Europejska Agencja Kosmiczna wystrzeliła sondę Gaia w 2013 roku z jednym zadaniem: sporządzenie mapy ponad miliarda gwiazd Drogi Mlecznej. Jej obszerny zbiór danych jest często wykorzystywany w publikowanych artykułach naukowych. Gaia to ambitna misja, choć rzadko sama trafia na pierwsze strony gazet. Ale to się może wkrótce zmienić.
Gaia w dużej mierze opiera się na astrometrii, która polega na pomiarze położenia, odległości i ruchu gwiazd. Teleskop ten jest tak czuły, że czasami może wykryć lekkie wahania, jakie planeta nadaje swojej znacznie masywniejszej gwieździe. Gaia wykryła swoje pierwsze dwie tranzytujące egzoplanety w 2021 roku i oczekuje się, że znajdzie tysiące egzoplanet wielkości Jowisza poza naszym Układem Słonecznym.
Ale nowe badania idą jeszcze dalej. Okazuje się bowiem, że Gaia powinna być w stanie wykryć planety podobne do Ziemi w odległości do 30 lat świetlnych.
Astronomowie znajdują większość egzoplanet metodą tranzytową. Statek kosmiczny taki jak TESS monitoruje fragment nieba i przygląda się wielu gwiazdom jednocześnie. Kiedy planeta przechodzi między nami a jedną z gwiazd, nazywa się to tranzytem. Powoduje spadek jasności gwiazd, który mogą wykryć czułe instrumenty TESS. Kiedy TESS wykryje wiele przewidywalnych spadków jasności gwiazdy, oznacza to planetę.
Ale to nie jedyny sposób na wykrycie planet. Astrometria też może to zrobić i z tej metody korzysta Gaia.
Astrometria ma przewagę nad innymi metodami. Gaia może dokładniej określić parametry orbitalne egzoplanety.
Jak wyjaśnia autor artykułu: „Ani metoda tranzytu, ani metoda prędkości radialnej nie zapewniają pełnych parametrów fizycznych planety, a obie metody preferują wykrywanie planet blisko gwiazdy centralnej. Wręcz przeciwnie, metoda astrometryczna może zapewnić trójwymiarową charakterystykę orbity jednej planety i ma tę zaletę, że wykrywa planety daleko od gwiazdy macierzystej”. Zalety astrometrii są oczywiste.
Jeśli istnieją inne technologiczne cywilizacje planetarne, to teoretycznie mogą one posiadać technologię podobną do Gai. Chociaż Gaia robi wrażenie, na horyzoncie widać ulepszenia, które sprawią, że astrometria z czasem będzie jeszcze bardziej precyzyjna. Autor zadaje w swoim artykule pytanie: Jeśli ETI (inteligencje pozaziemskie) korzystają z zaawansowanej astrometrii równej lub nawet przewyższającej tę Gai, „…która z nich byłaby w stanie odkryć planety Układu Słonecznego, a nawet Ziemię?”
Precyzja astrometryczna jest obliczana w mikrosekundach łukowych, a precyzja maleje wraz z odległością. ESA twierdzi, że Gaia może zmierzyć położenie gwiazdy z dokładnością do 24 mikrosekund łuku w przypadku obiektów 4000 razy słabszych niż widoczne gołym okiem. To jakby zmierzyć grubość ludzkiego włosa z odległości 1000 km. Nie jest to jednak wystarczająca precyzjadla scenariusza Wu. Jego prace opierają się na jeszcze bardziej zaawansowanej astrometrii, którą prawdopodobnie będziemy mieli w najbliższej przyszłości.
„Jeśli precyzja astrometryczna jest równa lub większa niż 10 mikrosekund łuku, wszystkie 8707 gwiazd znajdujących się w promieniu 30 sztuk naszego Układu Słonecznego mają potencjał do wykrycia czterech gazowych olbrzymów w ciągu 100 lat”.
Obszar 30 parseków (około 100 lat świetlnych) zawiera prawie 9000 gwiazd i jeśli ETI z jednej z tych gwiazd ma wystarczająco silne obserwatorium astrometryczne, może wykryć Jowisza, Saturna, Urana i Neptuna. Jedyną wadą jest to, że musieliby obserwować nasz Układ Słoneczny przez prawie sto lat, aby upewnić się, że sygnał jest rzeczywisty.
Według Katalogu Pobliskich Gwiazd Gaia w odległości 100 lat świetlnych od Słońca znajduje się 8707 gwiazd. ETI dowolnego z nich może wykryć cztery olbrzymy, pod warunkiem że ich precyzja mieści się w granicach dziesięciu mikrosekund łuku. Precyzja wyrażona w mikrosekundach łuku jest tu kluczowa i jeśli błąd obserwacji jest zbyt duży, ma to ogromny wpływ i drastycznie zmniejsza liczbę gwiazd znajdujących się wystarczająco blisko.
„Jeśli błąd obserwacji wynosi aż 100 mikrosekund łukowych, tylko 183 sąsiednie gwiazdy byłyby w stanie wykryć wszystkie cztery olbrzymy, ale wszystkie byłyby w stanie wykryć Jowisza w ciągu dziesięciu lat” – wyjaśnia Wu.
Wykrycie Jowisza z dużej odległości może stanowić próg krytyczny. Kiedy w 2016 roku Gaia opublikowała swój pierwszy zestaw danych, artykuł ESA omawiający misję poruszał kwestie badań egzoplanet i znaczenie wykrywania planet o masach Jowisza. Opiera się on na założeniu, że Jowisz mógł odgrywać rolę ochronną, odbijając planetoidy i komety od planet znajdujących się w wewnętrznym Układzie Słonecznym.
„Są to logiczne główne cele przyszłych poszukiwań egzoplanet o masie ziemskiej w strefie zamieszkiwalnej, na orbicie chronionej przez znajdującą się dalej gigantyczną planetę” – stwierdza autor artykułu.
ETI mogą wiedzieć o układach słonecznych rzeczy, których my nie wiemy. Dla nich znalezienie gazowych olbrzymów w zewnętrznych obszarach poza pasem planetoid może być silnym sygnałem, że planety skaliste są bliżej gwiazdy. Kto wie, może byliby ciekawi i chcieli przyjrzeć się naszemu układowi nieco dokładniej.
To naprawdę interesujące w kontekście naszej planety.
Czy ETI mogłyby wykryć Ziemię za pomocą astrometrii?
To znowu zależy od dokładności. „Dodatkowo nasze przewidywania sugerują, że ponad 300 gwiazd znajdujących się w promieniu dziesięciu parseków od naszego Układu Słonecznego mogłoby wykryć naszą Ziemię, gdyby osiągnęły astrometryczną precyzję 0,3 mikrosekundy łuku” – pisze Wu.
Bariery technologiczne powstrzymują nas na razie od osiągnięcia tego celu, ale kto wie, jaki może być poziom technologiczny ETI?
Teraz odwróćmy ten pomysł, mając na uwadze nasz własny postęp technologiczny.
ESA rozważa już następcę Gai. Nazywają to GaiaNIR i rozszerzyłoby to poszukiwania Gai na obiekty widoczne tylko w podczerwieni. Jeśli taki teleskop zostanie zbudowany i wystrzelony, będzie nie tylko mierzył obiekty widoczne w podczerwieni, ale także ponownie sprawdzał obiekty z katalogu Gaia, aby jeszcze bardziej zwiększyć dokładność istniejących danych.
Według jednego z artykułów udoskonalenia GaiaNIR umożliwiłyby odkrycie „nowych obiektów, takich jak egzoplanety długookresowe”. Planety długookresowe są trudne do wykrycia metodą tranzytową, ponieważ gwiazdę trzeba obserwować przez długi czas. Przykładem może tu być Neptun ze swoją 165-letnią orbitą. Dzięki ulepszonej technologii GaiaNIR i jeszcze większym ulepszeniom w przyszłości możemy być tymi, którzy będą wykrywać planety wielkości Ziemi w promieniu 10 parseków.
Astrometria jest ulepszeniem w stosunku do metody tranzytu, ponieważ metoda tranzytu działa tylko wtedy, gdy wszystko jest precyzyjnie ułożone. Egzoplaneta musi przejść między nami a swoją gwiazdą, abyśmy mogli wykryć spadek jasności gwiazdy. Astrometria Gai nie ma takich samych ograniczeń. Może obserwować gwiazdę pod dowolnym kątem, aby wykryć wahania wywołane planetą.
Jak zaawansowana technologicznie musiałaby być ETI, aby wykryć Ziemię za pomocą astrometrii? Czy są jakieś ETI w promieniu 10 parseków? 30 parseków? 100 parseków? Czy w ogóle są jakieś ETI?
Kto wie? Wciąż jednak jesteśmy głodni egzoplanet wielkości Ziemi, a te badania pokazują, w jaki sposób Gaia może być w stanie zaspokoić nasz apetyt. Jeśli tak się stanie, może pojawić się na pierwszych stronach gazet częściej i zyskać część uwagi, jaką regularnie przyciągają inne misje.
Źródło: 1