Misja otrzymała imię niemieckiego astronoma Johannesa Keplera, żyjącego na przełomie XVI i XVII wieku, któremu zawdzięczamy odkrycie reguł, jakie rządzą ruchami planet Układu Słonecznego.
Przełomowa misja
Kosmiczny teleskop Keplera to największe urządzenie tego typu, jakie wysłałano w kosmos. Największe, ale nie najdroższe, ponieważ jego stworzenie kosztowało aż 500 mln dolarów i wpisuje się w program tworzenia przez amerykańską Agencję Kosmiczną szeregu niskobudżetowych programów badawczych. Cała maszyneria waży ponad tonę – 1039 kg. Jego misja potrwa co najmniej trzy lata, a jeśli wyniki będą obiecujące – zostanie wydłużona.
- „To historyczna misja” – mówi Edward Weller z NASA. – „Być może pomoże nam w odpowiedzi na pytanie, które nurtuje ludzkość od początku zainteresowania kosmosem: czy jesteśmy w nim sami?” – wyjaśnia. O przełomowości projektu przekonany jest także Michael Bicay, dyrektor naukowy w Ames Research Center NASA w Kalifornii : – „Żadne odkrycie nie jest tak ważne, jak znalezienie planet” – mówi.
Obserwatorium Kepler będzie umożliwiało poszukiwanie pozasłonecznych globów (tzw. egzoplanet) zbliżonych wielkością do naszej planety. Wyścig łowców planet trwa już prawie 20 lat i zawiera bardzo silny polski akcent: rozpoczął się bowiem w 1990 roku, kiedy prof. Aleksander Wolszczan odkrył pierwszy układ trzech planet pozasłonecznych. Od tamtego czasu astronomowie odkryli już wiele planet krążących wokół odległych gwiazd, żadna z nich nie jest jednak bliźniaczo podobna do Ziemi.
Start misji Kepler:
Znamy jak dotąd około 340 planet krążących wokół innych „słońc”, ale większość z nich to wielkoludy, jeśli porównać je z Ziemią. Nie zapominajmy, że Ziemia to – jak na rozmiary innych obiektów w kosmosie – twór bardzo niewielki. W samym Układzie Słonecznym należy przecież do grupy mniejszych, skalistych planet, w odróżnieniu od tzw. gazowych gigantów, takich jak Jowisz czy Saturn. To właśnie do Jowisza podobna jest większość znalezionych przez nas planet – od największej planety Układu Słonecznego wzięła się również nazwa wielu z tych pozasłonecznych światów: „gorące Jowisze” to bowiem bardzo masywne planety, krążące tak blisko swoich gwiazd, że panuje na nich bardzo wysoka temperatura.
Zdaniem naukowców nie jest jednak prawdopodobne, by małe skaliste planety, krążące stosunkowo blisko swoich gwiazd (jak Mars, Ziemia czy Wenus) uformowały się tylko w naszym Układzie. Posiadamy coraz więcej dowodów, że Układ Słoneczny z malcami blisko Słońca i gigantami w dostojnej odległości od niego to nie żadna kosmiczna anomalia, a prawa budowy i rozkładu planet, jakie w nim spotykamy, powtarzają się we Wszechświecie w innych miejscach. Istniejące teorie, które próbują wyjaśnić, jak powstają masywne planety, głoszą, że rodzą się one za tzw. linią śniegu, czyli tam, gdzie jest na tyle zimno, że obszary lodu (niekoniecznie powstałego z wody, ale np. metanu) w danym układzie są stabilne. Bezpośrednio za linią śniegu planety powinny powstawać najszybciej i być najmasywniejsze, a masa kolejnych, bardziej oddalonych powinna maleć – a zatem dokładnie tak, jak to obserwujemy w naszym Układzie (Jowisz, Saturn, Uran, Neptun). Odkryty przez Polaków układ OGLE-2006-BLG-109 dodatkowo wzmacnia to przekonanie.
Rozmiar maleńkich skalistych globów utrudnia jednak ich poszukiwania – co oczywiste, dużo łatwiej jest odnaleźć dużą planetę. I właśnie dlatego powstał Kepler: ma on szukać planet typu ziemskiego krążących wokół swych słońc w odległości sprzyjającej występowaniu tam atmosfery i wody w stanie ciekłym.
Wpatrzony w kawałek nieba
Oko teleskopu o niemal półtorametrowej średnicy zostanie skierowane na wycinek Drogi Mlecznej, wybrany ze względu na ilość obserwowanych w nim przez nas gwiazd. Wstępne założenia mówią, że kosmiczny teleskop skupi się na wycinku naszej Galaktyki z kilkoma milionami gwiazd pomiędzy konstelacjami Łabędzia i Liry. Patrząc z Ziemi, uznamy to za niewielki wycinek - ma on wielkość powierzchni dłoni na długość wyciągniętego ramienia. Kepler będzie śledził zmiany jasności tych potencjalnych słońc za pomocą kamery CCD o gigantycznej rozdzielczości 95 megapikseli (dla porównania – standardowy cyfrowy aparat fotograficzny ma 8-10 megapikseli). Jeżeli daną gwiazdę obiega planeta, okresowo będziemy musieli zauważyć zmiany w jej jasności.
Nie jest to nowa metoda badań kosmosu – funkcjonuje pod nazwą metody tranzytowej. Przykłady takich „tranzytów” w kosmosie możemy często obserwować z Ziemi przy pomocy lornetki i kartki papieru – klasycznym przykładem są przejścia Wenus lub Merkurego na tle tarczy słonecznej. Widać wówczas czarną kropkę wędrującą przez kilka godzin na tle słonecznego dysku. Zmiany jasności odległych gwiazd nie od dzisiaj śledzą wielkie teleskopy naziemne. Przewaga Keplera będzie jednak znacząca – z przestrzeni kosmicznej można zobaczyć więcej i precyzyjniej, ponieważ widoku nie zasłania niestabilna ziemska atmosfera. – "Nikłe sygnały odległych gwiazd są bardzo trudne do wykrycia" – powiedział James Fanson, menedżer projektu Kepler z Jet Propulsion Laboratory w Pasadenie w Kalifornii. – "Nasz plan to wpatrywanie się w gwiazdy przez trzy lata i czekanie, czy któraś nie mrugnie".
Do misji takich poszukiwań nie nadawały się jednak istniejące już teleskopy kosmiczne, np. teleskop Hubble’a, ponieważ poszukiwanie planet wymaga specjalizacji i cierpliwego obserwowania wciąż tego samego fragmentu nieba. Poczciwy i wysłużony teleskop Hubble’a ma też zbyt wąskie pole widzenia, specjalizując się w obserwacji punktowych obiektów, a nie obszarów. Także czułość instrumentów wysłanego na orbitę w 1990 roku staruszka Hubble’a pozostawia już wiele do życzenia. Wówczas cyfrowe kamery nawet o takich rozdzielczościach, jakie dzisiaj mamy w domach, były pieśnią przyszłości.
Co zatem stanie się, jeżeli superczułe nowoczesne instrumenty obserwatorium Keplera wykryją nieznaczny spadek jasności danej gwiazdy? Trafi ona na listę „podejrzanych” o posiadanie planet. Następnym etapem będzie monitorowanie powtarzalności tych anomalii. Jeżeli zaćmienia jasności będą regularne, a czas ich trwania będzie za każdym razem zbliżony, uczeni będą mieli pewność, że dana gwiazda jest obiegana przez planetę. Wielkość planety będzie zaś można oszacować na podstawie stopnia utraty blasku gwiazdy.
Oczekiwania wobec nowego teleskopu są wielkie. Autorzy projektu maja nadzieję na odkrycie nawet 50 planet typu ziemskiego oraz blisko 1000 większych obiektów, z czego aż 12 proc. ma krążyć w wielokrotnych systemach planetarnych – a zatem takich jak nasz.
Co będzie dalej? Jeśli program się sprawdzi, naukowcy z NASA mają już kolejne projekty. – "Są już kolejne projekty instrumentów orbitalnych, za pomocą których mamy nadzieję uzyskać nawet zdjęcia planet poza Układem Słonecznym. W 2011 roku po raz pierwszy w dziejach poślemy w kosmos nie jeden, lecz dwa teleskopy. Zostaną one połączone w taki sposób, aby jednocześnie mogły obserwować ten sam obiekt – jak nasze oczy. To da obrazy o znacznie większej rozdzielczości niż Kepler" – komentuje prof. Geoff Marcy z Berkeley University, prawdziwy „łowca egzoplanet”.
W pogoni za nieskończonością
Już Kepler nie będzie jednak osamotniony. W ślad za nim w kosmos poleci europejski konkurent – należący do ESA teleskop Herschel. Nie będzie on jednak zajmował się poszukiwaniem planet, ale podąży szlakiem , jaki wytyczył naukowiec, od którego wziął swoja nazwę. W 1784 roku William Herschel ogłosił bowiem, że nasza galaktyka ma skończone rozmiary, a przy okazji prawidłowo opisał kształt Drogi Mlecznej. Teleskop Herschel przyjrzy się kwestii nieskończoności Wszechświata.
Obserwatorium Herschel wyposażono w olbrzymie zwierciadło o średnicy 3,5 m – największe i najczulsze, jakie kiedykolwiek wyniesiono w kosmos. Dzięki tak wielkiemu oku Herschel będzie mógł spojrzeć bardzo daleko w przestrzeń kosmiczną, a zatem i bardzo daleko w przeszłość.
Podstawowym zadaniem, jakie postawiono przed teleskopem Herschela będzie badanie procesu formowania się galaktyk, które miało miejsce przed miliardami lat. Najdalsze galaktyki są jednocześnie najmłodsze, ponieważ światło, które one wyprodukowały tak dawno temu u swego zarania, dopiero teraz dotarło w pobliże Ziemi.
Największy posłany w kosmos teleskop będzie śledził także narodziny gwiazd oraz ich chemiczne reakcje z otoczeniem, komety, planety i ich księżyce. Wyzwanie jest spore, ale kosmiczny Herschel będzie mógł prowadzić obserwacje nie tylko w świetle widzialnym, ale i np. w podczerwieni.
Czy maszyna europejskiej produkcji poradzi sobie z takimi wyzwaniami? Ogromne zwierciadło teleskopu musi wytrzymać trudy lotu na orbitę, surowe warunki panujące w przestrzeni kosmicznej. Wyznaczono już dla niego specjalne miejsce - teleskop zostanie umieszczony 1,5 mln km od Ziemi w jednym z tzw. punktów Lagrange’a, w miejscu, gdzie znoszą się siły grawitacyjne Ziemi i Słońca. Pozwoli to utrzymać obserwatorium w stabilnej pozycji bez potrzeby korygowania jego położenia za pomocą silniczków. Herschel będzie obserwował niebo przez 3 lata – do wyczerpania się jego zapasów helu używanego jako chłodziwo detektorów obrazu. Jego start planowany jest na połowę kwietnia.
Eugeniusz Wisniewski
Obejrzyj film o misji Kepler (język angielski):
