A hozzánk legközelebbi exobolygók alaposabb vizsgálatára indították 2019. december 18-án a Cheops űrtávcsövet, az Európai Űrügynökség legújabb kutatószondáját. A cél a Földhöz hasonló bolygók azonosítása, méghozzá olyan környezetben, ahol az élet kialakulása számára is adottak a feltételek. A felbocsátás óta eltelt hetekben végrehajtották az első pályamódosítást, 2020. január 8-án pedig első alkalommal kapcsolták be a Cheops fedélzeti műszereit. A távcső fedelének kinyitására január 27-én kerül sor. Megépítésében magyar szakemberek is közreműködtek, és a tudományos programból is kiveszik a részüket.

Sok ezer exobolygó felfedezése után az elsődleges cél már nem a még több újabb bolygó keresése, hanem az, hogy a Földhöz hasonló bolygókat sikerüljön találni, méghozzá olyan környezetben, ahol az élet kialakulása számára is adottak a feltételek. A terv megvalósításának egyik fontos lépése a Cheops fotometriai űrtávcső megépítése és mérési programjának végrehajtása. A Berni Egyetem által szervezett Cheops Konzorciumhoz számos más ország csatlakozott – az űrtávcső elkészítéséhez anyagilag is hozzájárulva –, így a Cheops nagyjából 100 millió euróból valósult meg. A belga, brit, német, olasz, osztrák és svéd intézetek, cégek mellett az EU13 régióból egyedül magyarok csatlakoztak a konzorciumhoz.

Magyar hozzájárulás

A Cheops programjában a miskolci Admatis Kft., továbbá a CSFK Konkoly Thege Miklós Csillagászati Intézet és az ELTE Gothard Asztrofizikai Obszervatórium vesz részt. Az Admatis Kft. szakemberei tervezték és készítették azokat a hűtőradiátorokat, amelyek a távcsőre szerelt CCD-kamera és a vezérlőelektronika működése során felszabaduló hőt vezetik el a detektor környezetéből, elősegítve a maximális mérési pontosságot. Ezzel a mindössze 56 kg tömegű műszerben 1,2 kilogrammnyi magyar alkatrész került a világűrbe.
A Cheops programjában részt vevő magyar kutatók főként az exobolygók körül keringő holdak (exoholdak) kimutatására alkalmas megfigyelési stratégiák kidolgozásában, az észlelendő célpontok kiválasztásában, valamint a megfigyelési adatokat feldolgozó szoftverek fejlesztésében vettek részt a konzorcium megalakulása óta eltelt hat évben. A Cheops legfelsőbb irányító testületeiben Kiss László (CSFK) és Szabó M. Gyula (ELTE GAO) képviselik Magyarországot, de a Berni Egyetemen dolgozó magyar kutató, Simon Attila szerepe is jelentős, ő ugyanis exoholdszakértőként és szoftverfejlesztőként működik közre a Cheops projektben.

Száz ígéretes célpont

A Cheops szonda lelke egy 32 cm tükörátmérőjű optikai teleszkóp, amely a fókuszába szerelt CCD-kamerával 100 előre kiválasztott fedési exobolygó átvonulásait fogja mérni. Szükség esetén az előre tervezett mérési programtól el is lehet térni, és ennek során kedvező körülmény, hogy az űrtávcsövet az égbolt tetszőleges iránya felé lehet fordítani. Az exobolygókkal foglalkozó korábbi űrprojekteknél ilyesmire nem volt lehetőség.
A Cheops űrtávcsövet 2019. december 18-án indították egy Szojuz-Fregat hordozórakétával az ESA kouroui (Francia Guyana) űrközpontjából. A Cheops az indítás után két és fél órával vált le a hordozórakétáról, és a földfelszíntől 710 km magasan húzódó napszinkron pályára állt. Az űrtávcső működését 3,5 évesre tervezik. Ez idő alatt a már ismert 4100 exobolygó közül százról vesz fel részletes fénygörbét, hogy annak alapján meg lehessen határozni a planéták méretét, átlagos sűrűségét, továbbá azt, hogy van-e atmoszféra körülöttük. A megfigyelések során keletkezett mérési adatokat 1,2 Gbit/nap sebességgel továbbítják majd a Földre.
Az előre kiválasztott száz célpont között akad a Földnél kissé nagyobb méretű bolygó, ún. szuper-Föld, de a programban szerepel a Neptunusz méretét majdnem elérő bolygó, ún. mini-Neptunusz is. A fő cél annak megállapítása, hogy van-e köztük olyan bolygó, amelyiken a körülmények kedvezőek az általunk ismert élet fenntartásához. A mérési programban szerepel néhány bolygórendszer is. Ezek vizsgálata a Naprendszer kialakulásának és fejlődésének megértését segíti. Arra is van lehetőség, hogy az időközben – pl. a TESS szonda mérései alapján – felfedezett exobolygókat részletes vizsgálat alá vonják, hiszen a Cheops hosszabban tudja mérni a csillagok fényességét, mint a TESS.
A rendelkezésre álló megfigyelési idő ötödét a tudományos közösség igényei alapján más objektumok észlelésére fordítják. A csillagászok előzetesen megfigyelési javaslatokat nyújthattak be, és azok tudományos értéke szerint állították össze a vendégészlelői programot, amelyben nemcsak exobolygókkal kapcsolatos kutatások szerepelnek. Mivel a korábbi fotometriai űrszondák nagyon sikeresek voltak a változó fényű csillagok kutatásában, most is lényeges eredmények várhatók a különféle típusú változócsillagok Cheops-adatainak elemzéséből.

A következő bolygóvadászok

Ha nem is elsőre, de a második pályázáskor az ESA támogatásáról biztosította a PLATO fotometriai űrprojektet. Ez az elnevezés a PLAnetary Transits and Oscillations of stars (bolygóátvonulás és csillagoszcilláció) betűszóvá formálásából ered. A PLATO is az egész égbolton fogja mérni a csillagok fényességét, hogy exobolygók átvonulására utaló jeleket találjon, és mivel a korábbi fotometriai űrtávcsöveknél hosszabb üzemidőre tervezik, a csillaguktól távolabb keringő, emiatt hosszabb keringési periódusú bolygók felfedezése is lehetővé válik. A PLATO indítását jelenleg 2026-ra tervezik.
Az ARIEL – az Atmospheric Remote-sensing Infrared Exoplanet Large-survey (légköri távérzékelő, infravörös exobolygó-felmérő) alapján alkotott betűszó – a PLATO-hoz hasonlóan ugyancsak az ESA közepes költségvetésű küldetése, amelyet várhatóan a következő évtized vége felé indítanak. Az ARIEL egy lépéssel tovább megy az exobolygók jellemzésében, ugyanis korábbról már ismert ezer exobolygó atmoszféráját fogja spektroszkópiai úton vizsgálni, hogy meg lehessen határozni a bolygót körülvevő atmoszféra kémiai összetételét és fizikai tulajdonságait. Ez szintén a bolygók és bolygórendszerek kialakulásának megértését segíti elő.

Hogyan fedezik fel az exobolygókat?

Kezdetben többnyire úgy mutatták ki a csillag körül keringő bolygót, hogy a csillagról készített színképben a spektrumvonalak észlelt hullámhosszának változását keresték, mivel a csillag és a bolygó alkotta rendszerben mindkét égitest a rendszer tömegközéppontja körül kering, a pálya menti mozgás során pedig a csillag egy ideig közeledik felénk, majd távolodik tőlünk a bolygó keringési periódusának megfelelő ütemben váltakozva. A csillag színképében kialakuló vonalak hullámhossza a látóirányú sebesség változása következtében periodikusan változik a laboratóriumban mérhető értékhez képest – ez a hétköznapi életben a hanghullámokra jól ismert Doppler-hatás megfelelője fényhullámokra. A legelső exobolygókat mind ilyen módon, a Doppler-effektus kimutatásával fedezték fel. A csillagászati spektroszkópia tökéletesítésével ma már a látóirányú sebesség néhány cm/s mértékű változását is ki lehet mutatni a színképvonalak hullámhosszát megmérve. Ezzel a módszerrel azonban csak a csillagukhoz közel keringő és/vagy a Földénél sokkal nagyobb tömegű – leginkább a Jupiterhez hasonló – óriásbolygók kimutatására van esély, és csak a spektroszkópiai úton jól vizsgálható, fényes csillagoknál.
Egy csillag körül keringő másik égitest létére abból is lehet következtetni, ha a kísérő a csillag előtt áthaladva átmenetileg lecsökkenti a csillag látszó fényességét. A kísérő persze lehet akár csillag is, nem feltétlenül bolygó. Hogy csillag vagy bolygó átvonulása miatt halványul el a csillag, arra a fényességcsökkenés időbeli lefolyásából, a fénygörbe alapján lehet következtetni. A bolygó a csillaghoz viszonyítva csekély méretű, ezért egy exobolygó alig takar ki valamennyit a csillag korongjából, amikor éppen átvonul előtte. Emiatt a fedési módszerrel történő bolygókereséshez nagyon pontos fényességmérésre van szükség. Földfelszíni méréseknél a fotometria pontossága csökken amiatt, hogy a fény az állandóan nyugtalan földi légkörön keresztülhaladva jut a távcsőbe, ezért a fedési módszerrel történő exobolygókeresés térnyeréséhez a fotométert az űrbe kellett telepíteni.

VIDEOANYAGOK

Gyorsított felvétel a Cheops összeszereléséről: https://www.youtube.com/watch?v=v7VbkoaV2hg

Videó a 4000 exobolygó felfedezésének üteméről: https://www.youtube.com/watch?v=aiFD_LBx2nM

A Cheops projektet angol nyelven ismertető videók:
https://www.youtube.com/watch?v=WLhx51sNuUY
https://www.youtube.com/watch?v=AldA1h_mTR4

Az űrszondát gyártó Airbus ismertetője a Cheopsról: https://www.youtube.com/watch?v=sR9MAFJrud4

A Cheops indítása (a hasznos teherként a hordozórakétára szerelt COSMO-SkyMed, OPS-SAT, EyeSat és ANGELS űrszondákkal együtt): https://www.youtube.com/watch?v=rG6lx3-S9Eg