A CoRot műhold: kutatás Föld-szerű bolygók után Understand article

Fordította: Adorjánné Farkas Magdolna. Malcolm Fridlund a European Space Agency (ESA) (Európai Űrügynökség) munkatársa arról ír, hogy hogyan kutatják a Naprendszeren kívüli bolygókat, és megmagyarázza, hogy ez a tevékenység hogyan visz minket közelebb a földi élet…

CoRoT

2006 December 27-én a Francia Űrügynökség (CNES Centre National d’Etudes Spatiales), az ESA^w1 és partnereik^w2 azzal a céllal bocsátották fel a CoRoT űrtávcsövet, hogy olyan Naprendszeren kívüli bolygókat (exobolygókat) fedezzenek fel, amelyek hasonlóak a Földhöz, valamint hogy ‘csillagrengéseket’ észleljenek. Az űrtávcső nevét a Convection (Co, konvekció), a Rotation (Ro, forgás) és a Transits (T, bolygóátvonulás) szavakból állították össze. Az űrtávcsővel tanulmányozzák a csillagok forgását, a csillag belsejéből induló konvekciót – a forró gáz fölfelé áramlását – és a bolygók elhaladását a csillag felszíne fölött.

Mindhárom jelenséget úgy tanulmányozzák, hogy mérik a megfigyelt csillag által kibocsátott fény változását. A csillag belsejéből történő konvekció következtében a fény intenzitása kis mértékben (néhány milliomodrésszel) csökken vagy nő. Az erős mágneses tevékenység gátolja a konvekciót, így ezeken a helyeken csökken a felszíni hőmérséklet, ezért sötétebb foltok jelennek meg. Mivel a csillag forog, a fénykibocsátás nagyon kis mértékben ingadozik. A változás nagysága attól függ, hogy a látótérbe forduló félgömbön mennyi folt van – így a csillagfoltok megfigyelése alapján ki lehet számolni, hogy milyen gyorsan forog a csillag. Végül, amikor egy bolygó elhalad a csillag és az űtávcső között, akkor a csillag által kibocsátott fény periodikusan kis mértékben csökken.

A bolygókat a csillag előtti elhaladás alapján észlelik, magát a csillagot pedig a konvekció és a forgás mérése segítségével jellemzik. A CoRoT űrtávcsövet asztroszeizmológiai célra is használják: észlelik a csillag belsejében létrejövő hullámokat, amelyek a felszínen ‘csillagrengést’ okoznak. A hullámok jellemzőinek pontos megfigyelése lehetővé teszi, hogy kiszámítsák a csillag tömegét, korát és kémiai összetételét. Ebben a cikkben azonban főként az exobolygók felfedezéséről lesz szó.

A csillag tulajdonságainak megfigyeléséhez egy nagyon pontos fotométerre van szükség. A Hubble űrteleszkóppal ellentétben (1990-ben bocsátották fel) a CoRoT űrtávcsövet – amelynek mindössze 30 cm az átmérője – speciálisan erre a célra tervezték. A fedélzetén csupán egy eszköz van, egy kamera, amely 32 másodpercenként készít felvételeket. A fedélzeti komputer azután meghatározza a csillagok által kibocsátott fényt, illetve annak változását és ezt grafikonon ábrázolja. A távcsövet 150 napon keresztül az égboltnak ugyanarra a területére irányítják és így 12000 csillagot figyelnek meg egyszerre. Minél több ideig figyelik meg ugyanazokat a csillagokat, annál több bolygóáthaladást tudnak észlelni.

A CoRoT olyan bolygókat tud észlelni, amelyek közel keringenek a csillagjukhoz – így 50-75 nap alatt járják körül (vagyis az esetükben ennyi ideig tart ‘egy év’) – és olyan bolygókat képes megtalálni, amelyek nem nagyobbak a Földnél. A csillag által kibocsátott fény változását ábrázoló görbe (ld. az alábbi grafikont) elárulja, hogyan mozog a bolygó, hogyan viselkednek a csillag külső rétegei, és azt is, hogy milyen méretű a bolygó. Amint a CoRoT segítségével észlelnek egy csillagot és a bolygóit, a csillagászok a földi nagy teleszkópok más típusú eszközeivel további információkat gyűjtenek ezekről az égitesetekről.

A CoRoT űrtávcső már megtalált néhány nagy bolygót. Most kezdik keresni a kisebb bolygókat. Ezek megfigyelése segít minket abban, hogy megtudjuk, hogy mennyire gyakoriak a Föld-típusú bolygók a Világmindenségben.

Földönkívüli élet

Miért fontos tudnunk, hogy mennyire gyakoriak a Föld-típusú, vagyis kisméretű kőzetbolygók? Először is, mert szeretnénk tudni, hogy mennyire különleges a Földünk. Másrészt, a Naprendszeren kívüli bolygók megfigyelése segíthet abban, hogy megértsük, hogyan jött létre az élet a Földön 3,5 milliárd évvel ezelőtt.

Egy több, mint 30 évvel ezelőtt megalkotott hipotézis alapján a tudósok azt feltételezik, hogy minden élet hasonló a földihez és a más égitesteken létező élőlények ugyanolyan anyagcserét folytatnak, mint a földiek. Ezért a kutatók a földi élet kialakulását tekintik alapnak. Bár a földi élet kialakulásának folyamatát még nem ismerjük, de úgy gondoljuk, hogy a szilárd felszín és a folyékony víz jelenléte az élethez elengedhetetlenül szükséges. A kérdés tehát: hogyha léteznek Föld-típusú bolygók, kialakult-e rajtuk is élet?

Nehéz feladat megtalálni egy olyan kis bolygót, mint a Föld. Akkor milyen nehéz lehet a nagy távolságban lévő bolygón észlelni az élet jeleit? Ez különösen bonyolult feladat, ha csak baktériumok élnek a bolygón, amint ahogy az a Föld esetében is jellemző volt néhány milliárd éven keresztül. A baktériumok egyedszáma ma is milliószorosa a többi fajhoz tartozó élőlények egyedszámának és talán a baktériumfajok száma is hasonló mértékben haladja meg a többi fajét.

A kulcs az lehet, ha azt észlelik, hogy a bolygó atmoszférája nincs a kémiai egyensúly állapotában. A bolygó légköre (mint minden más) az egyensúly elérésére törekszik (amelyben minden megfordítható kémiai folyamat ugyanolyan sebességgel megy végbe mindkét irányban). Az élőlények azonban megváltoztatják a környezetüket: például a Föld légkörében található összes szabad oxigént (O₂) az élőlények termelték – növények és más organizmusok, amelyek szén-dioxidot vesznek fel és abból az anyagcsere során oxigént állítanak elő, amelyet a környezetbe bocsátanak ki. Az oxigénnek olyan nagy a reakcióképessége, hogyha minden élet megszűnne a Földön, akkor kevesebb, mint 4 millió év alatt minden szabad oxigén eltűnne a légkörből (ez az időtartam igen rövid a Föld történetéhez képest).

Ehhez hasonlóan akkor is megszűnt a kémiai egyensúly, amikor létrejött az élet a Földön, és a baktériumok igen nagy mennyiségű metánt állítottak elő. Mi történt ezekkel a metán-termelő baktériumokkal? Nem tudjuk biztosan, de azt feltételezzük, hogy új élőlények fejlődtek ki, amelyek oxigént állítottak elő, az oxigén pedig mérgezőnek bizonyult a metán-termelő baktériumok számára, így ezek kihaltak.

A gázösszetétel, és az egyéb körülmények, mint például a hőmérséklet és a nyomás alapján meg lehet határozni az egyensúlyi állapotot (a Föld esetében is, a Mars légköréhez hasonlóan). Így ha egy exobolygó légkörénél meg tudjuk határozni a kémiai egyensúly jellemzőit, azt is meg tudjuk mondani, hogy létezik-e a bolygón az általunk ismert formában élet, sőt még talán arra is választ kapunk, hogy milyen fejlődési szinten van az élet (metán vagy oxigén termelő élőlények).

Két nagyon nagy és forró bolygó légkörét tanulmányozta fotometrikus módszerekkel a Hubble és a Spitzer űrtávcső, valamint földi távcsövek, és az egyiken vizet és metánt mutattak ki (ld. a jobboldali grafikont). Ez fontos lépést jelent az összehasonlító planetológiában, amelynek során összehasonlítjuk a Naprendszer bolygóit más csillagok bolygóival. A specálisan kisméretű kőzetbolygók észlelésére kifejlesztett távcsövek – mint amilyen a CoRoT is – alkalmazásával feltételezhetően néhány éven belül fel fogunk fedezni olyan csillagokat, amelyek körül a Földhöz hasonló bolygók keringenek.

Azonban a jelenlegi technológia még nem alkalmas arra, hogy az ilyen kisméretű bolygók légkörét tanulmányozzuk. Az exobolygókról hozzánk eljutó fény igen halvány, ezért az észleléséhez nagy átmérőjű teleszkóp szükséges, mivel a bolygó által kisugárzott fotonokból négyzetméterenként csupán néhány éri el a Földet. Azonkívül, a földi légkörben jelenlévő oxigén és metán molekulák is nagy számban bocsátanak ki rájuk jellemző fotonokat. Ezek mellett lehetetlen kimutatni az exobolygó oxigén és metán molekuláiból ide érkező fotonokat. Ezért ezek észleléséhez nagy méretű teleszkópokat kell kivinnünk az űrbe – ez bonyolult és költséges. A tudósok dolgoznak a következő eszköz-generáció kifejlesztésén, amelyek technikailag képesek lesznek arra, hogy elvégezzék azokat a méréseket, amelyek segítségével meg lehet mondani, hogy volt-e élet a megfigyelt bolygón, és ha volt, mi történt vele.

Azt reméljük, hogy az így megszerzett tudás közelebb visz minket a földi élet fejlődésének megértéséhez.

Amiből hír lett

A CoRoT először 2008 tavaszán észlelt egy bolygót, amely a tőlünk 500 fényévnyi távolságban lévő CoRoT-7 nevű csillag körül kering, amely a Monoceros (Egyszarvú) csillagképben az Oriontól balra található. Azonban mivel több hónapot vett igénybe, hogy a bolygó tulajdonságait nagy átmérőjű földi teleszkópokkal meghatározzák, a felfedezést csak 2009 február 3-án jelentették be hivatalosan.

A bolygó tömegét és sűrűségét az Európai Déli Obszervatórium(ESO) 3,6 méter átmérőjű, a chilei La Sillán felállított távcsövéhez rögzített High Accuracy Radial velocity Planet Searcher (HARPS) detektorral határozták meg. Ez a mérés volt a leghosszabb (70 óra) az eszköz eddigi működése során. Végül 2009 szeptember 16-án jelentették be az eredményeket.

A CoRoT-7b-nek elnevezett bolygónak körülbelül akkora a tömege, mint a Földnek, így ez a bolygó a legkönnyebb ismert exobolygók egyike. Az átmérője valamivel kevesebb, mint a Föld átmérőjének kétszerese, így ez a legkisebb ismert exobolygó.

A CoRoT-7b 20,4 óránként egy kicsit több, mint egy órán keresztül eltakarja a csillagja fényének egy kis részét (3000-ed részét). A csillagja körül 750 000 km/h sebességgel kering, amely több, mint 7-szerese a Föld Nap-körüli keringési sebességének. Ez a leggyorsabban keringő ismert exobolygó.

További érdekesség, hogy csupán 2,5 millió km távolságban kering a csillagától, tehát 23-szor van közelebb hozzá, mint a Merkur a Naphoz, így ez a legkisebb távolságban keringő ismert bolygó. Olyan közel halad a csillagjához, hogy extrém körülmények uralkodnak rajta, amelyek lehetetlenné teszik az élet kialakulását: a becsült hőmérséklet a ‘nappali’ oldalon 2000 Celsius fok felett van, de az ‘éjszakai’ oldalon csak minusz 200 Celsius fok.

A számítások szerint a bolygó sűrűsége a Föld sűrűségéhez közeli értéknek adódott, ebből azt a következtetést lehet levonni, hogy kőzetekből áll, a Földhöz hasonlóan. Az elméleti modellek alapján azt feltételezik, hogy a felszínén láva vagy forrásban lévő óceán található.

A csillagászok a mért adatokból arra következtetnek, hogy a CoRoT-7 csillag körül egy másik bolygó is kering, egy kicsit távolabb, mint a CoRoT-7b. A feltételezett CoRoT-7c bolygó 3 nap és 17 óra alatt kerüli meg a csillagot és a tömege körülbelül a nyolcszorosa lehet a Föld tömegének. A CoRoT-7b-vel ellentétben, ez a másik bolygó nem halad el a csillag és a Föld között, így a csillagászok nem tudják megmérni a sugarát és így a sűrűségét sem.

Ezzel a felfedezéssel a csillagászok közelebb kerültek ahhoz, hogy lakható exobolygóra bukkanjanak, amelynek azonban ennél távolabb kell keringenie a csillagjától, hogy azon az általunk ismert formában kialakulhasson az élet.

Web References

• w1 – További információk találhatók az Európai Űrügynökségről (European Space Agency): www.esa.int
• w2 – További információk találhatók a CoRoT űrtávcsőről és a küldetés partnereiről: www.esa.int/science/corot
• w3 – További információk találhatók az ESTEC-ről az ESA weboldalán^w1 vagy használja az alábbi közvetlen linket: http://tinyurl.com/39nw3r
• w4 – További információk találhatók a European Southern Observatory-ról: www.eso.org

Resources

• Hallgassa meg a szerző internetes előadását a CoRoT projectről, amely az ESA weboldalán érhető el, vagy alábbi közvetlen linken: http://tinyurl.com/ydoggpy
• Az exobolygók kutatásáról a következő cikkből tudhat meg többet:
  • Jørgensen UG (2006) Are there Earth-like planets around other stars? Science in School 2: 11-16. www.scienceinschool.org/2006/issue2/exoplanet
  • A Science in School –ban megjelent összes űrkutatásról szóló cikket megtalálhatja: www.scienceinschool.org/space

Institutions

Author(s)

Malcolm Fridlund svéd csillagász, aki a European Space Research and Technology Centre^w3 (ESTEC)munkatársa volt több, mint 20 éven keresztül. A fő tudományos területe az exobolygók felfedezésének és kutatási módszereinek kidolgozása. Jelenleg az ESA’s projectben vesz részt a CoRoT misszióban.

Review

Ezt az exobolygókról szóló cikket használhatjuk gondolatébresztőnek olyan beszélgetésekhez, amelyekben arról esik szó, hogy hogyan definiálhatjuk az élet fogalmát, illetve miért érdemes tudnunk az égitesteket jellemző fizikai és kémiai tulajdonságokat. Arról is beszélgethetünk, hogy milyen filozófiai és társadalmi vonatkozásai lennének annak, ha az ember földönkívüli élettel találkozna.

Marco Nicolini, Olaszország

License

CC-BY-NC-ND

Download

Download this article as a PDF