překvapením, protože čím jsou hvězdy starší, tím rotují pomaleji. Věk 55 Cnc se odhaduje zhruba na 10 miliard let.
Na základě nových poznatků o hvězdě i pozorování Hubblova dalekohledu byly opět upraveny parametry planety 55 Cnc e. Poloměr planety by měl být asi 1,88 Země, hmotnost 8 Zemí. Hustota by pak vycházela na 6700 kg/m3.
55 Cnc
Planeta
Oběžná doba
Velká poloosa
Hmotnost
e
0,736 dní
0,0154 AU
7,99 Země
b
14,6 dní
0,113 AU
0,8 Jupiteru
c
44,4 dní
0,237 AU
0,16 Jupiteru
f
259,8 dní
0,770 AU
0,15 Jupiteru
d
5574 dní
5,95 AU
3,12 Jupiteru
Podle vědců je planeta obklopena atmosférou o vysoké hmotnosti, která zabírá několik procent poloměru planety.
Přesné složení planety a její atmosféry ale astronomům zamotává hlavu. Důležité bude i nadále upřesnit a potvrdit velikost planety, což může být úkol pro chystanou družici CHEOPS.
Autoři nové studie se domnívají, že atmosféra planety nebude složena z vodíku a hélia. Mohla by obsahovat sloučeniny bohaté na minerály z roztaveného nebo vulkanického povrchu, případně oxid uhelnatý nebo dusík.
Zajímavý a asi největší rozdíl přináší studie v oběžné době poslední planety. Například katalog exoplanet.eu uvádí dobu oběhu 4867 dní. Podle nové studie byly dřívější odhady ovlivněny magnetickým cyklem hvězdy. Oběžná doba poslední planety by měla být 5574 dní, ale je to s tolerancí +93 a -88 dní.
Je vidět pouhým okem
Hvězda 55 Cnc je ve skutečnosti dvojhvězdou. Průvodcem je červený trpaslík vzdálený 1060 AU od hvězdy. 55 Cnc A má hmotnost a velikost o něco menší než Slunce, ale vyzařuje jen 60 % záření a je chladnější. Hvězda se nachází 41 světelných let od nás v souhvězdí Raka. Je na hranici viditelnosti pouhým okem.
V roce 2016 přinesl projekt Pale Red Dot (bledě červená tečka) objev exoplanety u Proximy Centauri.
Vloni na něj navázal nový projekt Red Dots. Spektrograf HARPS se podíval opět na Proximu Centauri a přidal také další dva červené trpaslíky: Bardnardova hvězda se nachází necelých 6 světelných let od nás a je to stálice s největším vlastním pohybem. Ross 154 patří mezi další blízké hvězdy. Najdeme ji ve vzdálenosti 9,6 světelných let v souhvězdí Střelce.
Výsledky průzkumu by měly být uveřejněny v nejbližší době (trochu později, než se čekalo).
V neděli 8. července začala kampaň Red Dots #2. Do 30. září bude HARPS s pomocí dalších dalekohledů pozorovat 10., 20. a 21. nejbližší hvězdný systém. Zapojit se mohou i amatérští astronomové. Důležité je měřit jasnosti hvězd kvůli monitorování jejich aktivity, která ruší měření radiálních rychlostí.
Konkrétně jde o hvězdy:
GJ 887 (Lacaille 9352): je desátý nejbližší hvězdný systém od Slunce. Poměrně jasný červený trpaslík (7,3 mag) se nachází v souhvězdí Jižní Ryby ve vzdálenosti 10,7 světelných let od nás. Hvězda má hmotnost a velikost asi poloviny Slunce.
GJ 1061 (LHS 1565): červený trpaslík podobný Proximě Centauri, ale na rozdíl od nejbližší hvězdy od Slunce by měl být méně aktivní, což astronomům usnadní práci. Hvězda se nachází asi 12 světelných let od nás v souhvězdí Hodin. Má hmotnost jen 0,113 Slunce a vyzařuje asi 1 % záření co Slunce.
GJ 54.1 (YZ Ceti): třetí červený trpaslík se nachází s souhvězdí Velryb ve vzdálenosti 12 světelných let. Jedná se o proměnnou hvězdu, u které byly zaznamenány velké erupce. Hmotnost hvězdy je 0,13 Slunce. Okolo hvězdy zřejmě obíhají tři planety o hmotnosti 0,8 až 1,1 Země s periodami 2 až 4,6 dní.
Přibližně na konci června měla TESS začít s vědeckými pozorováními. Zatím se tak ale nestalo.
TESS je na své konečné dráze. Dokonce ušetřila velké množství paliva a řada korekcí dráhy nebyla ani potřeba.
Také kamery fungují dobře a vše je v pořádku. Stále ale probíhá testování a příprava na začátek vědecké části mise. Podle nového update NASAzačnou vědecká pozorování ke konci července.
Jeden sektor bude TESS pozorovat vždy po dobu dvou oběhů okolo Země, což znamená 27,4 dní. Poté se pootočí a pustí se do pozorování dalšího sektoru. Celá severní obloha je rozdělena do 13 sektorů, jižní je na tom stejně.
TESS odstartovala do vesmíru 18. dubna 2018, 17. května pak prolétla okolo Měsíce. Poslední úprava dráhy proběhla 30. května.
Příští rok to bude neuvěřitelných deset let, co se do vesmíru vydal kosmický dalekohled Kepler. V té době ale už lovec exoplanet fungovat nebude.
Keplerovi postupně dochází palivo. Z jeho dat ale budou vědci čerpat ještě řadu let.
Co je to mise K2 a kampaně?
Pro orientaci v kosmickém prostoru potřebuje Kepler alespoň 3 ze 4 setrvačníků. V roce 2013 se porouchal druhý. Skončila tím hlavní mise, kdy Kepler pozoroval nepřetržitě jedno zorné pole. Vědci vymysleli řešení – misi K2. Kepler se nyní opírá o tlak slunečního záření, které nahrazuje jeden z gyroskopů. Směr záření se kvůli oběhu Keplera okolo Slunce mění, takže zhruba jednou za 80 dní se Kepler musí pootočit. Při manévrech také spotřebovává palivo, které postupně dochází.
Během asi 80 dní pozoruje Kepler jednu část oblohy, což se označuje jako kampaň. Ostré pozorování začalo v květnu 2014.
Zorná pole nejsou vybírána náhodně, ale odpovídají orientaci Keplera v kosmickém prostoru s ohledem na směr slunečního záření. Všechna zorná pole se nacházejí okolo ekliptiky.
Zorná pole jednotlivých kampaní. Credit: NASA
Co nyní dělá Kepler?
Od 2. července je Kepler v nouzovém režimu. Tým ho do tohoto stavu uvedl poté, co se objevil menší pokles tlaku v palivové nádrži. V nouzovém režimu samozřejmě neprobíhají žádná vědecká pozorování, ale také se nespotřebovává žádné palivo.
Jak NASA problém vyřeší?
Nijak. Pokles tlaku souvisí s docházejícím palivem.
Proč byl Kepler převeden do nouzového režimu?
NASA chce mít v bezpečí data z 18. pozorovací kampaně. Celkem se jedná o data za 51 dní. Okolo 2. srpna budou dle plánu data odeslána na Zemi, kde je zachytí radioteleskopy sítě DSN. Kepler se bude muset pootočit tak, aby jeho anténa směřovala k Zemi. Po odeslání dat začne 19. kampaň. Jinými slovy: kampaň 18 byla asi o měsíc zkrácena.
Kampaň 19 bude poslední?
Nevíme. Nikdo nedokáže přesně odhadnout množství zbývajícího paliva. NASA ale samozřejmě nemůže ponechat Keplera, jehož roční provoz stojí větší miliony dolarů, bez práce. Proto se už plánuje kampaň 20. Co kdyby…
Jsou cíle Keplera v rámci mise K2 jiné než byly u hlavní mise?
Ano. Zaměřuje se více na planety u červených trpaslíků, což souvisí s omezenou délkou pozorování jedné části oblohy. Jeho úkoly jsou také pestřejší a zahrnují i další obory astronomie. Kepler dokáže měřit jasnost pozorovaných objektů, což nemusí být jen hvězdy, ale třeba také asteroidy.
O čem jsou odborné studie založené na datech z mise K2? 18 % jsou objevy exoplanet, 23 % výzkum exoplanet, 4 % gravitační mikročočky, 6 % astroseismologie, 3 % galaktická archeologie, 6 % bílí trpaslíci, 7 % otevřené hvězdokupy, 4 % zákrytové dvojhvězdy, 5 % výzkum těles sluneční soustavy atd. Credit: NASA
Jak dlouho po konci Keplera budou věci využívat jeho data?
Hodně dlouho, jak ukazují obrázky níže. Dokonce i pět let po konci hlavní mise tato část Keplerovy služby generuje nové a nové vědecké studie.
Rostoucí počet odborných článků založených na datech z hlavní mise (nahoře) a mise K2 (dole). Šipky označují začátek a konec pozorování Keplera. Credit: NASAPočty publikací založených na datech z hlavní mise (modře) a mise K2 (zeleně). Credit: NASA
Kolik paliva mu tak asi zbývá?
Zážehy motorů si nepředstavujme nikterak divoce. Mohli bychom je přirovnat s trochou nadsázky k upouštění ventilů kola. Jak už jsme napsali, nikdo přesně neví, kolik paliva zbývá. Rohodně se nepochybujeme v rámci kilogramů. Přirovnat bychom to mohli spíše k malému kelímku (0,33 l nebo tak nějak). Někde v rámci něj se pohybujeme.
