Nem vagytok egyedül, súgják a trappista exobolygók

Az utóbbi években már megszokhattuk, hogy a NASA időről-időre nagy bolygóközi bejelentéseket tesz, illetve az ezek előtti napokban, hetekben rejtélyes hallgatásba burkolózik, amivel a várakozás felfokozott időszakában vadabbnál-vadabb spekulációknak ad táptalajt. Ezek többsége persze arról szól, hogy na most aztán tényleg földönkívüli élete nyomaira bukkantak, sikerült kapcsolatot felvenni E.T.-vel, ufók látogatták meg Washingtonban az amerikai elnököt, és így tovább. Az aktuális bejelentések után meg jönnek a lemondó legyintések: “áh megint egy találtak valami uncsi bolygót csillió fényévre, mégis ki a fenét érdekel?” Miben tér el a szerdai nagy NASA bejelentés ettől a szcenáriótól, és miben hasonlít rá? És főként: mi értelme van a naprendszerünkön kívül bolygókat keresni és hogyan találnak a csillagászok bolygókat ekkora távolságból?

Először érdemes sorra venni a szerdai bejelentés főbb pontjait:

• Az amerikai űrkutatási hivatal Spitzer űrtávcsövével hét bolygót (1b, 1c, 1d, 1e, 1f, 1g, 1h) találtak a 2MASS J23062928-0502285 nevű (az egyszerűség kedvéért TRAPPIST-1 néven emlegetett) csillag körül.
  

  Kép: NASA
• A TRAPPIST-1 naprendszere körülbelül negyven fényévre található a Földtől.
• A Vízöntő csillagképben lévő TRAPPIST-1 csillag egy úgynevezett vörös törpe, a mi Napunknál jóval kisebb, jóval hűvösebb, kevesebb hőt kibocsátó égitest. Mérete körülbelül a Jupiterével azonos.
• Azt, hogy a csillag körül egynél több bolygó kering, már 2016-ban felfedezték, a Chilébe telepített, Transiting Planets and Planetesimals Small Telescope, avagy TRAPPIST nevű belga robottávcső segítségével. Ez volt az exobolygók keresésére specializálódott műszer első ilyen jellegű felfedezése, innen ered a csillag egyszerűsített neve is: TRAPPIST-1. Akkor a kutatók három bolygó létezését találták bizonyítottnak.
• A csillagot tovább vizsgálták, immár az infravörös tartományban látó Spitzer űrtávcsővel, illetve több földi teleszkóp, így az ESO Very Large Telescope (VLT) segítségével. A Nature tudományos folyóiratban most publikált eredmények szerint a TRAPPIST-1 csillagnak hat, nagy valószínűséggel sziklás összetételű bolygója van, és ezek mind hasonló méretűek, mint a mi Földünk. A hetedik, napjától legtávolabb keringő exobolygó jellegéről egyelőre nincs közelítő becslés, azt feltételezik, hogy olyasmi lehet, mint egy hógolyó.
• A hét bolygó közül három a csillag körüli úgynevezett lakható zónában kering, azaz pont olyan távolságra a napjuktól, hogy a felszínükön nincs se túl nagy forróság, se túl hideg, így rajtuk folyékony víz kialakulására van lehetőség. Emellett a többi négy bolygón is lehet folyékony víz, megfelelő légköri viszonyok mellett. A tudomány mai állása szerint a szerves élet kialakulásához elengedhetetlen a folyékony víz jelenléte.
• A számítások szerint hét bolygó mindegyike közelebb kering a TRAPPIST-1 csillaghoz, mint amilyen közel a Merkúr kering a Naphoz a mi naprendszerünkben. Mivel napjuk egy aprócska ultrahűvös csillag, a rendkívül kis távolság ellenére sincs rajtuk olyan perzselő hőség, mint a Merkúron.
  

  Grafika: JPL-Caltech/R. Hurt T. Pyl / NASA
• Keringési idejük rendkívül rövid: a legbelső (1b jelű) bolygónak elég 36 óra ahhoz, hogy megkerülje napját, azaz egy év az 1b-n másfél földi nap alatt telik el. A hosszabb pályán keringő legtávolabbi (1h) bolygó is gyors: 14-25 földi nap alatt tesz meg egy kört a TRAPPIST-1 körül.
• A hét bolygó a közeli keringés miatt valószínűleg mind kötött tengelyforgású, azaz mindig ugyanazt az oldalukat fordítják napjuk felé.

Mi következik, és mi nem, ezekből a megállapításokból? Amennyiben helytállóak a kutatók becsléseken, matematikai modelleken, számítógépes szimulációkon alapuló közlései, a hét bolygóból legalább hármon adottak lehetnek valamiféle élet kialakulásához szükséges feltételek, azaz a hőmérsékleti viszonyok a folyékony víz jelenlétéhez megfelelőek. Ennél több viszont nem jelenthető ki jelenleg, biztosat víz jelenlétéről nem tudni, arról meg végképp nem, hogy van-e, lehet-e valamiféle élet ezeken a bolygókon. Mindebből adódóan óvatosan kell bánni azzal a kifejezéssel, hogy “Földhöz hasonló” vagy "Földszerű".

Határ a képzelet

Lakható lehet-e ember számára ezen bolygók bármelyike, lehet-e, érdemes-e kolonizálni a TRAPPIST-1 lakható zónájában keringő bolygókat? Nem valószínű. A kötött tengelyforgás, illetve a rövid keringési idő, azaz a napszakok, évszakok hiánya a Földi körülményekhez képest gyökeresen eltérő viszonyokat jelentenek, amikhez igen nehezen tudnának az emberek alkalmazkodni. A "trappista bolygók" mindegyikének egyik oldalán folyamatosan nappal van, míg a másikon folyamatosan éjszaka, ebből adódóan szélsőséges hőmérsékleti viszonyok és a Földi időjárásra egyáltalán nem hasonlító légköri jelenségek uralják őket – már persze ha van egyáltalán légkörük, mert egyelőre ezt sem tudni biztosan. (Ha abból indulunk ki, hogy a Naphoz legközelebb lévő Merkúrnak nincs légköre, akkor a válasz sejthető.)

Ha nem is lakhatók az ember számára, a látvány valószínűleg semmi máshoz nem fogható lenne ezen bolygók felszínén, egyszóval megérne odalátogatni, jól körülnézni. Mivel ennyire közel keringenek a napjukhoz, és egyúttal egymáshoz is, aki felnézne az égre, a Holdunknál is nagyobb égitestekben gyönyörködhetne. A testvérbolygók egymás felé mutatott arcán jól kivehetőek lennének a földrajzi jellegzetességek, hegyláncok, kráterek, óceánok, a felhőzet.

De ha már látogatás: negyven fényév nem is hangzik olyan soknak, mikor indulunk? Sajnos negyven fényév az emberi űrutazás jelenlegi fejlettségi szintjén borzalmasan sok. Egy fényév az a távolság, amit a fény, az univerzum jelenleg ismert leggyorsabban mozgó jelensége, egy földi év alatt megtesz légüres térben. Egy fényév 9,4605 billió kilométer, tehát a TRAPPIST-1 körülbelül 378 billió (378 000 000 000 000) kilométerre található tőlünk. Összehasonlításképp, ez a Föld-Hold távolság – 384 402 km – körülbelül egymilliárdszorosa. Az Apollo-program alatt az amerikai űrhajósok három nap alatt tették meg útjukat a Holdig. Mivel egyelőre nem áll rendelkezésünkre a hatvanas években kifejlesztettnél nagyságrendekkel gyorsabb űrutazást lehetővé tévő technológia, több mint egymillió évbe telne egy kisebb csapat felfedezőt küldeni a TRAPPIST-1-hez, de a leggyorsabb földi űrszondának is 158 600 év kellene hogy odaérjen.

Mi a jelentősége hát akkor a mostani felfedezésnek? Egyrészt jelzi, hogy egyre jobb és jobb és megbízhatóbb módszerek állnak rendelkezésre ahhoz, hogy a naprendszerünkön kívüli bolygókat (összefoglaló néven: exobolygókat) találjunk. A mostani felfedezés jelzi azt is, hogy az eddig feltételezettnél jóval több bolygó lehet galaxisunkban. A mostani becslések szerint százmilliárd csillag van a Tejút galaxisban (köztük a mi Napunk a maga nyolc bolygójával), és ha a Naphoz és a TRAPPIST-1-hez hasonlóan a több bolygós csillagrendszerek a jellemzőbbek, akkor több száz milliárd bolygó lehet csak a mi galaxisunkban. Ez pedig jócskán megnöveli annak esélyét, hogy más bolygókon is kialakulhatott élet, azaz ebből a szempontból nézve van esély rá, hogy nem vagyunk egyedül az univerzumban. Az pedig, hogy a most talált hét bolygóból három lakható zónába esik, ugyancsak javítja a földin kívüli élet esélyét.

Tudományos szempontból azért is jelentős a TRAPPIST-1 bolygóinak felfedezése, mert egyrészt korábban nem találtak vörös törpe körül keringő Föld-méretű bolygókat, másrészt közelsége miatt remekül tanulmányozható lesz a TRAPPIST-1, így a rengeteg felmerülő kérdésre viszonylag hamar válaszokat lehet kapni.

Na de hogyan csinálják?

Sokunkban felmerülhet a kérdés, hogy milyen módszerrel képesek a kutatók ilyen irtózatos messze lévő bolygókat fölfedezni, mikor földi távcsövekkel még a Naprendszerünk égitesteit – vegyük például a Plútót és a többi kisbolygót – se könnyű megfigyelni. A válasz szerencsére nem annyira bonyolult, viszont jól szemléltethető.

A NASA űrtávcsöveivel a fény különböző hullámhosszán lehet megfigyelni az univerzumot. A Hubble elsősorban az emberi szem számára látható tartományban dolgozik, Chandra X-Ray Observatory a röntgensugárzásra érzékeny, míg a mostani felfedezésben élenjáró Spitzer az infravörös tartományban rögzíti az adatokat. Ráadásnak pedig ott van még a Kepler űrtávcső is, amit kifejezetten exobolygóvadászatra építettek, és a megfigyelt csillagok fényességét méri.

Ha szemünket ezen távcsövekkel egy adott csillagra szegezzük, akkor tudjuk mérni annak fényét, illetve a fényességben bekövetkező változást, az exobolygók megtalálása pedig ebből adódik: ha egy csillagnak van bolygója, és az a pályáján keresztezi a csillagot és a Földet összekötő képzeletbeli egyenest – azaz elhalad a csillag előtt – akkor az áthaladás ideje alatt szükségszerűen kitakarja a csillag egy pici részét, ami mérhető fényességcsökkenést okoz. Ha ez a fényességcsökkenés a megfigyelési ciklus alatt többször, periodikusan, jól mérhetően megismétlődik, akkor nagy bizonyossággal kijelenthető, hogy exobolygó okozza. A kapott adatokból pedig elég sok mindenre lehet következtetni: mekkora az adott bolygó, milyen távolságra kering, mekkora a keringési ideje, nagyjából mi az összetétele, és így tovább.

A TRAPPIST-1 esetében a Spitzer azért volt jó választás, mert a vörös törpe pont az infravörös tartományban sugároz leginkább, a legtöbb adat így nyerhető. A Spitzerrel 2016 őszén ötszáz órán át (több mint húsz napig) figyelték a csillagot és gyűjtötték a fényességadatokat. Miután kiderült, hogy hét bolygó is kering a TRAPPIST-1 csillag körül, a Hubble-t is rászegezték, hogy négy bolygót – köztük a három lakható zónába esőt – megfigyelve kiderüljön sziklásak, vagy inkább gázokból állnak-e. Mivel a Hubble nem látta nyomát a Jupiteréhez, Neptunuszéhoz hasonló vastag, hidrogéntartalmú légkörnek, így azt is sikerült megállapítani, hogy szilárd felszínű kőzetbolygókról lehet szó.

A tervek szerint a már futó kepleres K2-program keretében további adatgyűjtés kezdődik most tavasszal. A cél, hogy tovább pontosítsák az eddig kapott adatokat, illetve ha van még több bolygó a TRAPPIST-1 rendszerében, akkor azokat is megtalálják. Amint megkezdi működését a jövőre fölbocsájtandó James Webb Űrtávcső, a minden korábbinál nagyobb teljesítményű és érzékenységű űrteleszkóppal még több, még pontosabb adat gyűjtésére nyílik lehetőség, így többek között a bolygók légkörének összetételéről is tud majd információkat szolgáltatni, tovább boncolva a kérdést, hogy vajon lakhatóak-e ezek az idegen égitestek.