Tim koji predvodi Allison Youngblood iz NASA-inog centra Goddard za svemirske letove predstavio je prijedlog misije ESCAPE, svemirskog teleskopa koji bi izravno mjerio ekstremno ultraljubičasto zračenje obližnjih zvijezda i pratio snažne izbačaje plazme iz njihove korone. Cilj je utvrditi koliko zvjezdana aktivnost utječe na opstanak atmosfera stjenovitih egzoplaneta.
ESCAPE zasad postoji samo kao prijedlog misije. NASA još nije odobrila projekt, a teleskop tek treba biti izgrađen.
Riječ je o konceptu za NASA-in program Small Explorer. Ako bi prijedlog bio prihvaćen, teleskop bi tijekom glavne dvogodišnje misije promatrao više od 300 zvijezda i prikupljao podatke koji danas nedostaju u proučavanju udaljenih planetarnih sustava.
Nastanjiva zona nije dovoljna
Planet u nastanjivoj zoni prima količinu energije pri kojoj bi, uz odgovarajuću atmosferu, na površini mogla postojati tekuća voda. Sama udaljenost od zvijezde ipak ne govori ima li planet atmosferu ni može li je zadržati kroz milijarde godina.
Ekstremno ultraljubičasto zračenje, poznato kao EUV, apsorbira se u najvišim slojevima atmosfere. Ondje zagrijava plin i može ga proširiti prema van, pa čestice postupno dobivaju dovoljno energije za bijeg u svemir. Snažne zvjezdane baklje i izbačaji plazme mogu dodatno ubrzati taj proces.
Problem je posebno izražen kod crvenih patuljaka. Njihove se nastanjive zone nalaze blizu zvijezde, pa su planeti u tom području izloženi većem zračenju i češćim erupcijama. Na opstanak atmosfere utječu i masa planeta, njegova gravitacija, magnetsko polje te sposobnost unutrašnjosti da tijekom vremena obnavlja izgubljene plinove. Ranija analiza na Kozmosu pokazala je zašto veličina planeta može biti važan početni filter u potrazi za nastanjivim svjetovima.
Najveća nepoznanica dolazi od zvijezde
Astronomi još nemaju dovoljno izravnih mjerenja ekstremno ultraljubičastog zračenja drugih zvijezda. Zemljina atmosfera uglavnom blokira taj dio spektra, a međuzvjezdani plin dodatno upija dio zračenja na putu prema nama.
Zbog toga se EUV često procjenjuje na temelju mjerenja u drugim područjima spektra i računalnih modela. Različite metode za istu zvijezdu pritom mogu dati vrlo različite rezultate. U slučaju Proxime Centauri, najbliže zvijezde Sunčevu sustavu, procjene njezina EUV zračenja razlikuju se za više od deset puta.
Takva razlika izravno mijenja izračune o tome koliko bi brzo planet u blizini zvijezde gubio atmosferu. Ako model pretpostavi preslabo zračenje, može precijeniti koliko će atmosfera opstati. Ako pretpostavi prejako zračenje, može procijeniti da će nestati brže nego što bi uistinu nestala.
Promatranja planeta LHS 1140 b pokazuju koliko je taj kontekst važan. Astronomi su na tom stjenovitom svijetu izmjerili helij koji izlazi iz gornjih slojeva atmosfere, ali se količina signala mijenjala između različitih promatranja. Bez boljeg poznavanja zračenja njegove zvijezde teško je procijeniti koliko će takav gubitak plina trajati i kakva se atmosfera nalazi dublje ispod promatranih slojeva. O tom je planetu Kozmos već pisao.
ESCAPE bi dvije godine pratio više od 300 zvijezda
Instrument misije ESCAPE koristio bi spektroskopiju, odnosno razlaganje zvjezdane svjetlosti na valne duljine. Promatrao bi ekstremno i daleko ultraljubičasto zračenje u rasponu od 80 do 825 Å te od 1250 do 1650 Å.
Glavni dio misije bio bi podijeljen u dva programa. Prvi, SEEN, obuhvatio bi 276 zvijezda spektralnih tipova F, G, K i M. U toj bi skupini bile zvijezde različite mase, dobi i brzine rotacije, od zvijezda sličnih Suncu do crvenih patuljaka. Svaka bi bila promatrana približno tri sata i 20 minuta.
Takav pregled omogućio bi usporedbu količine EUV zračenja kod zvijezda različite dobi. Astronomi bi mogli procijeniti kako se aktivnost zvijezde mijenja tijekom njezina života i koliko je zračenja neki planet mogao primati tijekom vlastite povijesti.
Drugi program, DEEP, dugotrajno bi pratio 24 odabrane zvijezde. Svaka bi bila promatrana približno 15 dana, što bi omogućilo bilježenje zvjezdanih baklji i drugih naglih promjena u zračenju. Takva duga promatranja potrebna su i za procjenu koliko se često događaju izbačaji plazme.
ESCAPE bi pritom bio više od 50 puta osjetljiviji od teleskopa Extreme Ultraviolet Explorer, poznatog kao EUVE, koji je prestao s radom prije otprilike četvrt stoljeća. Nova bi misija zato mogla napraviti širok pregled zvijezda koji prethodni teleskop nije mogao ostvariti.
Koronalno zatamnjenje otkrilo bi izbačaje plazme
Izbačaje plazme sa Sunca možemo izravno pratiti pomoću posebnih instrumenata. Kod drugih zvijezda takvo je mjerenje mnogo teže jer ih ne možemo razlučiti na isti način. ESCAPE bi zato tražio neizravni trag poznat kao koronalno zatamnjenje.
Kada koronalni izbačaj mase, golemi oblak plazme i magnetskog polja, odnese dio materijala iz vanjskih slojeva zvijezde, emisijske linije povezane s njezinom koronom mogu nakratko oslabjeti. Na Suncu je takav signal već potvrđen kao posljedica izbačaja plazme. ESCAPE bi tražio isti obrazac u spektrima drugih zvijezda i iz njega procjenjivao koliko su izbačaji česti i koliko su snažni.
Prema projekcijama autora, program DEEP mogao bi zabilježiti više od 200 događaja koronalnog zatamnjenja. To bi omogućilo usporedbu zvjezdanih baklji i izbačaja plazme te pokazalo kako se njihova učestalost mijenja s masom i dobi zvijezde.
Misija ne bi izravno tražila život na egzoplanetima. Njezini bi podaci pokazali je li neki planet milijardama godina primao uvjete pod kojima atmosfera može opstati. Rezultati bi se mogli koristiti za tumačenje mjerenja svemirskog teleskopa James Webb i za odabir najboljih ciljeva budućih misija koje će detaljnije proučavati stjenovite planete.
ESCAPE je zasad samo prijedlog, bez odobrenja i datuma lansiranja. Ako misija bude prihvaćena, njezina bi promatranja pomogla odgovoriti na pitanje koje prethodi svakoj ozbiljnoj procjeni nastanjivosti: može li udaljeni planet uopće dovoljno dugo zadržati atmosferu.
