ეგზოპლანეტები — პლანეტები, რომლებიც ჩვენი მზის სისტემის ფარგლებს მიღმა მდებარეობს, თანამედროვე ასტრონომიის ერთ-ერთი ყველაზე საინტერესო და სწრაფად მზარდი კვლევითი მიმართულებაა. განსაკუთრებით მნიშვნელოვანი არიან ეგზოპლანეტები, რომლებიც ტრანზიტს  ახდენენ. ამ ტიპის პლანეტებზე შესაძლებელია ისეთი მახასიათებლების დადგენა, როგორიცაა მასა, რადიუსი, ორბიტის ფორმა და ატმოსფეროს შემადგენლობა.

მეცნიერების განსაკუთრებულ ინტერესს იწვევს ეგზოპლანეტები, რომლებიც ზომით დედამიწასა და ნეპტუნს შორის არიან. მათზე ცოტა რამ ვიცით, რადგან ჩვენს მზის სისტემაში მსგავსი პლანეტები არ გვხვდება.

 

 

Kepler-დან TESS-მდე

NASA-ს კეპლერის მისია იყო ეგზოპლანეტების აღმოჩენის თვალსაზრისით მნიშვნელოვანი ეტაპი. მან აჩვენა, რომ დედამიწასა და ნეპტუნს შორის ზომის პლანეტები სამყაროში საკმაოდ გავრცელებულია და მრავალფეროვანი ორბიტული მახასიათებლებით გამოირჩევიან. თუმცა, კეპლერის მიერ შესწავლილი ვარსკვლავები ძირითადად მკრთალები იყვნენ, რაც მათი დეტალური დაკვირვების საშუალებას ზღუდავდა.

ამ პრობლემის გადასაჭრელად შეიქმნა TESS (Transiting Exoplanet Survey Satellite), კეპლერის ლოგიკური გაგრძელება. მისი მიზანია, იპოვოს ასობით ტრანზიტული ეგზოპლანეტა კაშკაშა და ახლო ვარსკვლავების ირგვლივ, რაც შესაძლებელს გახდის მათი მასისა და ატმოსფეროს შემადგენლობის განსაზღვრას.

 

TESS 2018 წლის 18 აპრილს გაუშვეს კანავერალის კონცხიდან, SpaceX-ის Falcon 9-ის მეშვეობით. დედამიწის დატოვების შემდეგ TESS ჯერ დაბალ ორბიტაზე (600 კმ სიმაღლეზე) მოხვდა, შემდეგ კი საკუთარი ძრავების მეშვეობით თანდათანობით გაიზარდა მისი ორბიტა, რათა მიეღწია მთვარესთან სინქრონული, გრძელი და სტაბილური ორბიტისთვის. საბოლოო ორბიტაზე გასვლას 60 დღე დასჭირდა.

TESS მოძრაობს მთვარესთან სინქრონულ ელიფსურ ორბიტაზე, რომლის პერიოდი 13.7 დღეა. მისი ყველაზე ახლო წერტილი დედამიწიდან (პერიგეუმი) 17 დედამიწის რადიუსზეა, ხოლო შორეული (აპოგეუმი) — 59 რადიუსზე. ეს დახრილი ორბიტა უზრუნველყოფს იმას, რომ თანამგზავრი არ ხვდება ხანგრძლივ დაბნელებებში და ასევე იცილებს დედამიწისა და მთვარის სინათლის ზემოქმედებას.

ნახეთ ისტორიული კადრები, როგორ გაუშვა SpaceX-მა NASA-ს კოსმოსური ტელესკოპი TESS (Transiting Exoplanet Survey Satellite) 2018 წლის 18 აპრილს, კანავერალის კონცხიდან. რაკეტა Falcon 9-მა წარმატებით მიიყვანა სატელიტი ორბიტაზე, სადაც  მან დაიწყო თავისი მისია — დედამიწის კოსმოსური მეზობლების მონიტორინგი და ეგზოპლანეტების ძიება ტრანზიტის მეთოდით.

 

TESS-ის ორბიტა რადიაციული სარტყლის ზემოთაა, რაც ქმნის დაბალი რადიაციის და სტაბილური ტემპერატურის გარემოს, რაც მნიშვნელოვანია მისი ინსტრუმენტების გრძელვადიანი ფუნქციონირებისთვის.

 

ორბიტის უპირატესობები:

• 300 საათზე მეტი უწყვეტი დაკვირვება ერთ ორბიტაზე
• ტემპერატურული სტაბილურობა
• სინათლით მინიმალური დაბინძურება დედამიწისა და მთვარისგან
• რადიაციული ზონების გარეშე მუშაობა
• მონაცემთა გადმოწერის მაღალი სიჩქარე — 100 Mbps
• ორბიტის სტაბილურობა და ოპერაციების სიმარტივე
• გრძელვადიანი ფუნქციონირება — რამდენიმე ათწლეულით

 

 

ტექნიკური აგებულება:

TESS აღჭურვილია სამღერძიანი სტაბილიზაციის სისტემით, ორი ანტენით (S-Band კავშირზე და Ka-Band მონაცემთა გადმოსაცემად), და მზის პანელებით. მისი მაქსიმალური ენერგომოხმარება 290 ვატია, ხოლო მზის პანელები 415 ვატს გამოიმუშავებენ. ყველა საკონტროლო და დაკვირვების სისტემა თერმულად იზოლირებულია და დაცულია მზის პირდაპირი გამოსხივებისგან

TESS-ის ობსერვატორია აღჭურვილია ოთხი იდენტური კამერით (ანუ ტელესკოპით) და ერთიანი მონაცემთა მართვის ერთეულით. თითოეული კამერა შეიცავს:

• გამოსახულების მიმღებ მოწყობილობებს (CCD)
• ლინზების კომპლექსს
• ლინზების დამცავ საფარს (Lens Hood), რომელიც იცავს კამერებს დედამიწისა და მთვარისგან არეკლილი ზედმეტი სინათლის ზემოქმედებისგან

 

ოპტიკური სისტემა:

ლინზების სისტემა შედგება შვიდი ელემენტისგან და ყველა მათგანი დაფარულია ანარეკლის საწინააღმდეგო სპეციალური საფარით, რაც უზრუნველყოფს სურათის სიწმინდეს. კამერის ეფექტური აპერტურა (ანუ სინათლის გამტარი არე) შეადგენს 105 მმ-ს, ხოლო F რიცხვი — f/1.4. ეს ნიშნავს, რომ კამერის ფოკუსური მანძილი განისაზღვრება ფორმულით F = f/D, რაც ამ შემთხვევაში ტოლია 147 მმ-ის (105 × 1.4). F რიცხვი გავლენას ახდენს გამოსახულების სიკაშკაშეზე და სიღრმეზე — რაც უფრო მცირეა ეს მაჩვენებელი, მით უფრო ნათელია სურათი.

 

მხედველობის ველი:

თითოეული კამერა ფარავს ცის 24°×24° ფართობს, რაც შეადგენს 576 კვადრატულ გრადუსს. ოთხი კამერა ერთმანეთის გვერდით არის განლაგებული და მთლიანობაში ფარავს ცის 24°×96° ტერიტორიას — ანუ დაახლოებით 2304 კვადრატულ გრადუსს, რაც ცის მთლიანი სფეროს 5%-ზე მეტია. შედარებისთვის, კეპლერის მისია ფარავდა მხოლოდ 105 კვადრატულ გრადუსს.

 

 

CCD ტექნოლოგია:

თითოეულ კამერაში განლაგებულია ოთხი CCD სენსორი (2048×2048 პიქსელი), ერთმანეთისგან 2 მმ-ით დაშორებული. საერთო ჯამში თითო კამერის გამოსახულების რეზოლუცია 4096×4096 პიქსელია.

• პიქსელის ზომა: 15×15 მიკრონი
• მაქსიმალური ელემენტარული ტევადობა (Full Well Capacity): 200,000 ელექტრონი თითოეულ პიქსელზე
• განათების შეფასება: მე-10 ფოტომეტრიულ ვარსკვლავურ სიდიდეზე — დაახლოებით 15,000 ელექტრონი წამში
• ოპერაციული ტემპერატურა: -75°C-დან -80°C-მდე, რაც მნიშვნელოვნად ამცირებს CCD ხარვეზებს, როგორიცაა “dark current” და “read noise” (უკანასკნელი <10 ელექტრონი)

საერთო ჯამში, ყველა კამერის ფოკალურ სიბრტყეში განლაგებულია 16 მაღალი ხარისხის CCD სენსორი.

 

TESS-ის მონაცემთა დამუშავებისა და მართვის სისტემა ორი ძირითადი კომპონენტისგან შედგება:

1. მონაცემთა მართვის ერთეული (Data Handling Unit)
   მოიცავს Space Micro-ს მიერ შექმნილ Image Processing Computer IPC-7000-ს, რომელიც დაფუძნებულია Virtex-7 FPGA ტექნოლოგიაზე. ეს პროგრამირებადი პლატფორმა სწრაფად და ეფექტურად ამუშავებს ოთხივე კამერიდან წამოსულ გამოსახულებებს.
2. სისტემის ძირითადი კომპიუტერი (Flight Computer)
   არის Proton 400K — რადიაციულად მდგრადი და ინტეგრირებული კომპიუტერული სისტემა, რომელიც პასუხისმგებელია თანამგზავრის ზოგად ფუნქციონირებაზე და მონაცემთა გადმოტვირთვაზე დედამიწაზე.

 

TESS აგრეთვე აღჭურვილია ორი 192 გიგაბაიტიანი მყარი მეხსიერების ბუფერით (SSD), რომლებზეც ინახება დაკვირვების მონაცემები მანამ, სანამ ისინი გადაეცემა დედამიწას.

TESS-ის მიერ დაკვირვების ცის სფერო დაყოფილია სექტორებად. თითოეული სექტორის შესწავლა გრძელდება ორი ორბიტის განმავლობაში — რაც დაახლოებით 27 დღეს შეადგენს. ტელესკოპების მხედველობის ველი (24° × 96°, ანუ 2304 კვადრატული გრადუსი) ისეა გაწერილი ეკლიპტიკის სიგრძეზე, რომ მეოთხე კამერა ყოველთვის მიმართულია ეკლიპტიკის პოლუსისკენ. ერთი სექტორის დაკვირვების დასრულების შემდეგ კამერები მიმართულებას ცვლიან დაახლოებით 27°-ით აღმოსავლეთისკენ, ისე რომ მეოთხე კამერა ისევ ეკლიპტიკის პოლუსზე რჩება. ეს განლაგება უზრუნველყოფს, რომ ეკლიპტიკის პოლარული რეგიონი მუდმივად მოხვდეს TESS-ის მხედველობის ველში.

სექტორებს შორის გადართვა ხდება ორბიტის ყველაზე ახლო წერტილში — პერიჰელიუმზე გადასვლისას. მთვარესთან სინქრონულ ორბიტაზე მოძრავი თანამგზავრი წელიწადში ახერხებს 13 სექტორის დაკვირვებას.

 

 

TESS-ის ოპტიკური ღერძი დახრილია დაახლოებით 54°-ით ეკლიპტიკის სიბრტყის მიმართ, რაც იცავს კამერებს მზის პირდაპირი შუქის ზემოქმედებისგან. თუმცა, ზოგიერთი სექტორის დროს (14–16 და 24–26) ღერძის დახრილობა დროებით იზრდება  85°-მდე, რათა თავიდან აირიდონ დედამიწისა და მთვარიდან არეკლილი შუქის მოხვედრა პირველ და მეორე კამერებზე. ამ ცვლილებას თან ახლავს კამერების სამაგრი ფილის მობრუნება, რათა დაკვირვება შეუფერხებლად გაგრძელდეს.

2025 წლის 19 მარტის მდგომარეობით, TESS-მა უკვე დაასრულა 79 ორბიტა და ახორციელებს დაკვირვებას 36-ე სექტორზე.

TESS-ს ერთი მთავარი ამოცანა აქვს: იპოვოს ახალი პლანეტები სხვა ვარსკვლავების ირგვლივ. განსაკუთრებით ისეთი, რომლებიც პატარაა და თავიანთ ვარსკვლავთან ახლოს ბრუნავენ. კონკრეტულად კი, მისი მიზანია დააკვირდეს დაახლოებით 200,000 ვარსკვლავს და მათ ირგვლივ იპოვოს ისეთი პლანეტები, რომელთა ორბიტის პერიოდი 10 დღეზე ნაკლებია, ხოლო ზომა  2.5 დედამიწის რადიუსზე პატარა.

გარდა ამისა, TESS განსაკუთრებულ ყურადღებას აქცევს ეკლიპტიკის პოლარულ რეგიონებს, ანუ ცის იმ ნაწილებს, სადაც დაკვირვება შეიძლება თითქმის უწყვეტად. აქ დაახლოებით 10,000 კაშკაშა ვარსკვლავზე დაკვირვებით ის ცდილობს 120 დღეზე ნაკლები პერიოდის პლანეტების აღმოჩენას.

მართალია, ცაში მილიარდობით ვარსკვლავია, მაგრამ TESS-ს სჭირდება ისეთი ვარსკვლავები, რომლებსაც აქვს კონკრეტული მახასიათებლები:  უნდა იყოს საკმარისად კაშკაშა და ზომით ისეთი, რომ მისი ირგვლივ მოძრავი პატარა პლანეტის აღმოჩენა ტრანზიტის მეთოდით შესაძლებელი გახდეს.

ასე შეირჩა დაახლოებით 200,000 ვარსკვლავი 1.7 მილიარდიდან!  ვარსკვლავები მკაცრი კრიტერიუმებით შეირჩა, როგორიცაა : სტაბილურობა, არ უნდა იმყოფებოდეს გალაქტიკის მტვრიან ზონაში, არ უნდა ყოფილიყო ცვალებადი, და რაც მთავარია, TESS-ის ხედვის არეში უნდა ხვდებოდეს.

TESSის გაშვებამდე, ასტრონომებმა ეგზოპლანეტების უმეტესობა აღმოაჩინეს ისეთ ვარსკვლავებთან, რომლებიც ძალიან მკრთალები არიან, ანუ დედამიწიდან მათზე დაკვირვება და ატმოსფეროს, მასის თუ სხვა თვისებების განსაზღვრა ძნელია.

ამიტომ TESS-ის ყურადღების ცენტრში არიან კაშკაშა ვარსკვლავები, რომლებიც ცაზე თანაბრად არიან გადანაწილებულნი. იმისათვის, რომ თავიდან აგვერიდებინა რაიმე მნიშვნელოვანი ინფორმაციის გამორჩენა, სწორედ ამიტომ გახდა საჭირო მთელი ცის დაფარვა.

TESS-ის მსგავსი მისიისთვის, რომელიც ფოკუსირებულია ტრანზიტებზე, საუკეთესო შედეგს იძლევა მოკლეპერიოდიანი პლანეტების ძებნა, ანუ ისეთების, რომლებიც ხშირად გარემოექცევიან თავიანთ ვარსკვლავს. ასე აირჩიეს 10 დღემდე გარემოქცევის პერიოდი როგორც ოპტიმალური.

მთავარი პლიუსი? ასეთ პლანეტებს უფრო ადვილად და ხშირად აღმოაჩენ. მინუსი? ვერ ვპოულობთ დედამიწის ანალოგებს მზისნაირ ვარსკვლავებთან. მაგრამ იმედს არ ვკარგავთ, წითელი ჯუჯების ირგვლივ, სადაც სასიცოცხლო ზონა ბევრად ახლოსაა, უკვე შეიძლება დედამიწისნაირი პლანეტების პოვნა. ამისთვის საჭიროა უფრო ხანგრძლივი დაკვირვება, მინიმუმ 60 დღე. სწორედ ეს ხდება ცის იმ ნაწილში, რომელსაც განსაკუთრებული ყურადღება ეთმობა — ეკლიპტიკის პოლარული რეგიონები, რომლებიც TESS-მა ზედმიწევნით გააშუქა.

 

ეს მოკლე ანიმაცია სიმბოლურად ასახავს, როგორ გადასცა კოსმოსური მისიის ესტაფეტა Kepler-მათავის ახალ თანამგზავრ მეგობარს — TESS-ს. ვიდეოში ვხედავთ ორ მისიას კოსმოსში, თითქოს ერთმანეთს გზას უთმობენ, ერთის ეპოქა სრულდება, და მეორის იწყება. Kepler-მა ათასობით ეგზოპლანეტა აღმოაჩინა, ხოლო TESS აგრძელებს ამ გზას და ეძებს ახალ სამყაროს.

 

 

TESS-ის შთამბეჭდავი აღმოჩენებია:

ცხელი სამყაროების ტრიოს სისტემა – TOI‑451

• TESS-მა 2018 წლის ოქტომბერი–დეკემბერში გადაღებულ გამოსახულებებზე საშუალებით აღმოაჩინა სამი დიდი პლანეტა — 2–4 Rდედამიწის დიამეტრის — ახალგაზრდა ვარსკვლავის, TOI‑451-ის გარშემო 
• 2019–2020 წლებში დაკვირვებები გაგრძელდა Spitzer-ისა და დედამიწიდან follow-up პროგრამებით, რის შემდეგაც დადასტურდა, რომ სისტემას გააჩნია ორი შორეული კომპანიონი — M‑კლასის ვარსკვლავებისაგან შემდგარი ბინარული სისტემა .
• სისტემა — ასაკის მიხედვით დაახლოებით 120 მლნ წელი და მდებარეობით ~400 სინათლის წლის დაშორებით — წარმოადგენს უნიკალურ სამეცნიერო ლაბორატორიას ახალგაზრდა პლანეტური სისტემის შესასწავლად .
• პლანეტები და მათი თვისებები:
  • TOI‑451 b: პერიოდი 1.9 დღე, ~1.9 Rდედამიწა, 2–12 Mდედამიწა
  • TOI‑451 c: 9.2 დღე, ~3 Rდედამიწა, 3–16 Mდედამიწა
  • TOI‑451 d: 16 დღე, ~4 Rდედამიწა, 4–19 Mდედამიწა

 

• პლანეტებს აქვთ მაღალი ზედაპირის ტემპერატურა: 1,200 °C შიდა პლანეტისათვის და 450 °C – შორეული პლანეტისათვის .
• სამმა პლანეტამ განსაკუთრებული ყურადღება დაიმსახურა, რადგან მათი ზომები ქმნიან შესაფერის ბაზას პლანეტური ატმოსფეროების ევოლუციის თეორიების მოსაზიდად.

 

 

დედამიწის ტიპის პლანეტა – TOI‑700 d და TOI‑700 e

• TOI‑700–ის სისტემაში TESS-მა აღმოაჩინა სამი პლანეტა, მათგან ერთი – TOI‑700 d – დედამიწის მსგავსი ზომის, საცხოვრებელ ზონაში 
• ეს ვარსკვლავი — წითელი ჯუჯა (~0.42 Mმზე, M2–M3 კლასის) — მდებარეობს დაახლოებით 101 სინათლის წლის მანძილზე 
• ორბიტის პერიოდი ~37.4 დღე (0.161 AU)
• 2023 წლის იანვარში ამ სისტემაში TOI‑700 e — 0.95 Rდედამიწა, 0.82 Mდედამიწა, 27.8 დღიანი ორბიტით აღმოჩნდა. ეს კიდევ ერთი დედამიწის მსგავსი პლანეტაა ამ სისტემაში, რაც სისტემას განსაკუთრებით საინტერესო ხდის.

 

TESS ის აღმოჩენა, პირველი ეგზოპლანეტა, რომელიც ორ ვარსკვლავს, ანუ ვარსკვლავების ორმაგ სისტემას უვლის გარს. ამ აღმოჩენამდე, ასეთი პლანეტები, ტატუინები, მხოლოდ ჯორჯ ლუკასის ფანტაზიის ნაყოფი გვეგონა.

 

 

სხვა მნიშვნელოვანი აღმოჩენები და მოკლე მოვლენები

• AU Mic b – ნეპტუნის ზომის პლანეტა, ახლოს ახალგაზრდა წითელ ჯუჯასთან
• TESS რეგულარულად აფიქსირებს სუპერნოვებს და ვარსკვლავის აფეთქებებს

 

ეგზოპლანეტები ასტრონომიაში შედარებით ახალი, მაგრამ ძალიან დინამიური კვლევითი სფეროა. მისი ისტორია სულ რაღაც 35 წელს ითვლის, ხოლო რეალურად, ინტენსიური კვლევა მხოლოდ ბოლო ათწლეულის განმავლობაში დაიწყო. თავიდან ეგზოპლანეტებს დედამიწიდან, ადგილობრივი ტელესკოპებით აკვირდებოდნენ. შემდეგ გამოჩნდნენ კოსმოსური ტელესკოპები, რომლებმაც სრულად შეცვალეს თამაშის წესები. ჰაბლმა მნიშვნელოვანი პირველადი დაკვირვებები მოგვაწოდა, ხოლო შპიცერმა ატმოსფერული მონაცემებით გააღრმავა ჩვენი ცოდნა.

ამ ვიდეოში ვიზუალურად იხილავთ TESS-ის სტრუქტურას, მის ტექნიკურ მოწყობილობებს და ფუნქციონირების პრინციპებს. 

 

მაგრამ ნამდვილი გადატრიალება კეპლერის მისიამ მოახდინა. მისი დაკვირვებების შედეგად აღმოვაჩინეთ ათასობით ეგზოპლანეტა. ფაქტობრივად, ჩვენთვის დღეს ცნობილ ეგზოპლანეტების ნახევარზე მეტი კეპლერის აღმოჩენილია. ამ მისიის წყალობით, სამყაროს მრავალფეროვნება სრულიად ახალ დონეზე დავინახეთ.

მას შემდეგ, რაც მეცნიერებმა დაადასტურეს, რომ ეგზოპლანეტები მართლაც უხვად არსებობს, კვლევის ფოკუსი შეიცვალა. ახლა უკვე აღარ გვსურს უბრალოდ ვიცოდეთ, რომ იქ პლანეტებია, ისიც გვინდა გავიგოთ, თუ როგორ პლანეტებია. TESS სწორედ ამ ცვლილების პასუხია.

 

TESS-ის მიზანი მხოლოდ აღმოჩენა არ არის, ის არჩევს ისეთ პლანეტებს, რომელთა შემდგომი დაკვირვება რეალურია. TESS-ის შემდეგი ეტაპი ჯეიმს ვების კოსმოსური ტელესკოპია. მისი ერთ-ერთი პრიორიტეტი სწორედ TESS-ის მიერ აღმოჩენილი ეგზოპლანეტების დეტალური შესწავლაა. ვები ათწლეულზე მეტხანს იმუშავებს იმ პლანეტებზე, რომლებიც უკვე ცნობილია და ატმოსფეროს, ქიმიურ შემადგენლობასა და ბიოსიგნალებს შეისწავლის.

ხოლო მომდევნო მისია უკვე ჰორიზონტზეა — ESA-ის პროექტი „Ariel“ (აფთა). ის სრულად იქნება მიმართული ეგზოპლანეტების ატმოსფეროების სპექტროსკოპიულ შესწავლაზე, და კიდევ უფრო ღრმა ცოდნას მოგვცემს იმაზე, თუ როგორ ყალიბდებიან და ვითარდებიან პლანეტები სხვა ვარსკვლავურ სისტემებში.