Jedna od tema o kojoj nikad nisam pisao jesu vansolarne planete. Neću ni sad. Ali ima jedna interesantna stvar u vezi s njima koja mi je privukla pažnju. Zapravo, zainteresovala me je ideja koja me podseća na neki SF projekat. Zaključi i sam:
'Exo-S', misija koja će omogućiti direktno gledanje vansolarnih planeta.
Potraga i izučavanje ekstrasolarnih planeta u potrazi za Zemljom 2.0 biće svakako jedan od naučnih prioriteta u nastupajućim decenijama. Ali kako to izvesti? Jedna od mogućnosti je upotreba velikog kosmičkog 'suncobrana' kadrog da blokira blještavilo zvezda i omogući nam da direktno vidimo planete koje se okreću oko svojih sunaca. Naučna fantastika? Ne, radi se o tzv. 'starshade' projektu.
Ogroman broj vansolarnih planeta otkriveno je do sada nekom od indirektnih metoda (tranzitom, radijalnom brzinom ili gravitacionim mikrosočivima) koje ne dozvoljavaju da 'vidimo' te svetove kao svetle tačke. Ali da bi znali da li je planeta zemljolika, moramo da budemo sposobni da sprovedemo spektroskopsku analizu njihove atmosfere u potrazi za prisustvom biomarkera koji bi indicirali da je pogodna za život kakav mi znamo. Međutim, analiziranje karakteristika kamenitih svetova lociranih desetinama svetlosnih godina nije trivijalan posao. Da bi to uradili, bio bi nam potreban ogroman kosmički ili zemaljski teleskop ... sem ako ne upotrebimo trik, u vidu interferometrije ili koronagrafa.
Ovaj poslednji je vrlo popularan u astronomiji i sastoji se od jednostavne prepreke postavljene unutar teleskopa koja omogućava blokadu svetlosti zvezda (u principu služi da prekrije solarni disk da bi se proučavala korona, odakle i potiče njeno ime). Nasuprot tome, postavljanje mreže povezanih kosmičkih teleskopa radi stvaranje interferometrijskog sistema je nešto mnogo složenije. tokom prošle dekade, NASA je počela da analizira ideju pokretanja kosmičke misije za studiranje egzoplaneta zvane TPF (Terrestrial Planet Finding). Uskoro je projekat potekao u dva pravca, jedan koji se zalagao za izgradnju jednog teleskopa sa koronografom označen kao TPF-C, i drugi koji se zalagao za interferometar, odn. TPF-I. Jednostavnije rečeno, TPF-C je trebalo da bude preteča TPF-C, no kada je NASA objavila da ne da pare za obe misije, obe grupe su počele da biju bitku ne bi li osigurali da bude odabrana baš njihova misija.
Plava tačka u kosmosu – Zemlja, kako ji je 1999. video 'Voyager 1' sa preko 6 milijardi km. Ovako bi Exo-S trebalo da vidi zemljolike planete.
I kao što biva u ratu, navijači TPF-I su kritikovali TPF-C plan kao 'beskoristan', dok su ovi iz tabora TPF-C smaterali da je TPF-I fantazija koju je nemoguće realizivati sa razumnim budžetom. Suočeni sa takvom situacijom, rukovodstvo Nase je donelo Solomonsko rešenje: otkazali su oba TPF-a i okrenuli novi list (u stvarnosti, projekat nikad nije zvanično otkazan samo mu je stopirano finansiranje, što mu dođe na isto). Od tada, egzoplanetna astronomija je postala siroče ambicioznijih kosmičkih misija. U narednim godinama planira se lansiranje misije 'TESS'[1] (NASA) i 'Plato'[2] (ESA), koje treba da otkrivaju egzoplanete oko najbližih zvezda. Jesu to fascinantne misije, ali ipak ne mogu da se porede sa TPF.
Spektar ambiciozne misije TPF nastavio je da progoni savest Nasinih glavešina, pa se u poslednjih nekoliko godina pojavilo nekoliko predloga za obavljanje 'New World Mission'[3]. Nedavno je Nasin program ExEP (Exoplanet Exploration Program) doneo odluku da razvija dve misije za direktno posmatranje egzoplaneta. Njihovo ime je Exo-C i Exo-S. Naravno, NASA nije želela da napravi istu grešku kao sa TPF, te su obe misije označene kao 'jeftine' i eksperimentalne, koje ne bi smele da koštaju više od milijardu dolara svaka. Exo-C je – pogađaš – kosmički teleskop sa koronografom. Nešto slično kao TPF-C. Ali šta je Exo-S?
Exo-S sa okultatorom, odn. suncobranom (levo) i Exo-C.
Exo-S bi bio kosmički teleskop s primarnim ogledalom prečnika 1,1 metar i koji bi koristio starshade (kako li to prevesti a da na zvuči smešno?) koji će pokrivati svetlost zvezda. Šta je to? Ustvari to je jedan veliki štitnik, vrsta džinovskog koronografa, samo lociranog van teleskopa. Koncept takvog suncobrana već postoji više godina i trebalo bi da bude korišćen sa budućim teleskopom 'James Webb' ili WFIRST-AFTA[4] (ili neki drugi projekti[5]). Suncobran je spoljni koronograf koji je omogućavao pojednostavljenje konstruisanja teleskopa koji je trebalo da ga koristi, i zato nema potrebe da bude izuzetno kvalitetan (ili, tehnički rečeno, nije potrebna korekcija fronta talasa). Zauzvrat, sada je potrebno kontrolisati dva teleskopa umesto jednog i omogućiti njihovo pravilno uzejamno poravnavanje. U sadašnjoj formi, kako je predložio astrofizičar Webster Cash, starshade je suncobran prečnika 34 metra, sa 'laticama' dužine 7 metara od nekoliko slojeva crnog Kaptona® koji će rotirati tri puta u minutu da bi osigurao stabilnost i održao oblik zahvaljujući centrifugalnoj sili. Neobičan oblik cveta sa laticama neophodan je da bi se izbegla difrakcija koju stvara okrugli disk (posebno, difrakcione Poissonove tačke).
Konstrukcija 'zvezdanog suncobrana'. Prečnik je 34 metra.
Faze otvaranja suncobrana...
Pre 7-8 godina NASA je predlagala projekat kosmičkog teleskopa THEIA (5.700 kg), sa monolitnim ogledalom Ø4 m (Habl 2,4 m, a JWST 6,5 m). Maska ('starshade') Ø40 metara, trebala je da bude lansirana posebnom raketom 'Atlas V' i postavljena na 55-35.000 km. Planirano je da se pročešlja 130 zvezda tokom 5-godišnje misije. Čak i ako samo 10% zvezda ima zemljolike planete, trebalo bi da bude detektovano makar 10 planeta. Program bi bio 'prava sitnica': \(5-6 milijardi, zajedno sa okultatorom.
Koncept 'suncobrana' za detektovanje egzoplaneta sa budućim džinovskim teleskopom JWST sa segmentiranim ogledalom od 6,5 m. Suncobran bi imao prečnik od 50 m a nalazio bi se na oko 50.000 km od teleskopa u Lagranžovoj tački. Nažalost, već sada proračuni i statistike kažu da su šanse da JWST otkrije neku planetu poput naše vrlo mala, tako da ako pronađe samo JEDNU, smatraće se uspehom! Vrednos projkta je 'beskonačna', jer samo teleskop, koji još nije ni poleteo, košta preko \)9 milijardi! Kamo još raketa, okultator, troškovi misije od makar 5-10 godina, plate meni i Zorkiću što ih reklamiramo ...?
Jedan od problema sa korišćenjem suncobrana uz 'James Webb' ili 'AFTA' sastoji se u tome što teleskop i suncobran moraju da se kreću da bi time omogućili pogled na interesantne zvezde raspoređene po nebu. To će ograničiti radni vek teleskopa, ali će u misiji Exo-S postojati mali teleskop koji bi se lako premeštao dok suncobran stoji nepomičan na nekih 37.000 km od njega, oba u solarnoj orbiti sličnoj orbiti opservatorije 'Kepler'. Tokom primarne trogodišnje misije, Exo-S će osmatrati 20 zvezda solarnog tipa radi potrage za zemljolikim planetama i drugih 17 zvezda za koje već znamo da imaju džinovske planete da bi mogli da ih istražimo spektroskopski. U proncipu, Exo-S će moći da detektuje zemljolike locirane na maksimalnih 32 svetlosne godine od Sunca. Naravno, da bi smanjili troškove, Exo-S će nositi samo dva instrumenta – kamerui spektrometar niske rezolucije.
Koncept primene okultatora u projektu Exo-S.
Zvezde koje bi osmatrao Exo-S.
Neke od zvezda koje bi mogao da posmatra Exo-S.
Spektri džinovskih planeta koje bi Exo-S mogao da proučava.
Teleskopi okultator Exo-S bi trebalo da ima težinu od 2.140 kg i trebalo bi a budu lansirani zajedno srednjom raketom 'Atlas V'. Teleskop bi bio komercijalni model za posmatranje Zemlje, dok bi platforma bila slična satelitu 'Proba-3' koja koristi jonski pogon koji može da stvori delta-v od 5 km/s. Bio bi to modularni dizajn, sa proverenom tehnologijama.
Karakteristike teleskopa Exo-S.
Lansirna konfiguracija.
Nisam pronašao šta je NASA odlučila. Znam da su uzeli u razmatranje i Exo-S i Exo-C, i da će odabrati samo jedan. Svaki ima svoje dobre i loše strane. Kažu da ako sve bude teklo kako je planirano, lansiranje će se obaviti oko 2024. godine. Mislim da je Exo-S malo bliži finišu.
Ta misija bi nam omogućila da vidimo egzoplanetu poput Zemlje direktno. Neće biti nikakvih distorzija svetlosti. Realna slika druge bledo-plave tačke (slavne 'pale blue dot'). Može liišta biti uzbudljivije?
Reference:
- http://exep.jpl.nasa.gov/aas223Evening/5%20CAA%20Probe%20study%20programmatic%20progress%20v4.pdf
- http://exep.jpl.nasa.gov/stdt/CAA_Briefing_v11EXO-S.pdf
- http://exep.jpl.nasa.gov/lowfsc/presentations/Blackwood.pdf
- http://planetquest.jpl.nasa.gov/video/15
[1] TESS (Transiting Exoplanet Survey Satellite) treba da otkrije hiljade planeta oko najsjajnijih zvezda. Za dve godine treba da pregleda više od 200.000 zvezda.
[2] Plato (PLAnetary Transits and Oscillations of stars) će biti 4-godišnja evropska misija lansirana 2026.
[3] Veliki projekat koji ima korene još u 2005. koji bi mogao da uključi neki od postojećih teleskopa, a možda i budući JWST, i jedan 'suncobran' (starshade) zvezdastog oblika, koji bi koštao $750 miliona, i koji bi blokirao blještavilo zvezda.
[4] Kada je NASA dobila na poklon dva špijunska teleskopa od Pentagona, zapravo nije znala šta da radi s njima, Bilo je predloga da se jedan odnese na Marsovu orbitu, da se iskoriste za lov na tamnu materiju i sl. ali će izgleda da se koriste 'tradicionalnije', za potragu za ekstra-Zemljama. Pojavilo se sijaset predloga: SEC (Starshade Earth Characterizer), DIREX (Direct Imaging Reconnaissance of Exoplanets), EXACT (EXoplanetary Astrometric-Coronagraphic Telescope), SEEHZONES (Search for Exo-Earths in the Habitable Zones of Nearby Stars), itd.
O ovome sam već pisao neke zanimljivosti, jer ko bi odoleo vezi Nase i Pentagona: 'WFIRST, budući Nasin kosmički teleskop', 'WFIRST – infracrvena kosmička opservatorija', Više detalja o novim Nasinim teleskopima' itd.
[5] Recimo, THEIA (Telescope for Habitable Exoplanets and Interstellar/Intergalactic Astronomy).
KOJI TELESKOP DA KUPIM?
