Czy uda się odnaleźć drugą Ziemię?

Głównym celem naukowym misji Kepler jest zbadanie różnorodności systemów planetarnych. Zadaniem misji będzie też poszukiwanie dodatkowych planet przy gwiazdach, obok których odkryto już planety pozasłoneczne. Chodzi również o zbadania własności gwiazd, które posiadają układy planetarne. Aby to osiągnąć, teleskop Kepler będzie obserwować wiele gwiazd z bliskiego otoczenia Słońca w galaktyce. Zbada aż 100 tysięcy gwiazd podobnych do Słońca. Misja ma potrwać 3,5 roku, ale możliwe jest jej przedłużenie do 6 lat.

Bardziej szczegółowe plany misji uwzględniają: ustalenie, jaki procent planet znajduje się w strefie nadającej się do życia; zbadanie rozłożenia rozmiarów i kształtów orbit planet; oszacowanie, jak wiele planet znajduje się w układach podwójnych i wielokrotnych gwiazd; ustalenie wielkości orbit, rozmiarów planet, ich mas i gęstości w przypadku krótkookresowych planet olbrzymów.

Astronomowie umieją wykrywać planety kilkoma metodami. Tą, która do tej pory odnosiła największe sukcesy, była metoda spektroskopowego badania prędkości radialnych, czyli tego, jak gwiazda zbliża się i oddala od nas i - w przypadku gdy następuje to periodycznie - wyznaczenie parametrów obiektu, którego grawitacja powoduje takie ruchy. Jeśli obiekt jest odpowiednio mały, astronomowie przypuszczają, że to planeta.

Kepler będzie jednak stosować inna metodę - obserwacje tranzytów planet. Jeżeli orbita planety jest odpowiednio ułożona w stosunku do obserwatora, będzie on co pewien czas obserwował przejście planety na tle gwiazdy. Będzie to powodować bardzo niewielkie zmiany w jasności gwiazdy. W przypadku planet typu ziemskiego takie zmiany to zaledwie 1/10000 blasku gwiazdy, trwające kilka lub kilkanaście godzin.

Gdy uda się zaobserwować tranzyt planety, z okresu tego zjawiska można ustalić rozmiar orbity planety oraz masę gwiazdy. Natomiast z głębokości tranzytu (czyli tego, o ile zmniejszy się światło gwiazdy) astronomowie ustalają rozmiar planety (muszą do tego jeszcze oszacować rozmiar gwiazdy). Z kolei z rozmiaru orbity oraz z temperatury gwiazdy można przewidzieć temperaturę na planecie.

Wszystkie te dane razem pozwalają odpowiedzieć na pytanie, czy planeta znajduje się w strefie nadającej się do życia. Za taką naukowcy uznają obszar z możliwością występowania wody w stanie ciekłym. Obecność planety w takiej strefie nie oznacza oczywiście, że automatycznie istnieje na niej życie.

50 planet wielkości Ziemi

Naukowcy zaangażowani w projekt Kepler spodziewają się na podstawie tranzytów znaleźć około 50 planet wielkości Ziemi oraz ponad 800 dwukrotnie większych od Ziemi. Natomiast z modulacji światła odbitego od planet olbrzymów mają nadzieję na wykrycie aż 870 takich planet na orbitach o okresach poniżej tygodnia.

Kepler posiada teleskop o średnicy 1,4 metra, który po odliczeniu strat światła będzie odpowiadać fotometrowi o aperturze 0,95 metra. Zainstalowana kamera ma 95 megapikseli i składa się z 42 CCD (przetworników obrazów w aparatach) o rozmiarach 2200 na 1024 piksele. Może obserwować gwiazdy w zakresie długości fali od 430 do 890 nm i jasności od 9 do 16 magnitudo (jednostka jasności gwiazd). Będzie w stanie utrzymywać się na jednym obiekcie z dokładnością do 9 milisekund łuku w ciągu 15 minut.

Jeśli zostaną zrealizowane ambitne plany misji, być może jej znaczenie w badaniach planet będzie porównywane do znaczenia Teleskopu Hubble'a dla astronomii. Kosmiczny Teleskop Hubble'a (HST) znalazł się w kosmosie w 1990 r. i działa do dzisiaj. W tym czasie wykonywano kilka misji serwisowych naprawiających usterki i instalujących nowsze instrumenty.

Wśród wielu odkryć w różnych dziedzinach astronomii, dokonanych dzięki HST, warto wymienić m.in. sfotografowanie planety w dysku protoplanetarnym gwiazdy Beta Pictoris, wykrycie dwutlenku węgla w atmosferze jednej z planet, a także wody w atmosferze innego obiektu oraz bezpośrednie sfotografowanie obiektu o masie planetarnej.

Teleskop Hubble'a znany jest także z niezwykłych zdjęć kosmosu, często publikowanych w mediach i dostępnych dla każdego w Internecie. Następcą Teleskopu Hubble'a będzie Webb Space Telescope, który będzie wysłany na orbitę w 2013 r.

Kepler będzie również przygotowaniem do kolejnych dwóch misji kosmicznych NASA: SIM (Space interferometry Mission) oraz TPI (Terrestial Planet Finder).

Więcej informacji o misji Kepler można znaleźć na witrynie internetowej kepler.nasa.gov.