Kepleri teleskoop avastab tähevarjutuste abil võõraid maailmu

 (10)
Kepleri teleskoop kosmoses, kunstniku nägemuses
Kepleri teleskoop kosmoses, kunstniku nägemusesScanpix

Umbes 2000 valgusaasta kaugusel Maast tiirlevad Päikest meenutava tähe ümber kuus planeeti. Planeedid on Maast kaks kuni viis korda suuremad ning neist viis sisemist tiirlevad tähele üsna lähedasel orbiidil. Kõigi nende tiirlemiskaugus oma tähest ei ületa päikesesüsteemi kõige sisemise planeedi Merkuuri kaugust Päikesest.

Nii kompaktse planeetidesüsteemi avastamine oli astronoomide jaoks tõeline üllatus. Võiks öelda, et see juhtus taas. Nimelt on kaugete tähtede ümber tiirlevate planeetide ehk nn eksoplaneetide avastamisel täheldatud, et nende ootamatud omadused on pigem reegel kui erand. Eksoplaneetide suurus ja kaugus oma tähest varieerub väga suures ulatuses. Viimastel aastatel on teadlased avastanud hiigelhulga eksoplaneete ja loomulikult hoiab nüüd meeli põnevil küsimus selle kohta, et kui paljudel neist võiks olla ka elu, kirjutab Imeline Teadus.

Nimetatud kuus eksoplaneeti leiti ameerika kosmoseteleskoobi Kepler abil. Teleskoop avastab tähtede ümber tiirlevad planeedid tähtede valguse intensiivsuse väikeste muutuste põhjal. Alustades 2009. aasta kevadest on Kepler hoidnud silma peal 156 453 tähel, millest väike osa tuhmub korrapäraste ajavahemike järel. Kui tähevalgus veidi kahaneb, võib põhjuseks olla planeet, mis meie ja tähe vahel läbi liigub.

Kepleri teleskoop veel Maa peal NASA laboris. Foto NASA, HO, AFP Scanpix

Selliste planeedimöödumiste avastamiseks on vaja parajalt õnne. Nimelt ei piisa üksnes seda, et planeet liigub kosmoseteleskoobi vaatevälja läbival orbiidil, vaid tähelepanelikult tuleb jälgida ka tähte ennast. Kepler otsib eeskätt Maale sarnanevaid kivise koostisega planeete, mille tiirlemiskaugus oma tähest peetakse eluvormide esinemiseks sobivaks tsooniks. Siingi võib olla kas liiga kuum või liiga külm, kuid siiski on ehk olemas võimalused elu tekkeks, sest leidub voolavat vett.

Maa-sarnane eksoplaneet, mis tiirleb Päikest meenutava tähe ümber samal kaugusel kui Maa, summutab tähe valgust 0,01 protsendi võrra ajaperioodi jooksul, mis ei ületa 13 tundi. Tähevarjutused toimuvad üks kord aastas ja võimalus, et meie seda oma tiirlemistasandilt näeme, on üksnes pool protsenti. Lisaks peab täht olema nii tihe, et ta on teleskoobis selgesti nähtav. Kepleri kosmoseteleskoobi jaoks tähendab see seda, et täht ei tohi olla rohkem kui 3000 valgusaasta kaugusel ja peab seega paiknema Linnutee galaktikas meie naabruses.

Enne kui astronoomid söandavad hakata eksoplaneedist rääkima, on nad registreerinud vähemalt kolm tähevarjutust. Tähele lähedasel orbiidil tiirlevad planeedid võivad blokeerida väikese osa tähe valgusest mõnepäevaste vahedega ja seega saab neid üsna kiiresti avastada. Kuid et Kepler leiaks Maa-taolise planeedi, mis tiirleb ümber Päikese-sarnase tähe elusvormide jaoks sobivas tsoonis, on vaja mitut aastat vaatlusi. Teleskoop on ette nähtud töötama vähemalt 3,5 aastat, kuid kui kõik läheb hästi, pikendatakse missiooni kuni kuue aastani.

Uued avastused jäävad elusvormide jaoks sobivase tsooni

Kõik viitab siiski sellele, et universumis on lugematuid miljardeid eluks sobivaid planeete. Praegu püüavad astronoomid neist võimalikult paljud üles leida ja kirjeldavad neid. Käesolevaks ajaks on tõendatult leitud 539 eksoplaneeti, neist 15 avastas Kepler. Need tiirlevad kaheksa erineva tähe ümber ning ühe ringi tegemisele kulub neil 20 tundi kuni 118 päeva.

Kepler

Kuid neid tuleb üha juurde. Pärast neli kuud kestnud mõõtmisi on Kepler leidnud juba märke 1235 eksoplaneedi olemasolu kohta, mis tiirlevad ümber 997 erineva tähe. Neis planeetidest kuus pakuvad erilist huvi, kuna nende raadius ei ole suurem kahekordsest Maa raadiusest ning lisaks asuvad need ka elusvormide jaoks sobivas tsoonis. Neis üks on Maast veidi väiksem ja ülejäänud on mõnevõrra suuremad.

Esialgseid andmeid on kogunenud nii rikkalikult, et nüüd on võimalik hakata koostama eksoplaneetide kohta kindlakujulisemat statistikat. Kõigepealt võib tõdeda, et planeete on tõepoolest väga-väga palju. Kepler vaatleb ju vaid tillukest murdosa selle galaktika tähtedest ja näib, et juba on astronoomid leidnud rohkem kui 1000 planeeti üksnes selle ühe teleskoobi abil.

Loe veel

Eksoplaneedikandidaatide kohta kogutud andmed viitavad sellele, et oma raadiuselt on enamik planeete kaks kuni kuus korda nii suured kui Maa. Kuid on ka päris palju planeete, mis on suuruselt võrdsed meie planeediga ning veel rohkem on nn super-Maasid, mis on Maast vaid veidi suuremad ning mis oma suuruse poolest on eluvormide jaoks sobivad.

Punased kääbustähed võivad samuti pakkuda võimalust eluks

Eksoplaneetide otsimine varjutusmeetodiga on tõepoolest hea idee. Kõigepealt saab selliste kavalate instrumentide nagu Kepleri fotomeeter abil hoida silma peal paljudel tähtedel samaaegselt. Teiseks võib leida mis tahes suuruses planeete, alustades väikestest kivistest Merkuuri mõõtu planeetidest ja lõpetades gaasidest koosnevate hiidplaneetidega, mis on palju suuremad Jupiterist. Kolmandaks ei ole probleemiks ka see, kui eksoplaneedi tiirlemiskaugus oma tähest on suur, siis peavad vaatlused lihtsalt olema piisavalt pikaajalised. Ja neljandaks saadakse pealekauba veel kasulikku teavet eksoplaneetide suuruse ja orbiidi kohta.

Kahe varjutuse vahele jääva ajavahemiku põhjal on võimalik kindlaks määrata aega, mis planeedil tähe ümber tiiru tegemisele kulub ja selle põhjal on võimalik välja arvutada planeedi kaugus tähest. Planeedi läbimõõt on proportsionaalne varjutuse suurusega ning kui astronoomidel õnnestub tähevalguse mõõtmise ning tähtede arengu teooriate kombineerimise abil kindlaks teha tähe suurus, on võimalik saada aimu ka eksoplaneedi suurusest.

Kepleri teleskoop. Läbimõõt 2,7 m, pikkus 4,7 m, mass ülessaatmisel 1052 kg, fotomeetri mass 478 kg, 10 m2 päikesepatareisid, maksumus 447 miljonit eurot. Foto NASA NASA

Tõenäoliselt kulub veel paar aastat, enne kui Kepleri teleskoobi taga seisvad astronoomid võivad täie kindlusega väita, et nad on leidnud Maa-sarnaseid eluks kõlblikke planeete, mis tiirlevad Päikese-laadsete tähtede ümber. Eksperdid nagu Kepleri missiooni teaduslik juht William Borucki on selles veendunud. Siiski lisavad nad, et see saab toimuda peatselt, kuid mitte veel praegu. Seetõttu peaks juba üsna varsti hakkama tulema teateid elusvormide jaoks sobivas tsoonis asuvate kivise koostisega planeetide kohta.

Nimelt sobivad eluks ka muud planeedid kui need, mis tiirlevad Päikesele sarnanevate tähtede ümber. Pikaealised punased kääbustähed on Päikesest väiksemad ja helendavad palju nõrgemalt, kuid nende kiired annavad piisavalt energiat, et elu alal hoida. Võrreldes päikesega asub kääbustähtede eluvormidele sobiv tsoon tähele endale palju lähemal. Seetõttu tiirlevad eksoplaneedid kiiremini ning neid on võimalik varjutusmeetodi abil suhteliselt kiiresti avastada.
Punaste kääbustähtede ümber tiirlevatel planeetidel esitatakse elule aga hoopis teistlaadi väljakutseid. Kuna planeedid on tähele nii ligidal, on nende pöörlemine takistatud. See tähendab, et nad pööravad tähe poole alati ühe ja sama külje. See külg võib olla põletavalt kuum, samal ajal kui planeedi vastaspool on jääkülm. Elu jaoks parimad tingimused on planeedi kuuma ja külma poole vahelises tsoonis. Muidugi võib nii lähedal asuva tähe tugev kiirgus olla surmav, kui planeedil just ei ole kaitsvat osoonikihti.

Tähevalgus näitab planeedi sisemust

Neid 1235 eksoplaneeti, mille olemasolule viitavaid märke Kepler on leidnud, nimetatakse kandidaatplaneetideks seni, kuni nende olemasolu on tõestatud maapealsete teleskoopide abil tehtavate täiendavate vaatluste ning kõrgetasemelise andmeanalüüsi abil. Teadlased on siiski üsna kindlad, et vähemalt 90 protsendi leidude puhul on võimalik planeedi olemasolu tõestada.

Kepleri teleskoobi abil saadud esialgsed andmed võivad aga ka ekslikuks osutuda. Miski, mis esmapilgul paistab tähevalguse nõrgenemisena planeedi möödumise tõttu, võib tegelikult hoopis olla kaksiktähe valguse muutumine seetõttu, et üks täht liigub teise tähe ette ja summutab sellega tagumise tähe valgust. Samal viisil võivad ka muud tähtede paiknemise kombinatsioonid anda andmeid, mida võib ekslikult tõlgendada planeedi möödumisena tähest. Seetõttu on teadlased koostanud spetsiaalse arvutiprogrammi, mis suudab välja arvutada tähtede kõikvõimalike asendikombinatsioonide valgusintensiivsuse graafikud. Võrreldes nüüd neid graafikuid Kepleri teleskoobi abil saadud graafikuga ja maapealsest observatooriumist tähe kohta saadud andmetega, suudavad astronoomid suure tõenäosusega öelda, kas tegemist on planeedi möödumisega tähest või mitte.

Kõige kindlama tõestuse eksoplaneedi olemasolule annab aga tähe radiaalkiiruse mõõtmine. Põhimõtteliselt ei ole õige öelda, et planeet tiirleb tähe ümber, sest tegelikult tiirlevad nii planeet kui täht oma ühise raskuspunkti ümber. Planeedi raskus paneb tähe teataval iseloomulikul viisil liikuma ja kui planeet on tähe jaoks piisavalt suur ja tihe, on seda liikumist võimalik mõõta. Väikesed planeedi ei mõjuta tähe liikumist piisavalt, et seda oleks võimalik kaasaegsete instrumentidega mõõta.

Kepleri teleskoobi skeem. Foto: RNGS, Reuters Scanpix

Kui tähe liikumist on võimalik mõõta ja on ka olemas ettekujutus tähe massist, saab ka planeedi massi välja arvutada. Tähevarjutuse abil saab kindlaks teha eksoplaneedi raadiuse ja seega on võimalik välja arvutada ka planeedi tihedus. Nende andmete põhjal oskavad teadlased juba asjatundlikult hinnata, millest see planeet tegelikult koosneb. Seega aitab tähevalguse uurimine võõraste maailmade kohta palju uut teada saada.

Kepleri mõõtmistulemuste kinnitamisele maapealsete teleskoopide kulub aga palju aega. Kepler on leidnud nii arvukalt planeedikandidaate, et lihtsalt ei ole piisavalt tugevaid teleskoope, mis selle ülesandega hakkama saaksid. Lisaks on paljud eksoplaneedid nii väikesed, et nende olemasolu radiaalkiirusmeetodiga kinnitada ei saa.

Uued teleskoobid annavad jahile hoogu

Samas taktis uute Maa-sarnaste planeetide ja super-Maade avastamise ning nende suuruse ja massi määramisega hakkavad astronoomid kaaluma elu võimalikkust planeetidel. Päikese-sarnase tähe ümber tiirlev planeet koosneb tõenäoliselt peaaegu samasugustest põhiainetest nagu Päikesesüsteemi planeedid. Kivisel planeedil on seega rauast tuum ning ta koosneb tavaliselt hapnikuga seotud ränist ja magneesiumist ning tal on atmosfäär.

Kuid üks asi on teooria ja teine asi vaatlustel põhinev teadmine. Astronoomid otsivad uusi instrumente, mis aitaksid saada rohkem teavet eksoplaneetide kohta. Eduka Kepleri teleskoobi järeltulijad, näiteks NASA TESS (Transiting Exoplanet Survey Satellite) ja ESA PLATO (Planetary Transits and Oscillations of Stars), on joonestuslaual juba kuju võtmas. Seega avastatakse ja kirjeldatakse lähitulevikus tõenäoliselt tuhandeid eksoplaneete.

Tulevikuteleskoopidega nagu kosmoseteleskoop James Webb ja hiigelsuur Maal paiknev European Extremely Large Telescope (Euroopa ülisuur teleskoop) on palju lihtsam avastada arvukalt uusi planeete ning kindlaks teha kõige lähemate Maale sarnanevate eksoplaneetide atmosfääri koostis. Kui teadlased leiavad atmosfääris jälgi veeaurust, hapnikumolekulidest, osoonist, süsinikdioksiidist ja metaanist, suurendab see planeedilt elu leidmise tõenäosust. Tulevikus hakkab astronoomidele ja teistele eksoplaneetidega tegelejatele rohkesti tööd andma just jaht universumi muudes osades leiduda võivale elule.

Jälgi Forte uudiseid ka Twitteris!