| |||
|
Týdeník věnovaný aktualitám a novinkám z fyziky a astronomie. | |||
|
TESS – nový lovec planet
Leonard Mentzl
Dlouho jsme o planetách mimo Sluneční soustavu nevěděli vůbec nic, ani jestli existují. Teprve až v roce 1992 byla potvrzena první exoplanetaExoplaneta – extrasolární planeta, planeta obíhající okolo jiné hvězdy, než je naše Slunce. Jejich existence byla předpovězena dlouhou dobu, první exoplaneta u pulzaru byla detekována v roce 1992, první exoplaneta u hvězdy hlavní posloupnosti byla objevena až v roce 1995 u hvězdy 51 Pegasi. Její objevitelé – Michel Mayor a Didier Queloz – získali v roce 2019 Nobelovu cenu. Do roku 2019 bylo nalezeno přibližně 4 000 exoplanet. Většinou jde o velká tělesa s hmotností a velikostí jen o málo menší, než mají hnědí trpaslíci., v roce 1995 jsme objevili první exoplanetu obíhající kolem hvězdy hlavní posloupnostiHlavní posloupnost – skupina hvězd táhnoucí se diagonálně v HR diagramu. Hvězdy hlavní posloupnosti svítí energií vzniklou fúzí vodíku, mezi tyto hvězdy patří i Slunce. Nejvíce jsou zastoupeny chladné, málo svítivé hvězdy. Jde o první stádium hvězdného vývoje.. Z počátku objevy naznačovaly, že nejčastějším typem planet jsou tzv. horké jupiteryHorké jupitery – exoplanety s hmotností srovnatelnou nebo větší, než má planeta Jupiter, ale podstatně menší vzdáleností od mateřské hvězdy (přibližně 0,015 až 0,5 au)., jejichž dráha má navíc velkou excentricitu. Dnes už ale známe planet několik tisíc a víme, že to byl pouze výběrový efekt. Víme, že planety jsou ve vesmíru poměrně časté. Ukazuje se, že menších planet je více než obřích. A jaká překvapení ještě exoplanety skrývají?
Nový lovec planet TESS americké NASA. Dobře patrná je čtveřice
dalekohledů.
Zdroj: NASA.
|
TESS – Transit Exoplanet Survey Satellite, družice zaměřená na výzkum a hledání tranzitujících exoplanet. Startovala 18. 4. 2018 z kosmodromu Cape Canaveral a byla navedena na protáhlou geocentrickou dráhu s perigeem 108 000 km a apogeem 375 000 km. Součástí přístrojového vybavení jsou především čtyři širokoúhlé dalekohledy opatřené CCD detektory. Planeta – nebeské těleso, které: 1) obíhá okolo Slunce. 2) má dostatečnou hmotnost, aby jeho gravitace překonala vnitřní síly pevného tělesa (dosáhne kulového tvaru odpovídajícího hydrostatické rovnováze). 3) vyčistí okolí své dráhy od drobnějších těles. Planetami jsou Merkur, Venuše, Země, Mars, Jupiter, Saturn, Uran a Neptun. V poslední době se název planeta vžil i pro exoplanety obíhající kolem jiných hvězd, než je naše Slunce. Exoplaneta – extrasolární planeta, planeta obíhající okolo jiné hvězdy, než je naše Slunce. Jejich existence byla předpovězena dlouhou dobu, první exoplaneta u pulzaru byla detekována v roce 1992, první exoplaneta u hvězdy hlavní posloupnosti byla objevena až v roce 1995 u hvězdy 51 Pegasi. Její objevitelé – Michel Mayor a Didier Queloz – získali v roce 2019 Nobelovu cenu. Do roku 2019 bylo nalezeno přibližně 4 000 exoplanet. Většinou jde o velká tělesa s hmotností a velikostí jen o málo menší, než mají hnědí trpaslíci. Rozdělení exoplanet – podle velikosti rozdělujeme exoplanety na země (do 1,25 RZ), superzemě (1,25÷2 RZ), neptuny (2÷6 RZ) a jupitery (nad 6 RZ). Vzhledem k tomu, že nejde o jména konkrétních těles, píšeme tyto názvy s malým počátečním písmenem (podobně jako naše Slunce a cizí slunce). |
Nový lovec exoplanet
Družice TESSTESS – Transit Exoplanet Survey Satellite, družice zaměřená na výzkum a hledání tranzitujících exoplanet. Startovala 18. 4. 2018 z kosmodromu Cape Canaveral a byla navedena na protáhlou geocentrickou dráhu s perigeem 108 000 km a apogeem 375 000 km. Součástí přístrojového vybavení jsou především čtyři širokoúhlé dalekohledy opatřené CCD detektory. (Transit Exoplanet Survey Satellite) začala před několika dny hledat dosud neznámé exoplanety. Podobně jako sonda KeplerKepler – sonda NASA z roku 2009 určená především pro vyhledávání exoplanet. Na palubě má Schmidtův dalekohled o průměru 1,5 metru a fotometr složený z 42 CCD čipů. Pozoruje fixní výsek oblohy v souhvězdí Labutě o průměru 12°. V roce 2012 byla mise prodloužena do roku 2016. V roce 2013 nastala porucha na mechanické části, kvůli které byla činnost dalekohledu dočasně pozastavena. Oprava se ukázala nemožná, proto došlo k výrazné modifikaci pozorovacích programů a mise s jinými než původně plánovanými objekty pokračuje dál., TESS objevuje planety pomocí tzv. tranzitníTranzit – přechod nebeského tělesa přes jiné těleso. Příkladem může být situace, kdy z místa pozorovatele přechází (většinou opakovaně) exoplaneta přes mateřskou hvězdu. Klíčovými parametry tranzitu jsou: počátek tranzitu (vstup), střed tranzitu, konec tranzitu (výstup) a hloubka tranzitu neboli pokles magnitudy pozorovaného tělesa způsobený přechodem. metody. Tranzitní metoda spočívá v tom, že planeta jednou za čas zastíní svou hvězdu, čímž se sníží její jas. Když k zákrytu dochází periodicky, lze usoudit, že se jedná o exoplanetuExoplaneta – extrasolární planeta, planeta obíhající okolo jiné hvězdy, než je naše Slunce. Jejich existence byla předpovězena dlouhou dobu, první exoplaneta u pulzaru byla detekována v roce 1992, první exoplaneta u hvězdy hlavní posloupnosti byla objevena až v roce 1995 u hvězdy 51 Pegasi. Její objevitelé – Michel Mayor a Didier Queloz – získali v roce 2019 Nobelovu cenu. Do roku 2019 bylo nalezeno přibližně 4 000 exoplanet. Většinou jde o velká tělesa s hmotností a velikostí jen o málo menší, než mají hnědí trpaslíci.. Podle tvaru křivky jasu lze určit parametry dráhy, jako třeba oběžnou dobu, vzdálenost od hvězdy a velikost.
První snímek z družice TESS. Zdroj: NASA/MIT/TESS.
Sonda Kepler byla velice úspěšná. Potvrzeno bylo už 2 650 objevů, což je 70 % všech známých exoplanetExoplaneta – extrasolární planeta, planeta obíhající okolo jiné hvězdy, než je naše Slunce. Jejich existence byla předpovězena dlouhou dobu, první exoplaneta u pulzaru byla detekována v roce 1992, první exoplaneta u hvězdy hlavní posloupnosti byla objevena až v roce 1995 u hvězdy 51 Pegasi. Její objevitelé – Michel Mayor a Didier Queloz – získali v roce 2019 Nobelovu cenu. Do roku 2019 bylo nalezeno přibližně 4 000 exoplanet. Většinou jde o velká tělesa s hmotností a velikostí jen o málo menší, než mají hnědí trpaslíci.. Už víme, že tzv. horké jupiteryHorké jupitery – exoplanety s hmotností srovnatelnou nebo větší, než má planeta Jupiter, ale podstatně menší vzdáleností od mateřské hvězdy (přibližně 0,015 až 0,5 au). jsou spíše výjimkou. Planety nyní dělíme podle velikosti na země (do 1,25 RZ), superzemě (1,25÷2 RZ), neptuny (2÷6 RZ) a jupitery (nad 6 RZ). Ukázalo se, že neptuny a superzemě jsou mnohem častější než jupitery, dokonce i země jsou poměrně časté. Z objevů stojí za zmínku planeta Kepler-37b, která je menší než Merkur, a planeta Kepler-64b, která obíhá ve čtyřnásobném hvězdném systému. Zatím bylo potvrzeno 30 planet velikosti Země, které leží v obyvatelném pásuObyvatelná zóna – oblast vzdálenosti od mateřské hvězdy, ve které se může nacházet život. Planety se musí nacházet ve správné vzdálenosti od mateřské hvězdy – nesmí být příliš horké ani příliš studené. Tyto podmínky závisí především na velikosti a teplotě hvězdy; rozmezí vhodně klesajících teplot se vzrůstající vzdáleností pak vymezuje obyvatelnou zónu v okolí hvězdy. (počty se různí v závislosti na definici obyvatelného pásu).
Zatímco Kepler se soustředil na úzký výřez oblohy, TESS postupně prochází celou nebeskou sféru. Hvězdy, které pozoroval Kepler, byly vzdálené několik tisíc světelných rokůSvětelný rok – ly (light year), vzdálenost, kterou světlo ve vakuu urazí za jeden rok, ly = 9,46×1012 km. Menšími jednotkami jsou: světelný den, světelná hodina, světelná minuta a světelná sekunda. Větší jednotkou je 1000 ly, což označujeme zkratkou kly. Tyto jednotky se velmi často používají v populárních textech. V odborných textech se spíše využívají parseky.. TESS bude sledovat 200 000 hvězd poblíž SlunceSlunce – nám nejbližší hvězda, tzv. hvězda hlavní posloupnosti, která se nachází ve vzdálenosti 149,6×106 km od Země. Jde o žhavou plazmatickou kouli s průměrem 1,392×106 km, teplotou na povrchu 5 780 K, teplotou v centru přibližně 15×106 K a zářivým výkonem 3,846×1026 W. Zdrojem energie je jaderná syntéza, při které se za každou sekundu sloučí v jádru Slunce 700 milionů tun vodíku na hélium.. Tranzitní metoda má jednu velkou nevýhodu. Rovina oběhu planety musí mít správnou orientaci, jinak je přechod nepozorovatelný. U planet, které mají kratší orbitu, je pravděpodobnější, že k přechodu dojde, což vede k výběrovému efektu: velká část známých planet obíhá rychleji než Merkur. Proto se sonda TESS zaměřuje hlavně na červené trpaslíkyČervený trpaslík – málo hmotná hvězda hlavní posloupnosti. Má spektrální třídu K, nebo M. Tomu odpovídá povrchová teplota 2 400 až 5 000 kelvinů s maximem vyzařování v červené oblasti (odsud pochází název těchto hvězd). V nitru probíhá, obdobně jako v našem Slunci, slučování vodíku na helium., jejichž nízká teplota kompenzuje vliv blízkosti planet.
Přístrojové vybavení
Družice má čtyři čočkové dalekohledy připevněné na jedné desce. Každý má zorné pole 24°×24°, sedm čoček a rozlišení 16,8 megapixelů. Tato zorná pole jsou umístěna nad sebou, čímž tvoří zorné pole podobné štěrbině v hvězdárenské kopuli. Jedna pozorovací kampaň trvá 27 dní. Po každé kampani se štěrbina pootočí a po třinácti kampaních se družice přeorientuje na opačnou polokouli. Po dvou letech se nasnímkuje 90 % oblohy. V každém sektoru sleduje TESS kolem 15 000 hvězd, jejichž jasnosti jsou měřeny každé dvě minuty. Kromě toho každých 30 minut vyprodukuje snímek celého sektoru.
Jednotlivá pole, která bude TESS postupně sledovat. Zdroj: NASA.
Překryvy jednotlivých kampaní v průběhu dvou let. Grafika ukazuje,
jak dlouho bude která část oblohy sledována. Zdroj: NASA.
Družice TESS byla vynesena na oběžnou dráhu 18. dubna nosnou raketou Falcon 9 společnosti SpaceXSpaceX – Space Exploration Technologies Corporation, soukromá technologická společnost působící v aerokosmickém průmyslu. Byla založena Elonem Muskem v roce 2002, z peněz za prodej jeho podílu v systému PayPal. V současné době provozuje rakety Falcon 9 a Falcon Heavy. Raketa Falcon 9 se v dubnu 2020 stala raketou s nejvyšším počtem startů v aktivní službě (84 startů). Na tomto postu vystřídala raketu Atlas V (83 startů). SpaceX také provozovala kosmickou loď Dragon, která v rámci první fáze programu CRS (Commercial Resupply Services (CRS) dovážela zásoby k ISS. Celkem došlo k 20 misím, ze kterých 19 bylo úspěšných. Vylepšená verze této lodi Dragon 2 bude dopravovat nejen zásoby (druhá fáze programu CRS), ale i astronauty na ISS v rámci programu Commercial Crew Program. K prvnímu letu s lidskou posádkou by mělo dojít 27. května 2020. V rámci programu Artemis, bude zásobovací loď Dragon XL dopravovat zásoby k lunární stanici Gateway. V současné době SpaceX pracuje na svém ambiciózním projektu s názvem Starship, který, pokud bude úspěšný, se stane prvním zcela znovu použitelným raketovým nosičem, jehož upravený první stupeň (také pojmenovaný Starship) v rámci programu Human Landing System bude pravděpodobným přistávacím modulem pro program Artemis.. Družice TESS obíhala nějakou dobu kolem Země po eliptické dráze, která se s každým oběhu protáhla. Ve chvíli, kdy se družice dostala do gravitační sféry Měsíce, uplatnil se efekt gravitačního prakuGravitační manévr – gravitační asistence, gravitační prak, gravitační brzda: změna vektoru rychlosti tělesa ve vesmíru při blízkém průletu kolem výrazně hmotnějšího tělesa. Nejčastěji je tento manévr využíván ke zrychlení, zbrzdění nebo odklonění kosmických sond pohybujících se po heliocentrických drahách pomocí průletu lokálním gravitačním polem planet nebo měsíců., sondu urychlil a sklonil rovinu oběžné dráhy o 40°. Jeden oběh trvá 13,7 dne. Po šedesáti dnech od startu se družice dostala na finální dráhu a bylo spuštěno testování optiky. Testy dopadly dobře, hlavní program může začít.
Schéma vynesení družice TESS na oběžnou dráhu. Zdroj: NASA, Ricker et al. 2015.
Družice TESS nebude sloužit jen k objevování nových planet, bude pozorovat i jiné astronomické jevy. Předpokládá se, že pro vědce z jiných organizací by mohla TESS pozorovat nejméně 20 000 dalších cílů. Mezi tyto cíle mohou patřit různé netypické hvězdy, hvězdokupy, galaxie, supernovy, gravitační čočky, aktivní galaktická jádra, ale i planety ve Sluneční soustavě, planetky a komety.
Díky sondě Kepler víme, že země a superzemě jsou ve vesmíru časté. Nyní se zaměříme na blízké exoplanety. Pro navazující výzkum bude tedy mnohem jednodušší planety charakterizovat, takže budeme přesněji znát jejich hmotnost, složení atmosféry a třeba i jednou vědět, jak vlastně vypadají a co se na nich nachází.
Družice TESS – vybavení, navedení na dráhu a principy činnosti.
Zdroj: NASA GSFC.
Odkazy
