Uus tehnoloogia võimaldas astronoomidel sooritada haruldaste eksoplaneetide kaugseire. Projekt 1640 raames kasutatud riist- ja tarkvaraga salvestasid teadlased Maast 128 valgusaasta kaugusel oleva tähesüsteemi planeetide keemilised spektrid. Planeetide kirjeldus avaldatakse teadusajakirjas The Astrophysical Journal.
Keskse tähe HR 8799 valgus on optiliselt summutatud, selle jäägid aga eemaldati digitaalselt. Täht paikneb kujutise keskosa mustas alas. Tähed b kuni e markeerivad planeete. Optilise spektriosa 30 eri lainepikkuse komposiitkujutis on pildistatud 1.25 tunnise säriga vahemikus 14. - 15. juuni 2012. Projekti koodnimi on 1640.
„Öeldakse, et pilt kõneleb tuhat sõna. Julgen väita, et spektripilt räägib tuhandeid kordi rohkem,“ ütles Ameerika Looduloosmuuseumi (American Museum of Natural History) juhataja ning artikli põhiautor Ben R. Oppenheimer.
Vaatlused sooritati Kalifornia Palomar Observatooriumis. Projekti on kaasatud hulgaliselt Ameerika teadusasutusi, muuhulgas Caltech ja NASA.
HR 8799 tähesüsteemi on varemgi uuritud, ent vaid süsteemi kaugemat planeeti. Ulatuslikumat pilguheidet takistas spektromeetreid pimestav ere valgus. Spektroskoobiga saab uuritava valguse komponentideks jagada. Üks lihtsamaid spektroskoope on klaasprisma, mis avaldab valge valguse värvilise olemuse. Et igal kemikaalil, näiteks süsinikdioksiidil, metaanil ja veel, on iseloomulikud spektrijooned, saab meetodiga määrata planeedi atmosfääri koostise. Sellest saab omakorda teha järeldusi planeedi pinnal toimuva kohta.
[vsw id=”o9R2NPKVICQ” source=”youtube” width=”425″ height=”344″ autoplay=”no”]
Video on väljavõte Haydeni Planetaariumis tehtud ulatuslikuimast ning täpseimast kolmemõõtmelisest Universumi kaardist. Video kuvab teisigi teadaolevaid eksoplaneetide süsteeme (nende ümber on joonistatud sinised ringid). Järgneva kolme aasta jooksul on teadlastel plaan sama meetodiga teisigi planetaarsüsteeme avastada.
„19. sajandil arvati, et tähtede koostist on võimatu uurida. Astronoomilise spektroskoopia leiutamine on võimaldanud aga ajaloolisest dogmaatikast eralduda ning lähemate tähtede ning nende kodugalaktikate kohta hulgaliselt informatsiooni koguda,“ ütles NASA Eksoplaneetide Instituudi tegevjuht Charles Beichman. „Projekt 1640 tarbeks oleme loonud eksoplaneetide uurimise erispektromeetria. Saame uurida eksoplaneetide orbiite, atmosfääri koostist, temperatuuri ning teisi omadusi.“
Monteerimiseelne Projekt 1640 instrumentaarium 508 cm läbimõõduga Hale'i teleskoobikupli all.
„Tulemused on teaduslikud isuäratajad,“ lisas Oppenheimer. „Jäädvustatud soojad punased planeedid erinevad oluliselt teistest teadaolevatest Universumi objektidest. Kõigil neljal planeedil on erinev ning erakordne spekter. Teoreetikutel on seisab ees vali tööpõld.“
Rõhuvaim probleem on spektrite näiline keemiline ebatasakaal. Aluskeemia ennustab, et ammoniaak ning metaan saavad erinevates vahekordades seguneda juhul, kui nende keskkond on väga külm või väga soe. Uuritud planeetide atmosfääri temperatuur on keskmiselt 1000 K ning neis leidub kas ammoniaaki või metaani. Varem taolist gaaside eraldatust planeetide puhul täheldatud ei ole. Üllatavalt sisaldab nende atmosfäär ka atsetüleeni. Süsinikdioksiidi avastamine oli oodatum.
Planeedid kiirgavad pikematel lainepikkustel kui sarnaste temperatuuridega taevakehad tavaliselt. Seda saab seletada tugeva, ent vahelduva pilvisusega.
HR8799 on inimkonna kodutähest 1,6 korda raskem ning viis korda eredam. Tähe eredus võib 8 päeva jooksul varieeruda kuni 8 % ning see toodab 1000 korda rohkem ultraviolettkiirgust kui Päike. Kõik need asjaolud võivad planeetide spektreid mõjutada, põhjustades näiteks keerukaid ilmastikuolusid ning nõgiseid udusid, mis on atmosfääri spektri perioodilisest muutumisest tuvastatavad.
Graafikul on tähe HR 8799 nelja planeedi spektrid. Y-teljel on objekti eredus, x teljel aga kiirguse lainepikkus. Miinimumid ja maksimumid tähistavad vastavalt teatavate molekulide puudumist või olemasolu (viidatud graafiku ülaosas).
„Planeetide spekter näitab selgelt, et need on elu alal hoidmiseks liig kuumad ja mürgised,“ ütles Ameerika Cabrdige-i Ülikooli dotsent Ian Parry. „Ent seegi on avastus, võime edasi otsida. Meil on selleks nüüd süstemaatiline meetod.“
Süstemaatiline eksoplaneetide otsimine taevalaotusest ei ole seni võimalik olnud, sest planeetidelt peegelduv valgus on võrreldes tähevalgusega kuni miljard korda nõrgem.“Võin lennukil lennates hõlpsasti teha pildi pilvelõhkujast. Meie töö on võrreldav pildilt äärekivi otsimisega,“ näitlikustas Oppenheimer.
[vsw id=”C3nG-1cznwA” source=”youtube” width=”425″ height=”344″ autoplay=”no”]
Lühike video pikaajalisest HR 8799 särist. Kujutise keskel oleva tähe valgust blokeerib kronograaf. Iga filmi kaader on üha pikema lainepikkusega tehtud tähesüsteemi pilt. Kokku on filmis 30 värvi lainepikkustega 1.0 mm kuni 1.75 mm. Tähest radiaalselt eemalduvad tähnid on optiline efekt. Et päris taevakehad kaadrites ei liigu, saab neid pilditöötlusprogrammiga otsida.
Tähesüsteemi võimaldab vaadelda nelja Projekt 1640 aparaadi koordineeritud töö. Esiteks on astronoomidel vaatluste tegemiseks parim otstarbeline teleskoop, mis võib oma kahel 5,24 cm läbimõõduga peeglil sooritada miljoneid kaldekorrektuure sekundis. Teiseks on nende päralt tähekiirgust tõkestav kronograaf: planeete see ei varjesta. Kolmandaks spektrograaf, mis jäädvustab üheaegselt 30 erivärvi pilti. Viimaks saavad nad kasutada eriotstarbelist lainedetektorit, mis filtreerib järeltöötluse korras pildi taustvalguse. Üks terviklik vaatlus kestab tunni.
„Nelja planeedi pilvise taeva omaduste üheaegne jäädvustamine on esmakordne saavutus,“ kommenteeris National Science Foundation astronoomiakeskuse juht Maria Womack. „Iseäranis oluline on aparatuuri kasutamine eksoplaneetide andmebaasi täiendamiseks, et oleks võrdlusmoment. Kõik, mis erinev, see selge.“
Lisaandmete kogumine HR8799 tähesüsteemi kohta on juba käsil. 2012. aasta juunis alguse saanud programmi raames kavatsetakse uurida kahtsadat tähte, mis asuvad meie päiksesüsteemist ligikaudu 150 valgusaasta kaugusel.
Allikas: Phys.org