На следующей неделе, в понедельник, НАСА запускает своего нового охотника за экзопланетами: спутник, который будет наблюдать за космосом и искать еще никем не открытые миры. Названный TESS (Transiting Exoplanet Survey Satellite — Спутник для исследования планет транзитным методом), космический аппарат должен будет искать планеты, кружащиеся вокруг звезд за пределами нашей Солнечной системы, чтобы помочь ученым понять, как эти планеты выглядят, и есть ли среди них те, которые могут поддерживать жизнь.
«Кеплер» по сути занимался переписью: насколько распространены планеты вообще? Каково распределение размеров планет? Планет размером с Землю — много или мало?» — говорит Стивен Ринехарт, ученый из проекта TESS в НАСА. «TESS же оптимизирован для того, чтобы стучать в двери по соседству и говорить: «Привет, как дела? На что похожа эта планета?»
В частности, один из типов планет относится к «списку желаний» TESS: это скалистые, размером с Землю, миры, которые находятся на определенном расстоянии от своих звезд, на котором может существовать вода в жидком виде. Если бы такая планета имела атмосферу, схожую с земной, был бы шанс того, что на ней может существовать жизнь.
Почему ярче — значит лучше
Кеплер мог наблюдать лишь за небольшим участком неба за один раз, на котором могло быть до 100 000 звезд. TESS будет иметь поле зрения, которое в 400 раз больше. И он сможет увидеть не менее 200 000 звезд, а, возможно, и миллионы. «Иметь TESS в своем арсенале это просто фантастика» — говорит Джесси Дотсон, астрофизик в исследовательском центре Эймса и ученый из проекта «Кеплер». «Он может найти планеты в тех частях неба, на которые мы не можем смотреть».
Художественное изображение экзопланеты рядом с красным карликом
TESS будет использовать ту же технику, что и предшественник, для поиска экзопланет. Он будет искать миры, когда они проходят перед их звездами-хозяевами, в так называемом транзите. Всякий раз, когда планета проходит по диску звезды, она слегка гасит свет от нее, и этого вполне достаточно для обнаружения планеты. Но TESS будет нацелен на гораздо более близкие звезды, чем наблюдал «Кеплер». Они будут располагаться в диапазона от десятков до сотен световых лет от нас, в отличие от тысяч световых лет, что делает их в 30-100 раз ярче на небе. Это упростит астрономам задачу узнать больше о планетах вокруг них.
Чтобы узнать, из чего состоит планета, будь то скалистый мир, как Земля, или газовый гигант, такой как Юпитер, вам нужно знать ее плотность. И лучший способ измерить плотность — это наблюдать, как гравитация планеты влияет на свою звезду-хозяйку. Несмотря на то, что планеты относительно невелики, они по-прежнему оказывают гравитационное влияние на свои звезды, в результате чего те слегка колеблются. Степень этого колебания говорит о том, насколько велика планета.
Яркие звезды позволяют существенно быстрее оценить эти колебания. С далекими и слабыми звездами астрономы не собирают достаточное количество света, поэтому требуется больше времени, чтобы понять, как двигается звезда. Для звезд, наблюдаемых «Кеплером», может потребоваться несколько недель или месяцев, чтобы выяснить колебание звезды и, как следствие, состав близлежащей экзопланеты. Но для ярких звезд, которые будет изучать TESS, это может занять всего несколько часов.
С «Кеплером» астрономы могли измерять лишь ограниченное количество доступных звезд, говорит Ринехарт. «С TESS будет противоположная проблема. Тут будет так: «Я могу выполнить любую из этих целей. Но какую я хочу выполнить?»
Какие экзопланеты найдет TESS
С его четырьмя камерами, TESS будет смотреть на определенный участок неба всего 27 дней, после чего перейдет к новому участку. Для сравнения, Кеплер наблюдал за каждым участком от нескольких месяцев до нескольких лет. Таким образом, TESS будет в основном искать планеты с суперкороткими орбитами, год на которых длится меньше месяца. И это ограничивает типы миров, которые может найти космический аппарат.
Проверка всех узлов TESS перед отправкой в космос
Во-первых, TESS не найдет точного двойника Земли. Среди пригодных для жизни миров телескоп найдет только те, которые вращаются вокруг маленьких тусклых звезд, известных как красные карлики. Такие звезды излучают гораздо меньше энергии, чем наше Солнце. Поэтому планеты должны располагаться очень близко к ним, чтобы считаться пригодными для жилья. Они должны быть рядом, чтобы получить достаточно тепла и иметь воду в жидком состоянии. И это означает, что год для этих планет может длиться всего около десятка дней.
Астрономы будут особенно рады найти планеты вокруг красных карликов, потому что эти звезды обильны во Вселенной. Но просто находиться в так называемой «обитаемой зоне» такой звезды еще не означает, что эти миры могут быть обитаемыми. Планеты, вращающиеся вокруг красного карлика, обычно приливно заблокированы своими звездами, то есть имеют одну сторону, которая постоянно освещается звездой, в то время как на другой царит вечная ночь. И красные карлики, как правило, очень часто производят вспышки, осыпая близлежащие планеты высокоэнергетическими частицами. «Они [планеты] не собираются быть похожими на Землю, но интересно то, что мы действительно не знаем, что мы найдем», — говорит Сара Сигер, планетарный ученый из Массачусетского технологического института и заместитель директора по науке в проекте TESS.
В то же время Сигер говорит, что она в восторге от возможности поиска планет, которые примерно в два-три раза превышают размеры Земли и известны как супер-Земли или мини-Нептуны. «Кеплер» обнаружил, что эти странные пограничные планеты на самом деле являются наиболее распространенными мирами. Но мы знаем очень мало о том, из чего они сделаны, и как они появляются. Когда TESS найдет эти мини-Нептуны и вычислит их плотности, астрономы смогут делать последующие наблюдения с помощью телескопов на земле, чтобы увидеть, что находится в их атмосферах. «Они все одинаковые? Или сильно отличаются?» — спрашивает Сигер. «Это поможет нам понять, как они сформировались».
Выход на орбиту
Однако, прежде чем все это произойдет, TESS должен выйти на орбиту. Зонд планируется запустить в 6:32 вечера по восточному времени с мыса Канаверал, штат Флорида, при помощи ракеты SpaceX Falcon 9 в следующий понедельник. Если все пойдет хорошо, телескоп должен начать собирать данные уже в июне — примерно в то время, когда Кеплер закончит свою работу. Поскольку у Кеплера заканчивается топливо, он не сможет больше ориентировать свою антенну на Землю, чтобы отправить собранные данные. Он также не сможет использовать свои двигатели, чтобы просто оставаться на своем месте, поскольку его постоянно отталкивает солнечный ветер.
TESS не будет иметь такую проблему с топливом. Космический корабль будет находиться на сверхэллиптической орбите вокруг Земли, которая в самой дальней точке практически доходит до орбиты Луны. Это означает, что TESS будет кружиться в странном гравитационном танце с нашей планетой и Луной. Орбита, один оборот по которой продлится 13,7 дня, никогда раньше не использовалась для космических зондов, но она невероятно стабильна, поэтому TESS не нужно очень много топлива, чтобы летать по ней. «Если вы немного сместитесь, Луна, как правило, вернет вас обратно на орбиту, на которой вы должны быть», — говорит Ринехарт. «Эта орбита может быть стабильной более 100 лет».
Орбита TESS в сравнении с орбитой Луны
Однако добраться до такой орбиты достаточно сложно и требует много энергии. Но TESS имеет большое преимущество: у него небольшие размеры и масса. Он имеет вес всего 800 фунтов (362 килограмма) — это намного меньше, чем многие спутники размером с автобус, которые могут весить много тысяч фунтов. Космический аппарат совсем несильно нагрузит ракету Falcon 9, и это облегчит ей доставку телескопа в нужную точку. «В основном там пустое место», — говорит Ринехарт про носовой конус ракеты. «TESS — крошечная мелочь в этом большом обтекателе. Мы легкие и маленькие».
Миссия TESS планируется на два года с момента выхода в космос, но инженеры уже планируют, как ее продлить. Если они смогут это сделать, этот маленький зонд может создать новый всеобъемлющий каталог экзопланет, который астрономы будут изучать в будущем долгие годы. «Люди любят планеты ... и тот факт, что их, кажется, теперь будет много — всевозможных размеров, масс и орбит», — говорит Сигер. «Теперь, после TESS, у нас будет целый каталог этих планет в порядке приоритетности для последующих действий».