Tanssia Tähtien Kanssa – CHEOPS- ja TESS-avaruusteleskoopit Havaitsevat Synkronoituneet Planeettojen Kiertoradat

Tähtitiede ja avaruustutkimus herättävät kiinnostusta aina SpaceX:n (SPCX ) Mars-suunnitelmista James Webb -avaruusteleskoopin (JWST) havaintoihin. Tähtitieteilijät ilmoittivat 29. marraskuuta 2023 löytäneensä kuuden planeetan kiertorataresonanssien ketjun. Tutkimus ratkaisi aluksi vaikealta näyttäneen arvoituksen kansainvälisen yhteistyön avulla; mukana olivat muun muassa Bernin ja Geneven yliopistojen ryhmät.

HD 110067 -järjestelmä

Kuusi planeettaa kiertää HD 110067 -tähteä. Peräkkäiset parit muodostavat resonanssiketjun suhteissa 3:2, 3:2, 3:2, 4:3 ja 4:3. TESS-aineistosta voitiin ensin määrittää kahden sisimmän planeetan radat. CHEOPS vahvisti kolmannen kiertoajan, minkä jälkeen painovoimamallit, maanpäälliset havainnot ja TESS-aineiston uusi analyysi auttoivat selvittämään loput radat.

Suhteet koskevat kiertämistä tähden ympäri, eivät planeettojen pyörimistä akselinsa ympäri. Resonanssissa 3:2 sisempi planeetta kiertää tähden noin kolme kertaa samassa ajassa kuin ulompi kaksi kertaa. Kyse on dynaamisesta resonanssista, ei kaikkien yksittäisten mitattujen jaksojen täydellisestä yhtäsuuruudesta.

Hugh Osborn selitti vuonna 2023, etteivät resonanssit tai moniplaneettajärjestelmät olleet harvinaisia yli 5 000 silloin tunnetun eksoplaneetan joukossa.

Poikkeuksellisen harvinaista oli kuitenkin löytää näin pitkä, kuuden planeetan resonanssiketju. — tohtori Hugh Osborn, Bernin yliopiston CHEOPS-tutkija

Suhteita voidaan kuvata seuraavilla idealisoiduilla yhteyksillä vastaavina ajanjaksoina:

• 3 sisimmän planeetan kierrosta ≈ 2 toisen planeetan kierrosta
• 3 toisen planeetan kierrosta ≈ 2 kolmannen planeetan kierrosta
• 3 kolmannen planeetan kierrosta ≈ 2 neljännen planeetan kierrosta
• 4 neljännen planeetan kierrosta ≈ 3 viidennen planeetan kierrosta
• 4 viidennen planeetan kierrosta ≈ 3 kuudennen planeetan kierrosta

Kirkas tähti tekee järjestelmästä tärkeän kohteen planeettojen kaasukehien ja koostumuksen tutkimiselle. Kaikki kuusi ovat Neptunusta pienempiä. Arvioidut pienet massat viittaavat mahdolliseen kaasu- tai vesipitoisuuteen. Esimerkiksi JWST:n jatkohavainnot voivat selventää rakennetta; löytö ei sellaisenaan osoita asuttavuutta.

Ylikulkumenetelmä

Löytö perustui pääasiassa ylikulkumenetelmään, jolla etsitään aurinkokunnan ulkopuolisia planeettoja. Tähtitieteilijät seuraavat tähden kirkkautta ja etsivät toistuvia pieniä himmenemisiä, jotka voivat johtua tähden editse kulkevasta planeetasta.

*Kuva vain havainnollistamista varten*

Tähden valon havainnointi: Tähtien kirkkautta seurataan pitkään Keplerin ja TESS:n kaltaisilla avaruusteleskoopeilla tai maanpäällisillä välineillä. Eri hankkeiden kohdemäärät ja havainto-ohjelmat vaihtelevat.

Ylikulku: Kun rata on sopivasti suuntautunut meihin nähden, planeetta kulkee tähden ja havaitsijan välistä. Se peittää pienen osan tähden kiekosta ja vähentää havaittua kirkkautta.

Toistuva himmeneminen: Jaksottaiset himmenemiset voivat osoittaa toistuvia planeetan ylikulkuja, mutta muut selitykset on suljettava pois. Himmennyksen syvyys riippuu pääasiassa planeetan ja tähden säteiden suhteen neliöstä. Kun tähden koko tunnetaan, planeetan kokoa voidaan arvioida.

Kiertoaika ja etäisyys: Toistuvien ylikulkujen väli kertoo kiertoajan. Tähden massan kanssa sitä voidaan käyttää radan koon arvioimiseen Keplerin lakien avulla.

Tarvittava suuntaus: Radan on oltava lähes näkösäteemme suuntainen, jotta planeetta kulkee tähden kiekon edestä. Muussa tapauksessa menetelmä ei havaitse sitä ylikulkuna.

Koko ja kaasukehä: Ylikulut soveltuvat säteen mittaamiseen. Sopivissa kohteissa kaasukehän läpi kulkevan tähtivalon spektroskopia voi antaa tietoa kaasukehän koostumuksesta.

Jatkohavainnot: Planeettaehdokkaan havaitsemisen jälkeen tehdään usein lisähavaintoja ja analyysejä signaalin planeettaluonteen vahvistamiseksi ja järjestelmän ominaisuuksien tutkimiseksi.

Menetelmä on auttanut löytämään tuhansia eksoplaneettoja. Se suosii lähellä tähteään kiertäviä planeettoja, joiden ylikulut toistuvat usein ja joiden sopivan suuntauksen todennäköisyys on suurempi. Läheinen rata ei kuitenkaan automaattisesti tarkoita elinkelpoista vyöhykettä: se riippuu tähdestä ja planeetan saamasta säteilystä.

Avaruusteleskoopit

JWST ei ole tähtitieteilijöiden ainoa avaruusteleskooppi. Tämän järjestelmän löytämisessä keskeisiä olivat seuraavat hankkeet.

CHEOPS – eksoplaneettojen ominaisuuksia tutkiva satelliitti:

CHEOPS laukaistiin vuonna 2019 ESA:n ja Sveitsin yhteishankkeena, johon osallistui muitakin Euroopan maita. Se tutkii kirkkaiden tähtien tunnettuja planeettoja ja mittaa niiden säteitä tarkasti. Kun saatavilla on riippumattomia massamittauksia, voidaan laskea keskitiheys ja päätellä koostumusta.

*Kuva vain havainnollistamista varten*

CHEOPS keskittyy erityisesti Maan ja Neptunuksen kokoluokkien planeettoihin, joista monet on löydetty muilla välineillä. Se tarkkailee yhtä tähteä kerrallaan ja mittaa ylikulkujen aiheuttamia kirkkauden muutoksia.

TESS – eksoplaneettojen ylikulkuja etsivä kartoitussatelliitti:

Vuonna 2018 laukaistu TESS on NASA:n hanke. CHEOPS:n tunnettuihin planeettoihin kohdistuvan seurannan sijaan se etsii uusia planeettoja kirkkaiden lähitähtien ympäriltä, mukaan lukien Maan kokoisia planeettoja ja supermaapalloja.

TESS jakaa taivaankartoituksen sektoreihin, joita seurataan tavallisesti noin 27 päivää kutakin; joitakin alueita havainnoidaan pidempään. Se on tunnistanut tuhansia eksoplaneettaehdokkaita, jotka eivät kaikki ole vahvistettuja löytöjä. NASA ilmoitti 6. syyskuuta 2023 määriksi 6 788 ehdokasta ja 383 vahvistettua planeettaa. Kirkkaat kohteet helpottavat jatkotutkimuksia.

Hankkeet täydentävät toisiaan: CHEOPS tutkii tunnettujen planeettojen ominaisuuksia ja TESS etsii uusia ehdokkaita vahvistettaviksi ja tarkemmin tutkittaviksi. Tulokset auttavat ymmärtämään planeettajärjestelmiä ja tukevat pitkän aikavälin tutkimusta mahdollisesti elinkelpoisista maailmoista.

Alan yrityksiä

Tiede ja avaruusteknologia tukevat Maan ulkopuolista tutkimusta. Seuraavat yritysesimerkit on sijoitettu vuoden 2023 artikkelin yhteyteen; vanhat talousluvut eivät sellaisinaan muodosta ajankohtaista sijoitussuositusta.

*Taulukot ovat vuoden 2023 artikkelin historiallisia tilannekuvia, rahamäärät soveltuvin osin Yhdysvaltain dollareina. Upotetut kurssit ja kaaviot voivat päivittyä erikseen. Negatiivista P/E-lukua ei tulkita tavallisen positiiviseen tulokseen perustuvan arvostuskertoimen tavoin.*

Pörssiyhtiöitä vuoden 2023 yhteydessä

1. Northrop Grumman Corporation

NOC Hintakaavio

Northrop Grumman Corporation (NOC ) on yhdysvaltalainen avaruus- ja puolustusteknologiayritys. Se oli James Webbin pääurakoitsija ja toimii satelliittien, kantorakettien sekä Kansainvälisen avaruusaseman palvelujen ja huollon parissa. Uuteen teknologiaan panostaminen kuuluu sen laajempaan puolustus- ja avaruusliiketoimintaan eikä takaa sijoitustuottoa.

2. Lockheed Martin Corporation

LMT Hintakaavio

Lockheed Martin Corporation (LMT ) rakentaa avaruusaluksia ja satelliitteja ja on merkittävä NASA:n urakoitsija. Se valmistaa Orionin Artemis-hankkeen matalan Maan kiertoradan ulkopuolisille lennoille. Se on rakentanut myös Mars-laskeutujia ja kiertolaisia sekä suojakuoria kulkijamissioihin, ei kaikkia kulkijoita kokonaisuudessaan. Toimintaan kuuluvat satelliittiviestintä, avaruustutkimus ja ohjuspuolustus.

3. Boeing Company

BA Hintakaavio

Boeingilla on pitkä ilmailu- ja avaruushistoria satelliiteista avaruusaluksiin. Se on Kansainvälisen avaruusaseman tärkeä kumppani ja kehitti vuonna 2023 CST-100 Starlineria miehistökuljetuksiin matalalle Maan kiertoradalle. Tämä kuvaa kyseisen ajan ohjelmaa eikä takaa säännöllistä liikennettä. Avaruustoiminta on osa sen laajempaa liiketoimintaa.

Vuonna 2023 listaamattomia yrityksiä

SpaceX

Elon Muskin johtama SpaceX oli listaamaton artikkelin kirjoitusvuonna 2023. Se listautui sittemmin Nasdaqiin 12. kesäkuuta 2026 tunnuksella SPCX. Nykyinen upotettu osakekurssi on erotettava historiallisesta kuvauksesta.

Rakettien uudelleenkäyttö on keskeistä SpaceX:n pyrkimyksessä pienentää avaruuteen pääsyn kustannuksia. Falcon-raketit ja Dragon-alukset tukevat ISS:n rahti- ja miehistölentoja. Starlink kehittää satelliittiyhteyksiä, ja Starship on tarkoitettu laajempiin avaruuslentoihin, myös pitkän aikavälin Mars-suunnitelmiin.

Yhtiö on merkittävä alan toimija, mutta Mars-suunnitelmat ovat tavoitteita, joihin liittyy teknisiä ja toiminnallisia riskejä. Teknologiakiinnostus ei takaa sijoitustuottoa.

Blue Origin

Löydön merkitys

HD 110067:n kaltaisten järjestelmien tutkimus lisää ymmärrystä planeettojen synnystä ja kehityksestä. Perustutkimus ja teknologia voivat hyödyttää toisiaan, mutta tämä löytö ei suoraan osoita miehitettyjen Mars-lentojen tai kaupallisen asteroidikaivostoiminnan toteutettavuutta.