Poszukiwania drugiej ziemi! ESA – PLATO

PLATO45deg-Dark_MGzoom

Misja PLATO w skrócie Planetary Transits and Oscillations of stars, czyli planetarne tranzyty i pulsacje gwiazd. Pierwsza część nazwy sugeruje, że do czynienia będziemy mieć tutaj z egzoplanetami, druga związana z oscylacjami/pulsacjami to działka tak zwanej astrosejsmologii, a w przypadku Słońca heliosejsmologii. Astrosejsmologia wprowadza zasadniczy podział na co najmniej dwie kategorie, oscylacje wzbudzane pulsacyjnie oraz te wzbudzane przez turbulencje konwekcyjną. Słońce zalicza się do tej drugiej kategorii gwiazd, podobnie jak na przykład alfa Centauri. Ale wróćmy do PLATO. PLATO została wybrana przez ESA jako jedna z misji programu ESA Cosmic Vision 2015-2025 i jej start planowany jest dopiero na 2024 rok, spróbujmy przyjrzeć się tej misji nieco bliżej.

Dwa główne pytania na jakie odpowiedzieć ma PLATO to: jakie są sprzyjające warunki do formacji planet i powstania na nich życia ? oraz jak działa System Słoneczny ? PLATO przyjrzy się głównie gwiazdom relatywnie bliskim nam, poszukując zmian jasności tarczy gwiazdy spowodowanych tranzytem planety na jej tle. Używając 34 małych teleskopów zbadane zostanie niemal milion gwiazd! Bardzo ważnym będzie także zbadanie aktywności sejsmicznej gwiazdy, czyli wspomniana wcześniej astrosejsmologia. Pozwoli to na szczegółową charakterystykę gwiazdy, w tym pomiar jej masy, promienia czy nawet wieku. Korzystając z danych z obserwacji naziemnych dotyczących prędkości radialnej będzie można ustalić masy oraz promienie planet, a co za tym idzie ich gęstość co pozwoli z kolei ocenić ich skład!

Misja skupiona będzie na poszukiwaniu planet wielkości Ziemi oraz Super-Ziemi, idealnie znajdujących się w takich odległościach od swojej gwiazdy, które pozwalają na istnienie wody w stanie ciekłym.

Wyniki misji PLATO pozwolą nam lepiej zrozumieć układy podobne do naszego układu Słońce-Ziemia. Start misji planowany jest na rok 2024 z Kourou i trwać ma 6 lat, operując z punktu Libracyjnego L2 około 1.5mln kilometrów od Ziemi.

Skoro mamy juz wstęp, to spróbujmy przyjrzeć się bliżej misji PLATO.

Tranzyt planety na tle tarczy gwiazdy i jej wpływ na jasność obserwowaną jest raczej dosyć jasny, ale dla tych którzy jeszcze nie znają tej metody, poniższa grafika z pewnością wiele wyjaśni.
trans_ani
screen-shot-2011-09-26-at-5-40-04-pm
Tranzyt na tle gwiazdy

Prędkość radialna wymaga trochę lepszej animacji, ale na szczęście mamy i taką która powinna wam rozjaśnić sprawę lepiej niż jakiekolwiek słowa:

spectro

OK, mam nadzieję, że sytuacja się delikatnie rozjaśniła!

Znając masę oraz promień planety, możemy policzyć średnią gęstość planety, przy tym ocenić czy mamy do czynienia z planeta gazową czy może skalistą ? Znając dystans orbitalny oraz parametry atmosfery, stwierdzimy czy planeta nadaje się do życia (w sensie w jakim życie znamy, czyli na podstawie obserwacji z naszej planety). Znając wiek scharakteryzujemy planety oraz dowiemy się więcej o ewolucji systemów planetarnych, im więcej danych zbierzemy tym więcej możliwych korelacji jesteśmy w stanie zauważyć. W tym celu potrzebujemy także danych o samej gwieździe aby móc ją odpowiednio scharakteryzować. Błędna charakterystyka wpłynęłaby na dalszą propagację błędów i w rezultacie na złą klasyfikację egzoplanety (na przykład jako znajdującą się w strefie nadającej się do życia).

Untitled
Strefa przyjazna życiu

Poniższa grafika przedstawia rzeczywiste sklasyfikowane egzoplanety, przy czym jak widzimy czynnik błędu jest bardzo wysoki, szczególnie jeśli chodzi o masę, jest to spowodowane tym, ze Kepler nie dostarcza nam specjalnie żadnych konkretnych informacji o charakterystyce odkrytych egzoplanet.

Untitled 2

Tymczasem potrzebujemy tych parametrów zmierzonych z wysoką dokładnością aby móc oddzielić planety typu ziemskiego od planet mini-gazowych.

Untitled 3

PLATO ma wskazać planety które powinny być poddane dokładniejszemu badaniu spektroskopowemu ich atmosfer, wskazując dzięki temu potencjalne planety na których może istnieć życie!

Ci którzy śledzą aktualne misje NASA bądź ESA z pewnością słyszeli o misjach takich jak Cheops(ESA) czy TESS (NASA) oraz K2 (NASA), problem z tymi misjami jest taki, że skupiają się one głównie na szukaniu planet, których okres obiegu wokół gwiazdy to nie więcej jak ~80 dni. W skrócie misje te nie wykryłyby nawet w naszym układzie niczego poza Merkurym!

Untitled 4

Ponadto PLATO po raz pierwszy oszacuje wiek obserwowanych systemów planetarnych, co z pewnością przyczyni się do lepszego ocenienia w jakiej aktualnie fazie obserwowane planety mogą się znajdować.

Untitled 5

Z powyższej grafiki, widać także, że nie bez znaczenia jest średnia gęstość, co z kolei jeśli się bliżej przyjrzeć daje pewien obraz i pozwala snuć wnioski na temat ewolucji układów planetarnych. Pozwala nam to też stawiać pytania, na które dziś nie znamy odpowiedzi. Czy istnieją super-masywne planety skaliste ? Jeśli tak to jak powstają ?

Untitled 6

Untitled 7
Przewidywany model formowania się planet

PLATO pozwoli skonfrontować nasze przewidywania z obserwacjami i pomiarami, łącząc w sobie zarówno parametry i charakterystykę gwiazdy, jak również szczegółowe dane dotyczące planet, tego jak ich gęstości oraz masy mają się do odległości od gwiazdy, czy do samych parametrów gwiazdy.

Świetnie, dobrnąłeś aż tutaj, więc należy Ci się jeszcze solidniejsza dawka informacji! Otóż poniżej spróbuje przedstawić w jaki sposób naukowcy misji PLATO mają zamiar dokonać powyższego!

Dwie koncepcje budowy, obydwie na zakładają 32 wolniejsze kamery 25s(sekundowe) (światło białe) oraz dwie szybkie 2.5s(sekundowe) dwu kolorowe.

Untitled 10 Untitled 9 Untitled 8

Untitled 11

Strategia obserwacyjna rozłożona na 6 lat, uwzględnia 2 obszary na niebie w których przegląd potrwa dłużej.

Untitled 12

Potencjał misji PLATO w detekcji planet podobnych do Ziemi oraz Super-Ziemi w porównaniu do misji Kepler oras TESS.

Untitled 13
Po lewej: krótki okres obiegu, Po prawej: Odległości dla układów podobnych do Słońce-Ziemia które uznajemy za zdolne do życia

Wyniki misji PLATO pozwolą skierować teleskopy misji JWST, E-ELT czy SPICA w konkretnie wskazane miejsca w celu dalszego badania atmosfer wskazanych planet oraz późniejszego przygotowania nowych misji w celu szukania śladów życia we Wszechświecie!