Planeta małego księcia.

Odkrywanie nowych lądów i kultur.

Rok 1492 – Kolumb odkrywa Indie Zachodnie, rok 1498 – Vasco Da Gama dobija do brzegu Indii, lata 1519 – 1522 – zakończona pierwsza wyprawa dookoła świata zapoczątkowana przez Magellana, rok 1768 – kapitan James Cook anektuje dla korony brytyjskiej Nową Południową Walię, rok 1992 – profesor Aleksander Wolszczan odkrywa pierwsze pozasłoneczne planety. Tak, to niewątpliwie były wielkie wydarzenia w historii cywilizacji. Wydarzenia mające zasadniczy wpływ na to, jak postrzegamy nas samych w otaczającym nas świecie. Już dawno nie jesteśmy centrum wszechświata. Ba! Nigdy nim nie byliśmy! Dawniej za takie stwierdzenie skwierczałbym na stosie niczym boczek na patelni, no ale czasy już nie te i poziom nauki zasadniczo przesunął nasze granice poznania. No właśnie – granice. Z momentem uzyskania świadomości, staliśmy się gatunkiem ludzkim, nieprzerwanie rozszerzającym granice swoich wpływów. Początkowo na naszej rodzimej planecie, wychodząc nielicznymi grupkami z kontynentu afrykańskiego, uzbrojeni w kamienie i drzewce, by później rozprzestrzenić się na całą planetę w liczbie 7 miliardów, dysponując już bombą atomową i iPhonem. Jesteśmy niczym innym, jak tylko zaawansowaną formą pierwotnych bakterii sprzed miliardów lat, wysoce rozwiniętymi nośnikami DNA. W walce o kolejne nisze w środowisku naturalnym, formy życia specjalizowały się coraz bardziej i tylko najlepiej przystosowane miały prawo dalszej egzystencji. Gdzieś pomiędzy setkami tysięcy gatunków walczących o prawo bytu na Ziemi jesteśmy my – ludzie. Z każdym  dniem na Ziemi robi się coraz ciaśniej. Jak by tego było mało, zasoby naturalne kurczą się w zastraszającym tempie. Co dalej? Jaką liczbę ludzi jest w stanie wyżywić i utrzymać Ziemia? Jak długo możemy jako ludzkość bezkarnie eksploatować rodzimą planetę? Nie wiem ale myślę, że koniec jakkolwiek by miął wyglądać, jest już tuż, tuż. Być może jeszcze za życia przeciętnego czytelnika tego artykułu (30 latek?) dokona się jakaś apokalipsa, która mocno przerzedzi ludzkość. Zatem powtarzając za klasykiem – „Jak żyć panie Premierze”? Cóż, jeśli my ludzie nie zaczniemy działać jako jeden gatunek (a nie jetem w stanie jakoś sobie tego wyobrazić, wszak świadomość i wolna wola to wykluczają), to kolorowej przyszłości dla nas nie będzie. Szansą na przetrwanie jest dalsza ekspansja gatunku ludzkiego. Musimy działać niczym wirus lub pasożyt, który pożera swojego żywiciela i tuż przed jego śmiercią, zmienia go na nowego. Inaczej chyba nie potrafimy. No więc kogo pożremy następnego? Najbliższym i najlepiej dotychczas zbadanym kandydatem wydaje się być planeta Mars. Ta cudowna planeta, wraz z jej nieprzebranymi bogactwami naturalnymi, nieskażoną wodą i milionami hektarów dzikich lasów pełnych zwierza… Tiaaaa, być może gdzieś takowa jeszcze istnieje w przestrzeni kosmicznej, ale biada jej jeśli tylko stanie tam ludzka stopa.

Do roku 1992 wielu uczonych ludzi w piśmie i gwiazdach było przekonanych, że nasz Układ Słoneczny jest najprawdopodobniej jedyny w całym wszechświecie. Wszystkie migoczące na nieboskłonie gwiazdy, to jedynie samotne i odległe kule ognia bez niczego, co mogło by przypominać planetę, nawet taką zupełnie nie przyjazną jakiejkolwiek znanej nam formie życia. Aż przyszedł rok 1992, kiedy profesor Aleksander Wolszczan wycelował radioteleskop znajdujący się w Obserwatorium Arecibo, na odległy pulsar PSR 1257+12. Dane jakie zostały uzyskane wskazywały, że obiekty powodujące zakłócenia w idealnych sekwencjach sygnału radiowego, najprawdopodobniej są planetami! Pomimo, iż już w XIX wieku astronomowie donosili o prawdopodobnych odkryciach pozasłonecznych planet, to dopiero badania Wolszczana po raz pierwszy potwierdziły istnienie innych układów planetarnych. Po tym odkryciu otworzył się róg obfitości planetarnej i odkrycia obcych światów posypały się hurtowo. W chwili pisania tego artykułu istnieją 1854 potwierdzone planety pozasłoneczne. Istnieje kilka technik, które stosuje się do odkrywania egzoplanet. Pokrótce opisze kilka najpopularniejszych.

Tranzyt

Planet_transit_image

Tranzyt planety przed gwiazdą.

To metoda, dzięki której odkryto największą dotychczas ilość egzoplanet. Jest to możliwe przede wszystkim, dzięki dedykowanemu w tym celu teleskopowi Keplera. Metoda polega na obserwacji jasności wybranej gwiazdy. W chwili, gdy gwiazda obniża swoją jasność, najprawdopodobniej jest to moment, w którym planeta przechodzi przed tarczą gwiazdy, częściowo ją zasłaniając (w podobny sposób będzie obserwowany Pluton w czasie misji New Horizons w celu wykrycia i analizy ewentualnej atmosfery). Dzięki tej metodzie, można określić średnicę planety. Dużym ograniczeniem dla tej metody, jest możliwość zastosowania jej tylko do układów planetarnych leżących w jednej linii gwiazda – obserwator, czyli niejako równolegle do nas. Pomiędzy obserwatorem a gwiazdą musi znajdować się orbita planety. Istnieje też podobna metoda odwróconego tranzytu czyli moment, kiedy planeta przechodzi za gwiazdą a dokładnie moment kiedy gwiazda częściowo zasłania planetę. W ten sposób można obliczyć temperaturę powierzchni planety a nawet przeanalizować jej atmosferę, jeśli takową posiada. Metoda tranzytu, jest obecnie jedną z najpopularniejszych metod stosowanych w celu detekcji egzoplanet pomimo dużego marginesu błędu, który wynosi 40% dla danych uzyskanych z teleskopu Keppler’a. Z tego powodu, często niezbędne jest potwierdzenie prawdopodobnej detekcji inną metodą. Dane pochodzące z teleskopu Keplera, są dostępne między innymi pod adresem http://www.planethunters.org/, gdzie masz szansę odkryć swoją własną planetę! Projekt polega na analizie wykresów (tranzytów planet) z tysięcy gwiazd. Strona www jest prosta i intuicyjna w obsłudze. Dużym ułatwieniem jest blog opisujący możliwe warianty tranzytów.

Prędkości radialne (efekt Doppler’a)

Światło emitowane z gwiazdy wykazuje naprzemiennie przesunięcie ku czerwieni oraz fioletowi.

Metoda bazująca na efekcie Doppler’a. Jak wiemy, wszystko co posiada masę oddziałuje z innymi masywnymi obiektami. Nie inaczej jest w przypadku zestawu gwiazda – planeta. Pomimo iż planety posiadają jedynie ułamek masy macierzystej gwiazdy, to są wstanie oddziaływać grawitacyjnie na swoją gwiazdę. Im masywniejsza planeta, tym większy wpływ na gwiazdę. Układ gwiazda – planeta krąży wokół wspólnego środka masy całego układu. Dzięki dokładnym teleskopom takim jak HARPS (High Accuracy Radial Velocity Planet Searcher), jesteśmy w stanie wykryć względnie powolne ruchy (prędkości radialne) obserwowanych gwiazd. Stosując spektrometryczną analizę widma światła, możemy określić, kiedy gwiazda zbliża się do obserwatora oraz kiedy oddala co spowodowane jest krążeniem wokół środka masy układu. W czasie kiedy gwiazda zbliża się do obserwatora, widmo światła wykazuje przesunięcie ku fioletowi, natomiast w czasie kiedy gwiazda oddala się od obserwatora, widmo charakteryzuje się przesunięciem ku czerwieni. Metoda ta najlepiej sprawdza się dla gwiazd znajdujących się w odległości do 160 lat świetlnych, albowiem ograniczeniem jest jakość sygnału docierająca do obecnych teleskopów. Najlepsze efekty metoda przynosi dla niewielkich gwiazd, które znacznie silniej oddziaływają z ich planetami. Podobnie jak w metodzie tranzytu, tutaj najlepszą konfiguracją odległego układu jest równoległe położenie orbit planet do linii obserwator – gwiazda. Im większy kąt pomiędzy linią obserwator – gwiazda a orbitą planety, tym trudniej zaobserwować ruch gwiazdy wokół barycentrum. Zaletą tej metody jest możliwość dokładnego obliczenia orbity rotującej planety, natomiast minusem jest niemożność dokładnego oszacowania masy planety. Można jedynie ustalić jej minimalną masę. Najlepsze wyniki daje połączanie tej metody z metodą tranzytu. Pozwala to na dokładne oszacowanie masy planety.

Astrometria

Gwiazda porusza sie wokół barycentrum.

To metoda podobna do metody prędkości radialnych. Tu również obserwujemy położenie gwiazdy i jej ruch spowodowany grawitacyjnymi wpływami krążącej wokół planety. Różnica polega na technice obserwacji. W astrometrii nie wykorzystuje się efektu Dopplera, ale porównuje położenie obserwowanej gwiazdy względem innych gwiazd. Technika ta była stosowana już w XVIII wieku i jest uznawana za najstarszą. Niestety zmiany w położeniu gwiazd są tak znikome, że nawet najlepsze naziemne teleskopy mają kłopot z zaobserwowaniem zmiany położenia odległych gwiazd. Problem jest dodatkowo potęgowany przez zniekształcenia powodowane przez ziemską atmosferę. Dzięki tej metodzie wykryto wiele układów podwójnych. W przypadku poszukiwania planet, najlepsze wyniki dają duże planety. Ciała niebieskie wielkości Ziemi zbyt słabo oddziaływają, aby mogły zostać wykryte przez najnowsze urządzenia w tym przez obserwatorium Gaia.

Obserwacja pulsarów (Pulsar timing)

W tym przypadku obserwujemy pulsary, czyli bardzo gęste neutronowe gwiazdy. Charakteryzują się one bardzo szybkim wirowaniem wokół własnej osi oraz emisją sygnału radiowego w bardzo dokładnych odstępach czasu. Jeżeli wokół takiej gwiazdy krąży planeta, to oczywiście oddziałuje grawitacyjnie na gwiazdę, tak jak to opisywałem w poprzednich przykładach. Pulsar krążąc wokół barycentrum, oddala się i przybliża do obserwatora, tym samym powodując zmianę częstotliwości odbioru sygnału przez obserwatora. Jest to bardzo precyzyjna metoda pozwalająca dokładnie obliczyć parametry orbity planety. Ponadto daje możliwość wykrycia planet znacznie mniejszych od Ziemi. Niestety układy planetarne z pulsarem jako gwiazdą macierzystą, nie nadają się do podtrzymania życia w formie jaką znamy, co więcej, są gwiazdami bardzo rzadko spotykanymi. Dzięki tej metodzie w 1992 roku profesor Aleksander Wolszczan odkrył pierwszą planetę pozasłoneczną.

Czas detekcji dla metod badających ruch gwiazd macierzystych, uzależniony jest od czasu obiegu planety wokół gwiazdy. Jeżeli egzoplaneta porusza się po ciasnej orbicie, czas obiegu może trwać od kilku godzin (Kepler-429b) do kilku tysięcy dni (Kepler-407c). Im planeta znajduje się dalej, tym więcej czasu zajmuje gwieździe obieg wokół barycentrum układu. Niektóre egzoplanety obiegają swoje gwiazdy w kilkanaście godzin, więc dość szybko można wykryć zmianę położenia takowej gwiazdy i szybko potwierdzić obecność ewentualnej planety kolejną obserwacją.

Bezpośrednia obserwacja (obrazowanie)

ESO

Zdjęcie planet w pobliżu gwiazdy Beta Pictoris.

To jedna z najrzadziej używanych metod. Polega na bezpośredniej obserwacji planety. Jak wiadomo, planety są jedynie ułamkiem wielkości swojej macierzystej gwiazdy. Co więcej, jeżeli krążą względnie blisko gwiazdy to giną w jej blasku. Wymagane jest, aby planeta krążyła na tyle daleko od gwiazdy, aby mogła zostać zaobserwowana bezpośrednio. Ponadto ciało niebieskie krążące wokół gwiazdy, musi być relatywnie duże aby odbić wystarczającą ilość światła słonecznego. Aby zwiększyć skuteczność tej metody, obserwacje prowadzone są w bliskiej podczerwieni, ponieważ gorąca planeta emituje znacznie więcej promieniowania podczerwonego aniżeli odbija światło gwiazdy. Dla ułatwienia, stosuje się koronografy, które blokują światło gwiazdy. Dodatkowym wymogiem jest odpowiednie położenie układu planetarnego względem obserwatora.

Mikrosoczewkowanie grawitacyjne

soczewkowanie

Przejście gwiazdy przez linie obserwator – gwiazda docelowa.

To dość nietypowa metoda. Szukamy układu obserwator – soczewka (gwiazda) – gwiazda docelowa. Układ taki musi znajdować się idealnie na jednej linii i trwa krótko. Jak taki odnaleźć w przepastnym kosmosie? Cóż, trzeba obserwować tysiące gwiazd jednocześnie! Prędzej czy później gdzieś taki układ wystąpi. Z pomocą tu przychodzi polski projekt OGLE. Obraz gwiazdy docelowej, jest wzmacniany przez odpowiednio masywną gwiazdę znajdującą (przechodzącą) się pomiędzy obserwatorem a gwiazdą docelową. Jeżeli przechodząca gwiazda (soczewka) posiada planetę, to jest duże prawdopodobieństwo, że zostanie ona zauważona w chwili przejścia. Spowodowane to zostanie przez grawitacje planety, która zaburza soczewkowanie (obraz gwiazdy znajdującej się dalej). Dużą zaletą tej metody detekcji, jest możliwość odkrycia planet krążących wokół gwiazd odległych o tysiące lat świetlnych na co nie pozwalają inne metody, natomiast wadą jest niemożność powtórzenia obserwacji.

Co dalej?

PIA19058-SaturnMoon-Enceladus-PossibleHydrothermalActivity-ArtistConcept-20150311

Lodowe wulkany na Enceladusie.

Istnieje jeszcze kilka innych metod detekcji egzoplanet, niemniej jednak nie są one stosowane na tak wielką skalę jak opisane powyżej. Są to między innymi polarymetria,obserwacje zaćmień układów podwójnych lub pomiary nieregularności zmian blasku gwiazd zmiennych. No więc co jeśli odkryjemy swoja planetę? Ruszamy palić i rabować? Czemu nie! Oczywiście pod warunkiem, że jest co rabować. Większość wykrywanych obecnie egzoplanet to planety znacznie większe od Ziemi. Co więcej, poruszają się po dość ciasnych orbitach blisko gwiazd macierzystych a więc są bardzo gorące. I tu dochodzimy do typów najczęściej odkrywanych egzoplanet. Zacznijmy od gazowych olbrzymów czyli gorących jowiszy. To egzoplanety o wielkości porównywalnej z Jowiszem i krążące po ciasnych orbitach wokół swych gwiazd macierzystych. Nierzadko są to orbity mniejsze od orbity naszego rodzimego Merkurego! Taka bliskość gwiazdy powoduje nagrzewanie się planety do bardzo wysokich temperatur, co z kolei powoduje odparowywanie atmosfery. Kolejnym typem egzoplanety jest gorący neptun. To planety zbliżone rozmiarem i masą do naszego Neptuna, które również poruszają się po ciasnych orbitach. Od gorących jowiszy różnią się składem i masą. Głównymi składnikami są zamarznięte amoniak, metan czy woda. Górne warstwy atmosfery zazwyczaj składają się z wodoru i helu. Bardziej pożądanym typem egzoplanety jest superziemia. Nazwa nie oznacza egzoplanety wyglądającej identycznie jak nasza Ziemia z oceanami, górami i bujnymi lasami. Dotyczy jedynie składu ciała niebieskiego oraz jego rozmiaru. To typ skalisty z masą od 1 do 10 mas Ziemi. Jak więc widzicie, odkrycie ciała niebieskiego krążącego wokół gwiazdy wcale nie oznacza jednoznacznie odkrycia planety podobnej do naszej. Ponadto musi się ona znajdować w tak zwanej ekosferze, czyli odpowiedniej odległości od gwiazdy.

Rozmiar ekosfery uzależniony jest od wielkości macierzystej gwiazdy.

Ekosfera, to strefa wokół gwiazdy macierzystej, gdzie panują warunki pozwalające występować wodzie w stanie ciekłym. Zbyt ciasna orbita planety spowoduje parowanie wody i atmosfery, natomiast zbyt odległa spowoduje zamarzanie wody. Nasz drugi dom musi być jak najbardziej zbliżony budową, masą i (jeśli istnieje) ekosystemem do naszego rodzimego. Zapewne wielu z was oglądało hoolywoodzką produkcję „Wojna światów„. Przybysze z kosmosu doskonale sobie radzili z eksterminacją ludzi, tymczasem my nie mieliśmy sposobu by się obronić przed najeźdźcami. Dopiero po kilku dniach od rozpoczęcia inwazji, kosmitów zaczęła nękać jakaś przypadłość, która powodowała ich tajemnicze zgony. Wkrótce okazało się, że ziemskie bakterie i wirusy zaatakowały nieodporne na nie, gluto-plazmatyczne obce formy życia. Nie inaczej może się okazać w naszym przypadku gdy staniemy na obcym lądzie. Czy o czymś jeszcze należy pamiętać? Wskazany jest księżyc krążący wokół wymarzonej egzoplanety. W naszym Układzie Słonecznym tylko Merkury i Wenus nie posiadają księżyców, za to Jowisz posiada 67 dotychczas odkrytych księżyców. Badania wskazują, ze odpowiednio duży księżyc stabilizuje ruch wirowy planety, przekładając się tym samym na stabilne warunki panujące na planecie. Na obecna chwilę nie dysponujemy technologia pozwalającą wykrywać księżyce egzoplanet. No dobrze, przypuśćmy więc, że już znaleźliśmy odpowiednią planetę. Nasza ZIemia-2 ma odpowiedni rozmiar, budowę, magnetosferę, atmosferę, są tam bujne lasy pełne zwierza, błękitne oceany, po orbicie krąży księżyc lub dwa a słonko miło praży. Czy możemy już ruszać na podbój? Oczywiście, jeśli tylko znajdziemy sposób na szybkie i bezpieczne pokonywanie kosmicznych odległości. Póki co, nic nie wskazuje na jego wynalezienie. Nawet jeśli już znajdziemy na tyle rozsądny sposób podróży aby zaryzykować, być może będzie to podróż z biletem w jedną stronę bez względu na to co zastaniemy na miejscu.  Zanim rozgościmy się w obcych układach planetarnych, warto spojrzeć na to co mamy pod nosem. Mam tu na myśli wspomnianego wcześniej Marsa. Być może kiedyś opływał w duże ilości wody ale na obecną chwilę jest zimną, suchą pustynią. Od lat spekuluje się na temat ewentualnej załogowej misji na czerwoną planetę. Z pewnością nie jest to raj dla rodzaju ludzkiego ale może być potraktowany jako poligon doświadczalny przed dalszą ekspansją w odległej przyszłości.

Dwie prawdopodobne wersje budowy Europy.

Inne ewentualne miejsca gdzie może występować życie w jakieś ekstremalnej formie to księżyce. Być może pod lodową powierzchnią Enceladusa lub Europy kryje się jakaś forma życia? Nawet jeśli, to my jako ludzkość drugiej Japonii tam nie zbudujemy, natomiast będzie to oznaczać, że życie we wszechświecie jest czymś powszechnym! Aby człowiek mógł myśleć o skolonizowaniu księżyca na odległej egzoplanecie, musiałby on spełniać podobne wymogi do tych, jakie stawiamy drugiej Ziemi. Cóż, czas odkrywania nowych, pozasłonecznych światów dopiero nastał, więc kto wie czego możemy się tam spodziewać. Wszystko co wiemy o otaczającym nas wszechświecie i nas samych, wiemy na podstawie badań naszego najbliższego podwórka. Szacuje się, że nasza galaktyka posiada od 100 do 400 miliardów gwiazd. Jeżeli choćby co czwarta gwiazda posiadała swój własny układ planetarny z co najmniej czterema planetami, to mamy od 100 do 400 miliardów planet tylko w naszej galaktyce! Kto wie co tam się kryje. Szkoda było by nie spróbować odwiedzić choćby ułamka z tej liczby.

Od początku lat dziewięćdziesiątych, kiedy profesor. Wolszczan odkrył pierwsze planety, projektuje się coraz precyzyjniejsze instrumenty dedykowane wykrywaniu planet. Pamiętać należy, że jedyna informacja jaka do nas dociera i na podstawie której możemy badać odległe światy to promieniowanie elektromagnetyczne. Zatem teleskopy wszelakiego przeznaczenia. Nas w tym przypadku interesują narzędzia zdolne wykryć odległe planety. Najbardziej znanym teleskopem zaprojektowanym w tym celu jest teleskop Kepler’a. Począwszy od 2009 roku, przeszukuje rejony naszej galaktyki w poszukiwaniu egzoplanet metodą tranzytu. Jednocześnie obserwuje 100 tysięcy gwiazd. Dotychczas wykrył 1029 planet, 4661 potencjalnych kandydatów na planety oraz 2165 układów podwójnych. Śmiało można powiedzieć, że robi to hurtowo. Kolejnym ważnym narzędziem chociaż nie dedykowanym stricte detekcji egzoplanet, jest teleskop Spitzer’a. Obserwuje on wybrane rejony kosmosu w paśmie podczerwonym. Pozasłoneczne planety, zwłaszcza te krążące blisko macierzystych planet emitują duże ilości promieniowania podczerwonego. Dzięki Spitzer’owi, można je stosunkowo łatwo wykryć. Na koniec wspomne jeszcze o Large Binocular Telescope Interferometer (LBTI) oraz HARPS.

Exoplanet_Discovery_Methods_BarZatem dlaczego zajmujemy się poszukiwaniem planet, skoro nic nie wskazuje, że w bliższym lub dalszym czasie do nich dotrzemy? Dlaczego jest tak wiele dziedzin nauki na które łożymy ogromne fundusze, pomimo iż są tak egzotyczne? Dziś wizja zasiedlenia innych planet nie jest już tak szalona jak jeszcze kilkadziesiąt lat temu. Z czasem pojawiają się nowe technologie i wiedza. Połączenie ich daje nowe, nieznane wcześniej możliwości. Już starożytni grecy wpatrywali się w gwiazdy i fantazjowali czym mogą one być i skąd się biorą. Zapewne wielu ówczesnych ludzi zadawało filozofom przyrody te same pytania o sens tego co robią. Ale to dzięki antycznej wiedzy, jesteśmy dziś wstanie wysyłać sondy w najdalsze zakątki Układu Słonecznego. Uważam, że to się naprawdę opłaca. Jeżeli nie my, to być może nasze wnuki lub pra x10*20 wnuki wyruszą w kierunku obcych światów a będzie to możliwe dzięki nauce, która nieprzerwanie od antyku święci swoje sukcesy.

Zainteresowanych programami poszukiwania egzoplanet odsyłam na między innymi:

Na koniec proszę o pozostawienie komentarza z waszymi przemyśleniami lub krytycznymi uwagami, ewentualnie choćby oceny artykułu.

Reklamy

Skomentuj

Wprowadź swoje dane lub kliknij jedną z tych ikon, aby się zalogować:

Logo WordPress.com

Komentujesz korzystając z konta WordPress.com. Wyloguj / Zmień )

Zdjęcie z Twittera

Komentujesz korzystając z konta Twitter. Wyloguj / Zmień )

Zdjęcie na Facebooku

Komentujesz korzystając z konta Facebook. Wyloguj / Zmień )

Zdjęcie na Google+

Komentujesz korzystając z konta Google+. Wyloguj / Zmień )

Connecting to %s