ekliptika

"Strategian keskeinen tekijä on rajoittaa etsintä taivaalla hyvin pienelle  alueelle. Silloin voimme kenties saada ihmisiän puitteissa selville, ovatko Maan ulkopuoliset tähtitieteilijät löytäneet kotiplaneettamme. He ovat ehkä todenneet, että Maalla on elämästä kertova ilmakehä ja yrittävät siksi saada meihin yhteyden", arvioi Heller.

Kaikki tähdet eivät ole otollisia elämän kannalta suotuisille planeetoille. Massiivisten tähtien elinkaari on todennäköisesti liian lyhyt, jotta sitä kiertävällä planeetalla ehtisi kehittyä elämää – tai ainakaan älyä – ennen kuin tähti alkaa olla jo kehityksenä loppuvaiheissa.

Tutkijat listasivat tunnetut tähdet, jotka ovat sekä taivaalla tutkimuksen rajaamalla alueella että elämän kehittymisen kannalta suotuisia. Tuloksena on 82 auringonkaltaisen lähitähden luettelo, joka voisi toimia lähtökohtana kohdennetulle SETI-tutkimukselle (Search for Extra-Terrestrial Intelligence).

Linnunradan tähdistä useimmat ovat kuitenkin Maasta katsottuna niin himmeitä, että niitä ei kyetä lainkaan havaitsemaan. Siksi tutkijat arvioivat kotigalaksimme tähtitiheyttä koskevien laskelmien perusteella, kuinka monta tähteä ekliptikan tason suunnassa on ja kuinka monella niistä voi olla planeetta, jolla on kehittynyt älyllistä elämää.

Tulos: noin 100 000.

Niiden etsimisessä tulee apuun PLATO-luotain, jonka Euroopan avaruusjärjestö ESA suunnittelee laukaisevansa vuonna 2024. Sen tavoitteena on löytää nimenomaan pieniä, maankaltaisia planeettoja. 

"PLATO saattaa nähdä sellaisten eksoplaneettojen aiheuttamia ylikulkuja, joiden mahdolliset asukit pystyisivät havaitsemaan Maan vaeltavan Auringon editse", Heller toteaa. "Silloin sekä heillä että meillä olisi mahdollisuus tutkia toistemme planeettoja."

Tutkimuksesta kerrottiin Max Planck -instituutin uutissivuilla.

Kuvat: NASA/Axel Quetz (MPIA)/Axel Mellinger, Central Michigan University

Keplerin ylivoimaisena etuna on, että se tarkkaili kaikkia 150 000 tähteä samanaikaisesti ja jatkuvasti. Menetelmän rajoituksena puolestaan on, että planeetan ratatason on oltava lähellä suuntaa, josta tähteä tarkastellaan. Jos oletetaan, että auringonkaltaisella tähdellä on maankaltainen planeetta, joka kiertää sitä samalla etäisyydellä kuin Maa kiertää Aurinkoa, rata on planeetan löytymisen kannalta sopivassa asennossa noin puolen prosentin todennäköisyydellä.

Havaittavienkin eksoplaneettojen löytymistä puolestaan hidastaa se, että ylikulun aiheuttama tähden kirkkauden himmeneminen on mitattava kolmeen otteeseen, jotta löytö voidaan varmistaa. Lähempänä tähteä kiertävä planeetta kulkee sen editse lyhyemmin väliajoin, joten niiden olemassaolon varmistaminen onnistuu nopeammin. Jos otetaan jälleen vertailukohdaksi Maa, samankokoisen ja samanlaisella radalla kiertävän planeetan olemassaolo varmistuisi vasta kolmen vuoden havaintojen tuloksena.   

Menetelmän rajoituksista huolimatta Keplerin ensimmäiset havainnot kesältä 2009 osoittivat avaruusteleskoopin toimivan odotusten mukaan: se varmisti aiemmin löytyneen eksoplaneetan olemassaolon ja löysi muutamassa viikossa viisi ennestään tuntematonta planeettaa. Varsinaisen havainto-ohjelmansa aikana Kepler listasi yli 3 800 eksoplaneettakandidaattia, joista liki tuhat on jo varmistettu.

Osa lopuista ehdokkaista saattaa osoittautua virhehavainnoiksi, mutta yli 90 prosentin arvellaan kuitenkin olevan todellisia planeettoja. Niiden olemassaolo varmistuu myöhemmin avaruudesta tai maanpinnalta tehdyillä havainnoilla. Jos planeetan kiertoaika on useita vuosia, Kepler ehti neljän vuoden aikana ”nähdä” ainoastaan yhden ylikulun. Sen toiminta nimittäin päättyi alkuperäisessä muodossaan vuonna 2013.

Keplerin suuntaukseen käytettiin gyroskooppeja, joita tarvitaan kolmen suunnan hallintaan kolme. Usein avaruusaluksiin asennetaan varmuuden vuoksi neljä gyroskooppia, niin myös Kepleriin. Onneksi, sillä yksi niistä rikkoutui jo kesällä 2012. Kun toinenkin gyroskooppi meni epäkuntoon keväällä 2013, teleskoopin tarkka suuntaus ei enää onnistunut, joten havainto-ohjelma jouduttiin keskeyttämään.

Tutkijat eivät jääneet toimettomina manailemaan huonoa tuuria, vaan suunnittelivat uuden ohjelman, josta Kepler suoriutuisi rampanakin. Sen sijaan, että teleskooppi tuijottaisi vuosikausia täsmälleen samaan suuntaan ja tarkkailisi tähtien kirkkauksia yhdellä ainoalla taivaanalueella, se siirtää säännöllisin väliajoin katsettaan pitkin Maan ratatasoa eli ekliptikaa. Sen suunnassa teleskoopin kääntely onnistuu kahden yhä toimivan gyroskoopin turvin.

Kun tarkkaa suuntausta ei voida enää tehdä ja ylläpitää mekaanisesti, Kepler käännetään sellaiseen asentoon, että se pysyy vakaana Auringon säteilypaineen ansiosta. Avaruusteleskoopin aurinkopaneelit muodostavat sen toiselle puolelle harjakattomaisen rakenteen. Kun teleskooppi käännetään kiertoratansa tason suuntaiseksi ja ”katonharja” suoraan kohti Aurinkoa, säteilypaine jakautuu paneeleihin tasaisesti ja pitää teleskoopin tukevasti samassa asennossa.

Uuden menetelmän ansiosta Kepler voi tuijottaa samaan suuntaan kerrallaan noin 2,5 kuukauden ajan. Sitten sitä on käännettävä uudestaan, jotta Aurinko ei pääse paistamaan suoraan teleskooppiin ja kärventämään sen herkkiä ilmaisimia. Ensimmäinen 75 vuorokauden havaintojakso alkoi toukokuussa ja kahden vuoden aikana on tarkoitus toteuttaa 9–10 samanpituista jaksoa.

Lyhyt havaintoaika yhtä aluetta kohti pienentää todennäköisyyttä löytää uusia ja etenkin maankaltaisia planeettoja auringonkaltaisilta tähdistä. Uusien planeettojen kiertoaika voi olla korkeintaan kolmisen viikkoa, jotta ylikulkuja kertyy varmaan havaintoon vaaditut kolme kappaletta.

Siksi Kepler tekee K2-ohjelman aikana eksoplaneettojen etsinnän lisäksi havaintoja eri-ikäisistä tähdistä, supernovista, tähtijoukoista ja aktiivisista galakseista. Samalla saadaan listattua lupaavia kohteita tuleville avaruusteleskoopeille, esimerkiksi vuonna 2018 laukaistavalle Webb-avaruusteleskoopille, jota on tarkoitus käyttää myös eksoplaneettojen metsästykseen.

Varsinaisten havaintojen aloittamista edelsi puolentoista kuukauden testijakso, jonka aikana improvisoitu suuntausmenetelmä osoittautui hyvin tarkaksi. Keplerin näkökentän todettiin vaeltavan ainoastaan yhden pikselin verran kuudessa tunnissa. Tekemällä ohjausraketeilla aika ajoin pientä hienosäätöä päästään liki samaan tarkkuuteen kuin varsinaisen havainto-ohjelman aikana. Polttoaineen kulutuskin on niin vähäistä, että sen lasketaan riittävän kolmen vuoden jatkoaikaan.

Havaintojakson ensimmäisen puolentoista viikon aikana Kepler löysi jo kolme eksoplaneettaehdokasta, jotka kaikki ovat kooltaan Jupiterin luokkaa. Tutkijat odottavat, että K2-ohjelmalla saadaan haaviin maankaltaisten ja jättiläisplaneettojen välimaastossa olevia kiertolaisia sekä vasta syntymässä olevia planeettoja, jotka piileksivät osittain protoplanetaaristen kiekkojen sisällä. Niiden myötä saataisiin tietoa myös planeettajärjestelmien synnystä ja varhaisista kehitysvaiheista.