Föld méretû bolygók lefényképezése más csillagok körül
2007. április 14., szombat
A NASA kutatói laboratóriumi kísérletekkel igazolták, hogy a közeljövõ ûrteleszkópjai közvetlen képekkel megörökíthetik a közeli csillagok Föld méretû bolygóit.
Laboratóriumi körülmények között a NASA kutatóinak sikerült meggyõzõen demonstrálnia azt, hogy a közeljövõ speciális maszkokkal és tükrökkel felszerelt ûrtávcsövei képesek lesznek a közeli csillagok körül keringõ Föld méretû bolygók lefényképezésére. Az eredmény jelentõs elõrelépés a Terrestrial Planet Finder és a hozzá hasonló ûrmissziók fejlesztése során, melyek a Föld esetleg életet is hordozó ikertestvérének keresését célozzák.
Az exobolygók keresése nem feltétlenül hálás feladat, mivel legtöbb esetben fényük beleveszik a náluk jóval nagyobb és fényesebb csillaguk sugárözönébe. Ahhoz, hogy a körülbelül 10 milliárdszor halványabb, a napjától tipikusan 0,1 ívmásodpercnél is kisebb szögtávolságban lévõ, Föld méretû kísérõt meg lehessen figyelni, különlegesen kontrasztos felvételeket kell készíteni. Földi hasonlattal élve, mintha egy szentjánosbogarat szeretnénk megtalálni egy autó reflektorának fénykévéjében...
Az ûrbéli feladat azonban nem teljesen reménytelen, mint azt a pasadenai JPL (Jet Propulsion Laboratory) két munkatársának új kísérlete is jelzi. Ennek során egy deformálható tükörrel párosított koronagráfot használtak, amelyben a csillag kitakarásával a központi égitest zavaró fénye nagymértékben csökkenthetõ. (A koronagráf régóta használt eszköz a csillagászatban, korábban elsõsorban a Nap koronájának megfigyelésére használták a mûszerben mesterséges napfogyatkozást elõidézve. Hasonló elven mûködik néhány mûszer a SOHO napmegfigyelõ mesterséges holdon.) A kísérletek szerint az ûrteleszkópokra szerelt hasonló eszközökkel a csillaguknál 10 milliárdszor halványabb kísérõk is fényképezhetõvé válnak, ez pedig a korábbi technikákkal összevetve legalább három nagyságrendnyi javulást jelent, állítják a Nature április 12-i számában megjelent cikk szerzõi. A laboratóriumi kísérleti eszközben (High Contrast Imaging Testbed, HCIT) a központi csillag szerepét egy lézersugár játszotta, míg a detektálandó kísérõ ennek egy halványabb "másolata" volt.
Közel 500 felvételbõl összeállított szimuláció eredménye. Középen * jelzi a "kitakart" csillag helyét. A naprendszer-modellben három bolygó található: az elsõ fényessége a Jupiterével egyezik meg, a másodiké annak fele, míg a harmadiké a Földével azonos. Jól látszik, hogy még ez utóbbi is egyértelmûen azonosítható.
Jelenleg kétszáznál is több exobolygót ismerünk, ezeket különbözõ technikákkal azonosították a csillagászok. A távoli planéták tömege öt és négyezer földtömeg közé esik, de vagy túl forrók, illetve hidegek, vagy túl nagy tömegû és méretû gázgömbök ahhoz, hogy az élet hordozására megfelelõek legyenek. Eddig tehát senkinek sem sikerült olyan távoli bolygórendszert találnia, ami akár kicsit is emlékeztetne a saját Naprendszerünkre. A csillagászok ezért szorgalmasan kutatják a Naphoz hasonlító közeli csillagokat, hogy a Földhöz hasonló méretû és pályájú bolygókat fedezzenek fel körülöttük, melyek ezen tulajdonságaiknál fogva aztán alkalmas helyek lehetnek az élet kialakulására, illetve fennmaradására.
Az idézett laboratóriumi kísérletben a HCIT segítségével két olyan problémán is úrrá lettek, melybe minden, exobolygót lefényképezni akaró kutató beleütközik: a távcsövekben megjelenõ szórt fény, illetve a diffrakció jelensége, ami elméleti határt szab egy adott átmérõjû távcsõ adott hullámhosszon mért felbontóképességének, s ezáltal annak, hogy a csillagától milyen távolságban keringõ bolygót képes még megkülönböztetni a központi égitesttõl.
A teleszkóp fõtükrét elérõ csillagfény a visszaverõdés után már nem csak a kibocsátó forrás, illetve a forrás és a távcsõ közötti tér fizikai tulajdonságaira vonatkozó információkat hordozza, hanem benne lesz a távcsõ "ujjlenyomata" is: a központi kép körül koncentrikus gyûrûkbõl, illetve tüskékbõl álló mintázat jelenik meg, amely akár teljesen el is fedheti az esetleges kísérõket a megfigyelõk elõl. A probléma orvoslására a laboratóriumi kísérletben a kutatók nem egy, hanem két maszkot használtak. Az elsõ a csillagfény nagy részét közvetlenül kizárja, míg a második a diffrakciós mintázat kitakarására volt hivatott. A zavaró fények ilyen csökkentése már bármely kísérõbolygó fényének detektálását lehetõvé teszi.
A teleszkópban szórt fény újabb problémát jelent. A távcsõ tükrének kisebb egyenetlenségei azt eredményezik, hogy a csillag képébõl oldalra kitolódott halványabb másodpéldányok is keletkeznek, amik szintén elrejthetik a még halványabb kísérõt. A HCIT-ben ezt a problémát egy nagyobb pénzérme méretû deformálható segédtükörrel oldották meg. Számítógépekkel vezérelt tüskék segítségével ez a segédtükör mindig úgy deformálható, hogy a torzuló fényvisszaverõ felülete komponezálja a fõ optikák kisebb hibáit, ezáltal a keletkezõ kép a lehetõ legjobban megközelítse az elméletileg elérhetõ legjobb leképezést.
A sikeres kísérleten felbuzdulva a kutatók további egy nagyságrendnyi javulást terveznek, illetve a méréseket több hullámhosszon szimultán módon is szeretnék elvégezni.