V noci na úterý 17. dubna v 00:32 našeho času odstartuje z Mysu Canaveral raketa Falcon 9.
SpaceX vůbec poprvé vynese do vesmíru vědeckou družici NASA. Nový lovec exoplanet TESS (Transiting Exoplanet Survey Satellite) je považován za nástupce legendárního Keplera, i když s ním nemá moc společného.
TESS se stejně jako Kepler zaměří na hledání exoplanet a to s využitím tranzitní metody. Družice bude sledovat desítky tisíc hvězd a měřit jejich jasnost. Přítomnost planety se projeví nepatrným poklesem jasnosti hvězdy v době, kdy před ní planeta přechází.
Čtyři kamery v chladu
TESS není žádný velký kosmický dalekohled typu Hubble. Ve skutečnosti je to malá družice, která se skládá ze dvou základních částí. Šestiúhelníková konstrukce obsahuje všechny důležité přístroje pro komunikaci, řízení, orientaci a stabilizaci v prostoru a také palivovou nádrž s hydrazinem pro pětici motorů. Druhou viditelnou částí je sluneční clona, která „obaluje“ čtveřici kamer.
Čtyři kamery se skládají ze tří základních částí: sluneční clony, sedmi čoček a CCD detektoru. Elektronika přenese digitalizované snímky z detektoru do Jednotky pro zpracování dat, kde se surové obrazy CCD přemění na datové produkty, které jsou následně odeslány na Zemi.
TESS bude pozorovat zejména v infračervené části spektra, takže detektory musí pracovat při teplotě -75 stupňů Celsia. Žádné aktivní chlazení ale na palubě není. Konstrukce družice a její dráha poskytují relativně konstantní teplotu po celou dobu oběhu okolo Země. Regulace teploty se tak odehrává pouze v oblasti elektroniky: teplo je odváděno do radiátorů a na palubě jsou ohřívače, které udrží elektroniku v případě nouze v přijatelné teplotě.
Dvojice solárních panelů o rozměrech 0,89 x 1,1 m dodá 415 W energie, což plně pokryje požadavky družice (cca 290 W). Družice také obsahuje antény pro přenos telemetrie a velkou 70 cm anténu pro přenos získaných dat.
Speciální dráha
TESS bude obíhat okolo Země po velmi speciální dráze, na kterou se ještě žádná družice nikdy v historii nevydala. Velmi protáhlá dráha byla zvolena z několika důvodů. Tím hlavním je splnění úkolů mise – hledání exoplanet po téměř celé obloze.
Na své dráze nebude TESS čelit velkým teplotním výkyvům, vyhne se Van Allenovým radiačním pásům a bude moci pozorovat jedno místo na obloze po delší dobu.
Falcon 9 dopraví TESS na parkovací dráhu ve výšce 200 až 270 000 km. Poté čeká družici série zážehů vlastních motorů a postupné navedení na cílovou dráhu, kam se dostane 60 dní po startu.
Samotné úpravy dráhy vlastními motory by ale nestačily. TESS pomůže také gravitace Měsíce. Proletí okolo něj ve vzdálenosti asi 3,5 tisíce kilometrů.
Parametry konečné dráhy
- Perigeum (bod nejblíže k Zemi): 17 poloměrů Země, 108 000 km
- Apogeum (bod nejdál od Země): 59 poloměrů Země, 376 300 km
- Oběžná doba: 13,7 dní
Během cesty na finální dráhu bude probíhat testování přístrojů a kalibrace. Přibližně 68 dní po startu začnou vědecká pozorování.
Během jednoho oběhu s TESS
Každá kamera zabere zorné pole o rozměrech 24 x 24 stupňů. Všechny 4 kamery budou pozorovat oblast na obloze o celkových rozměrech 24 x 96 stupňů. Této oblasti se říká sektor a vlezlo by se do něj 10 tisíc Měsíců v úplňku! Jak vekou část oblohy bude TESS pozorovat, si můžete i sami vyzkoušet. Pokud natáhnete ruku a roztáhnete co nejvíce prsty, tak vzdálenost mezi palcem a malíčkem je asi 20 stupňů.
Během průletu okolo Země se jednou za 13 dní práce na pár hodin přeruší, TESS nasměruje anténu k Zemi a dojde k přenosu dat. Rozhodně bude co přenášet. Za jedinou sekundu vyprodukuje TESS 68 MB dat!
Po přenosu dat se TESS vrátí ke své práci. Po dvou obězích okolo Země (cca 27 dnech) se pootočí a začne pozorovat další sektor.
Celkem je na severní i jižní obloze po 13 sektorech, které se částečně překrývají. Různé části oblohy tak bude TESS pozorovat 27 až 351 dní.
V nejdéle pozorované části oblohy leží CVZ (Continuous Viewing Zone), což je oblast, ve které může připravovaný dalekohled Jamese Webba (JWST) pozorovat kdykoliv během roku. Jedním z hlavních úkolů TESS je najít exoplanety, které JWST prozkoumá – zaměří se na jejich teplotní profil a atmosféru.
Start JWST byl nedávno odložen na květen 2020, což by mělo být v době, kdy TESS dokončí průzkum severní i jižní oblohy.
Jeden snímek každé dvě minuty
TESS bude mít v hledáčku celkem 200 tisíc vybraných hvězd. V jednom sektoru je jich průměrně asi 10 tisíc. Jasnost těchto hvězd bude pozorovat každé dvě minuty. Mezi vybranými hvězdami jsou červení trpaslíci i hvězdy podobné Slunci. Všechny mají jedno společné – jsou relativně blízko od nás, takže i přijatelně jasné, což je důležité pro další výzkum. Pro přesná měření je totiž potřeba solidní poměr signál x šum.
Kromě toho ale TESS pořídí každých 30 minut snímek celého zorného pole. Tyto Full Frame Images (FFI) poslouží k mnoha účelům. Také 30 minutová kadence bude stačit k objevování dalších exoplanet u „nepreferovaných hvězd“. Data ale využijí astronomové i k výzkumu supernov, hledání dosvitů gama záblesků, výzkumu asteroidů apod.
Nástupce Keplera?
TESS je a bude označována jako nástupce slavného dalekohledu Kepler, který odstartoval v roce 2009 a objevil tisíce exoplanet. Nástupcem bude skutečně minimálně v symbolické rovině. Zatímco TESS začíná, Kepler pomalu končí, protože mu dochází palivo.
Oba lovci také využívají zmíněnou tranzitní metodu. Tím ale podobnosti končí. Kepler je zrcadlový dalekohled, obíhá okolo Slunce a jeho úkolem byl zejména statistický průzkum. Měl odpovědět, jak časté jsou exoplanety, které typy exoplanet jsou nejběžnější apod.
V rámci hlavní mise pozoroval jediné zorné pole, ve kterém nejsou prakticky žádné blízké hvězdy. Většina Keplerových světů je stovky a tisíce světelných let daleko.
| |
Kepler |
TESS |
| Velikost |
4,7 m × 2,7 m |
3,7 × 1,2 × 1,5 m |
| Startovní hmotnost |
1 050 kg |
350 kg |
| Oběžná dráha |
heliocentrická |
vysoká oběžná dráha Země |
| Vlnové délky |
430 až 890 nm |
600 až 1000 nm |
| Zorné pole |
115 čtverečních stupňů |
2300 čtverečních stupňů (postupně průzkum většiny oblohy) |
| Optika |
Zrcadlo typu Schmidt o průměru 1,4 m |
4 kamery s průměrem 10 cm |
| Cíl |
Statistický průzkum exoplanet |
Hledání exoplanet u blízkých hvězd |
| Nosič |
Delta II |
Falcon 9 |
| Kadence |
1 minuta / 30 minut |
2 minuty / 30 minut |
| Náklady |
cca 600 milionů USD |
cca 243 milionů USD |
Nakonec je zde ještě jeden rozdíl. Kepler pracuje převážně ve viditelné části spektra, doménou TESS bude spíše infračervená. Delší vlnové délky byly zvoleny záměrně. Lépe se v nich pozorují červení trpaslíci.
Chladnější a menší hvězdy jsou nejběžnějším typem hvězd v Galaxii. Hledání exoplanet u nich je snadnější než u hvězd typu Slunce. Jednak proto, že jsou menší (planeta o velikosti Země způsobí větší pokles jasnosti), ale také chladnější. Obyvatelná oblast se nachází blíže k nim, takže na povrchu potenciálně obyvatelného světa trvá rok jen desítky dní. Za dobu jednoho roku může být pozorováno více tranzitů.
Menší vzdálenost planety od hvězdy také znamená větší matematickou pravděpodobnost tranzitu, která je obecně poměrně malá. Například u soustavy Slunce – Země je to méně než 0,5 %. Jinými slovy tranzituje jen jedna planeta u dvou set pozorovaných hvězd.
Kolik exoplanet najde a kdy budou první výsledky?
Podle odhadu z roku 2015 objeví TESS asi 1700 exoplanet v rámci průzkumu 200 000 vybraných hvězd. Tento počet zahrnuje 556 planet menších než 2 Země a z toho 419 planet bude u červených trpaslíků.
Přibližně 48 planet by mohlo obíhat blízko nebo uvnitř obyvatelné oblasti. Některé novější odhady jsou ještě optimističtější. Další tisíce exoplanet může TESS najít v rámci FFI.
V případě úspěšného startu začne TESS pozorovat přibližně na konci června (konkrétně 68 dní po startu). První výsledky by mohly být nejdříve v září, říjnou, ale pravděpodobně až po Novém roce na tradičním sjezdu Americké astronomické společnosti.
Budou i další lovci tranzitů
Už na začátku příštího roku má ruská raketa Sojuz vynést z Francouzské Guyany družici Cheops. Dalekohled o průměru 32 cm bude také využívat tranzitní metody, ale zaměří se na hvězdy, u kterých už byly exoplanety objeveny. Hlavním cílem je zpřesnit nebo určit poloměry známých exoplanet.
Na rok 2016 chystá Evropská kosmická agentura družici PLATO, která bude disponovat hned 26 kamerami. Zorné pole bude podobně velké jako TESS. Také v tomto případě půjde o lovce tranzitujících exoplanet, který se ale zaměří na planety na vzdálenějších drahách u hvězd podobných Slunci. Výborně tak doplní výsledky TESS.
V nejbližších letech nás tak čekají objevy desítek tisíc světů. Je na některém z nich život?
