Czy Kepler rzeczywiście zawiódł?

Pink Floyd – Comfortably Numb

Drugie z czterech kół zamachowych teleskopu Keplera zawiodło. Warty pół miliarda dolarów sprzęt powoli obraca się na swojej orbicie, bez kontroli. NASA jeszcze nie spisała go na straty, jednak szanse na to by znowu został precyzyjnie wycelowany w odpowiedni fragment nieba i wypatrywał obce planety są małe. Choć sprawa oficjalnie nie jest przesądzona, zachowam się tak, jakby było już po Keplerze.

Jaka była misja?
Wbrew przekonaniom wielu teleskop Keplera wcale nie miał odnaleźć drugiej Ziemi. Jego zadanie było czysto „statystyczne”. Obserwując ponad sto tysięcy gwiazd miał stwierdzić jak wiele z nich posiada planety, jakie są ich typowe orbity, ile z nich to wielkie gazowe giganty a jaką część stanowią planety skalne, jak często pojedynczą gwiazdę okrąża więcej niż jedna planeta. Wszystkie te zadania Kepler zrealizował wyśmienicie, pokazując nam Wszechświat w którym jest więcej planet niż gwiazd. Miał funkcjonować 3,5 roku (czas wystarczający, żeby zobaczyć trzy tranzyty planet podobnych do Ziemi), okres ten minął w listopadzie 2012. Wszystko po tej dacie było “ekstra”.

Jak trudne to było?
Można powiedzieć, że na trudność wykrycia planety składają się dwa czynniki. Po pierwsze Kepler szuka regularnych spadków jasności gwiazdy, gdy zasłania ją planeta. Mówimy tu o dziesięciotysięcznych jasności całej gwiazdy. A przecież gwiazdy nie mają stałej jasności – rozbłyski, fluktuacje, plamy słoneczne… Z jakimi danymi borykają się poszukiwacze planet możecie zobaczyć tutaj. To wykresy jasności gwiazdy Kepler-20 i „zaćmienia” powodowane przez dwie planety wielkości podobnej do naszej (K-20e ma 0,868 promienia Ziemi, K-20f 1,034 promienia Ziemi). Nic dziwnego, że tak odkryte planety traktujemy jako kandydatów, a dopiero później są one potwierdzane przez obserwacje innymi teleskopami.

Drugim czynnikiem jest szczęście. Powierzchnie orbit układów planetarnych są najróżniejsze, a Kepler może wypatrzyć tylko te planety, które przechodzą przez tarczę gwiazdy. Im dalej od gwiazdy orbituje planeta, tym mniejsze nachylenie wystarczy by Kepler nigdy jej nie zobaczył. Uwaga, oto TEN moment, ilustracja własnoręczna:

Jak widać, planetę w odległości jednej jednostki astronomicznej „zgubimy” znacznie szybciej niż tą dwa razy bliżej. Żeby przedstawić to pod postacią liczb, zastanówmy się jakie byłyby szanse na wykrycie bliźniaczki Ziemi, gdyby krążyła wokół identycznej gwiazdy na identycznej orbicie. Chwila zabawy z trygonometrią i przekonamy się, że wystarczy odchylenie o 0,52 jednego stopnia by nie przechodziła przez tarczę gwiazdy. Czyli szanse na wykrycie wynoszą rozpaczliwe 0,29%. To znaczy, że na jedną wykrytą „Ziemię” przegapimy 341.

Jak wspominałem misja Keplera jest statystyczna. Więc spójrzmy na to statystycznie. Kepler obserwuje 100,000 gwiazd. Powiedzmy że wykrył 15 planet podobnych do Ziemi. 15 x 341 = 5015, to oznaczałoby, że 5% gwiazd ma planetę podobną do Ziemi. Przy 200 miliardach gwiazd w Drodze Mlecznej, oznacza to dziesięć miliardów planet podobnych do Ziemi.

Jakie są efekty misji Keplera?
To były przykładowe obliczenia, aby wyjaśnić zasadę. W rzeczywistości jest to bardziej złożone a wyniki są bardziej zachęcające. Pierwsze dane w 2011 sugerowały dwa miliardy podobnych Ziemi planet w samej Drodze Mlecznej. Astronomowie w 2013 wyliczają, że może ich być sto miliardów tutaj i 50 sekstylionów (10^21) we Wszechświecie. Wiemy, że skaliste planety są liczniejsze od gazowych (choć te łatwiej wykryć), że większość jest na większych orbitach (choć te na mniejszych też łatwiej wykryć).

Kepler pokazał nam też bogactwo i różnorodność obcych światów. Dzięki niemu zobaczyliśmy planety mniejsze od Merkurego, planety krążące wokół dwóch gwiazd, planety podobne Ziemi w odpowiedniej odległości od gwiazd, by mieć ciekłą wodę. A to tylko bonusowe wnioski, jak wskazałem wyżej – to tylko czubek góry lodowej.

Co dalej?
Kepler nie zawiódł, to spektakularny sukces. Doskonale zrobił swoje, czas na kolejne kroki. Wpierw pewnie wiele miesięcy zajmie nam przeszukiwanie danych zebranych do tej pory. Mamy 2740 kandydatów i 114 potwierdzonych planet. Jak do tej pory 90% kandydatów znajdowało potwierdzenie w późniejszych obserwacjach.

(Astrobiology Magazine)

Kolejnym krokiem będzie analiza atmosfer obiecujących planet. Nowe technologie, oraz (miejmy nadzieję) nowe teleskopy, pozwolą nam ocenić gęstość i skład atmosfer. Jak wiele planet kończy jak Mars, jak wiele dzieli los Wenus no i oczywiście jak wiele przypomina Ziemię. Najlepsze dopiero przed nami.

Worlds: The Kepler Cadidates
(Animacja pokazująca 2299 planetarnych kandydatów krążących wokół jednej gwiazdy)