Не обов'язково подаватися на грантові програми, переїжджати в США чи купувати суперпотужний телескоп (який усе одно ні́де ставити, це ж не сонячна батарея), щоб провести власне наукове дослідження з астрономії. NASA та MIT дали таку можливість кожному ентузіасту, коли створили космічний телескоп із відкритою базою отриманих даних.

Детальніше про це – в нашому матеріалі.

Що таке TESS?

TESS – це космічний телескоп, тобто такий, що запущено у відкритий космос для спостереження за астрономічними об'єктами. Його назва розшифровується так: “Transiting Exoplanet Survey Satellite”. Як можна з неї зрозуміти, TESS для своїх досліджень користується методом транзитної фотометрії, тобто фіксує характеристики планети, коли та проходить між своєю зорею та спостерігачем.

TESS був розроблений для місії класу Astrophysics Explorer, спонсорованої NASA, та запущений у 2018 році за допомогою SpaceX (на орбіту його вивела одна зі знаменитих Falcon 9). Місію TESS очолює Массачусетський технологічний інститут (MIT), який відповідає за загальне керівництво.

Від початку дворічна місія виявилася настільки успішною, що розтягнулася на понад чотири роки. Як зазначають у NASA, основна мета телескопа – виявлення менших за Нептун планет, які проходять на тлі своїх материнських зір та є достатньо яскравими, щоб уможливити подальші спектроскопічні спостереження, котрі можуть визначити маси планет і склад атмосфери.

TESS веде спостереження з унікальної еліптичної високої навколоземної орбіти, що дозволяє безперешкодно отримувати спостереження та, використовуючи їх, будувати криві блиску; тобто, його дані про зорі та планети більш точні та повні, ніж у телескопах з низькою орбітою. Взагалі основна перевага даних від TESS – їхня надзвичайна точність. Похибка вимірюється сотими, а то і тисячними частинами зоряної величини.

“Огляд” телескопа охоплює 85% неба в межах ~200 світлових років (для прикладу, минула місія з телескопом Kepler охоплювала лишень 0,25% – у 340 разів менше!). Для цього TESS має чотири ширококутні оптичні камери CCD із загальною роздільною здатністю 69 мегапікселів, щоб виявляти періодичні зниження яскравості, спричинені транзитами планет. Камери, розташовані в одну смугу, роблять знімки кожні дві хвилини. Вони мають 6,8-мегапіксельний детектор із низьким споживанням енергії та низькими шумами, полем зору 24° × 24°, а також ефективним діаметром 100 мм, систему лінз із семи оптичних елементів, які мають робочий діапазон довжин хвиль від 600 до 1000 нм. Таким чином, завдяки TESS можна вивчати масу, розмір, щільність та орбіту малих планет.

Наукові дані передаються кожні два тижні, але, крім них, надсилаються також повнокадрові фотографії з ефективним часом експозиції дві години. Це дозволяє вченим шукати несподівані швидкоплинні явища на кшталт гамма-спалахів.

Джерело: Characteristics of the TESS space telescope 

Звучить дуже круто. А які в нього вже є результати?

Станом на червень 2023 року, за інформацією NASA Exoplanet Archive, маємо 323 підтверджені екзопланети, відкриті TESS, та 6213 планет-кандидатів, які все ще очікують підтвердження або відхилення науковим співтовариством. Але, крім того, TESS дав поштовх вивченню змінних зір, зоряній астрономії, астросейсмології та декільком іншим наукам.

Під час основної дворічної місії, з 2018-го до 2020-го року, TESS сфокусувався на пошуку планет за межами нашої Сонячної системи з головною метою знайти найближчі планети, які піддаються характеристикам за допомогою подальших наземних досліджень. Одним із ключових наукових завдань місії TESS було таке: зафіксувати дані про понад 200 000 зір, щоб виявити планети з періодом <10 днів і радіусом <2,5 радіусів Землі, які обертаються навколо найяскравіших зір в околицях Сонця, а також віднайти планети з радіусами щонайменше 2,5 радіусів Землі, розподілені по небесній сфері.

Огляд був розбитий на 26 секторів спостереження; кожен сектор мав розмір 24° × 96° з перекриттям секторів на полюсах екліптики, щоб забезпечити додаткову чутливість до менших і довгоперіодичних екзопланет у цьому регіоні.

Потім були дві розширені місії. 

Під час першої, що тривала з 2020-го до 2022-го року, продовжувалося сканування для пошуку екзопланет і тимчасових подій. Додатково досліджувалися запропоновані науковцями теми: зоряна астрофізика, акреція та позагалактичні об'єкти, Сонячна система та інше, – які можуть стосуватися досліджень аналізу даних тощо. Друга розширена місія наразі триває – TESS продовжує сканувати небо, виявляючи екзопланети та тимчасові події.

Необроблені дані, які TESS уже (станом на 2023-й рік) надіслав на Землю, займають понад три терабайти (вражаючий обсяг), і це ще ж зовсім не кінець. За цією інформацією науковці створили 4270 публікацій (дані бази NASA ADS). За статистикою Центра підтримки науки TESS, 41% робіт стосуються екзопланет, а 59% – інших областей астрофізики.

З найбільш “гарячих” відкриттів відзначимо такі:

• планета TOI 700 d завбільшки із Землю, що обертається навколо червоного карлика, де умови можуть бути ідеальними для існування поверхневих вод;
• планета TOI-1231 завбільшки з Нептун, що обертається навколо червоного карлика всередині зони, придатної для життя;
• кілька надгарячих планет, які обертаються навколо своїх зір менш ніж за дві доби;
• кілька “суперземель”, які в п'ять разів перевищують за масою нашу планету;
• з'ясувалося, що Альфа Дракона є затемнюваною подвійною зорею.

І ще сотні великих та маленьких відкриттів, про які можна прочитати у відкритих джерелах. Далі буде, адже за прогнозами розробників, орбіта TESS буде залишатися стабільною ще років десять, та й ресурс його експлуатації ще не вичерпано.

Це ми пишемо про міжнародну наукову спільноту. А як щодо досліджень в Україні?

Донедавна користуватися даними TESS було “надто неортодоксально”, тому досліджень обмаль. Якщо бути точними, то всього 20 – із, нагадаємо, 4270. Для порівняння, науковці з Південної Африки написали вже 92.

Ми, CSF (у минулому – NUAAR), виправляємо це просто зараз!

Мета наших проєктів “TESS-UA-2022” та “TESS-UA-2023Α” – навчити українців користуватися даними TESS для дослідження екзопланет та пульсуючих зір (розповімо про них детально пізніше), а також потенційно придатних для життя планет. Наші науковці, досвідчені фахівці з астрономії та любителі-ентузіасти з інших професійних сфер, перебувають на фінальних стадіях роботи над статтями, які будуть подані в наукові журнали вже найближчими днями.

Але про цей проєкт та його результати ми розкажемо вже в наступному матеріалі, тож слідкуйте за нашими новинами, щоб його не пропустити.

Але не обов'язково чекати набору в “TESS-UA” – ви можете користуватися даними TESS і самостійно. Як саме?

Усі дані, які отримує телескоп, надходять до Вхідного каталогу TESS. Сьогоденна версія Вхідного каталогу TESS – TIC-8 – містить близько 1,5 мільярда об'єктів та дані про глобальні характеристики зір (такі як ефективна температура, її маса, радіус та світність, гравітаційне прискорення на поверхні зорі), а також яскравість об'єкта в різних фотометричних системах. Завантажити інформацію з каталогу може будь-хто через Архів космічних телескопів ім. Мікульські (MAST), де містяться усі необроблені та оброблені дані. Їх можна поділити на чотири типи:

• Calibrated Full Frame Images – знімки неба;
• Target Pixel Files – піксельні версії знімків без зайвого “шуму”;
• Extracted Light Curves – криві блиску, які показують залежність яскравості зорі від часу;
• Data Validation Time Series – додаткові дані для пошуку екзопланет.

Їх можна вільно завантажувати, вибираючи потрібний сектор або конкретну зорю, відформатовувати за допомогою спеціальних скриптів під формат, який “бачить” ваш комп'ютер, та – досліджувати!

А якщо у вас виникнуть питання щодо того, як користуватися цим архівом чи інтерпретувати його дані, надішліть лист із питаннями на електронну адресу: clearskiesfoundation.contact@gmail.com. Ми завжди раді допомогти.

Нумо, до нових відкриттів!

*Усі дані, наведені в статті, датуються червнем 2023-го року.