เคปเลอร์และเทสส์: กล้องล่าดาวเคราะห์นอกระบบ

จนถึงต้นคริสต์ทศวรรษ 2000 นักดาราศาสตร์รู้จักดาวเคราะห์นอกระบบสุริยะเพียงไม่กี่ร้อยดวง ส่วนใหญ่เป็นดาวเคราะห์ยักษ์ที่โคจรใกล้ดาวฤกษ์ของมัน คำถามสำคัญที่ยังไม่มีใครตอบได้คือ ดาวเคราะห์ขนาดเล็กอย่างโลกพบได้บ่อยแค่ไหน กล้องโทรทรรศน์อวกาศเคปเลอร์ของ NASA ถูกออกแบบมาเพื่อตอบคำถามนี้

จ้องฟ้าผืนเดียวนานสี่ปี

เคปเลอร์ถูกปล่อยในเดือนมีนาคม ค.ศ. 2009 โคจรรอบดวงอาทิตย์ตามหลังโลก กล้องมีกระจกขนาด 1.4 เมตรและกล้องถ่ายภาพที่ใหญ่ที่สุดที่เคยส่งขึ้นอวกาศในเวลานั้น จ้องฟ้าบริเวณเดียวระหว่างกลุ่มดาวหงส์กับกลุ่มดาวพิณ วัดความสว่างของดาวฤกษ์ราว 150,000 ดวงพร้อมกันทุกครึ่งชั่วโมงอย่างต่อเนื่อง

วิธีที่ใช้คือวิธีการผ่านหน้า (transit method) เมื่อดาวเคราะห์โคจรผ่านหน้าดาวฤกษ์ในแนวสายตาเรา ดาวฤกษ์จะหรี่ลงเล็กน้อยเป็นจังหวะสม่ำเสมอ สัดส่วนที่หรี่ลงบอกขนาดของดาวเคราะห์ คาบที่หรี่ซ้ำบอกคาบโคจรและระยะห่างจากดาวฤกษ์ ดาวเคราะห์ขนาดโลกบังแสงดาวฤกษ์คล้ายดวงอาทิตย์ได้เพียงราว 0.008% เท่ากับการเห็นแสงไฟหน้ารถหรี่ลงเพราะมียุงบินผ่านจากระยะหลายกิโลเมตร เคปเลอร์จึงต้องวัดความสว่างได้แม่นยำมาก และอยู่ในอวกาศเพื่อหลีกเลี่ยงความปั่นป่วนของอากาศ

สิ่งที่เคปเลอร์บอกเรา

• ค้นพบดาวเคราะห์ที่ยืนยันแล้วกว่า 2,600 ดวง ตลอดภารกิจ มากกว่าครึ่งหนึ่งของดาวเคราะห์นอกระบบที่รู้จักในช่วงนั้น
• ดาวเคราะห์มีอยู่ทั่วไป ข้อมูลทางสถิติชี้ว่าดาวฤกษ์ส่วนใหญ่ในดาราจักรมีดาวเคราะห์อย่างน้อยหนึ่งดวง จำนวนดาวเคราะห์ในทางช้างเผือกจึงน่าจะมากกว่าจำนวนดาวฤกษ์
• ดาวเคราะห์ชนิดที่ไม่มีในระบบสุริยะ ดาวเคราะห์ที่พบบ่อยที่สุดมีขนาดระหว่างโลกกับดาวเนปจูน เรียกว่าซูเปอร์เอิร์ธและมินิเนปจูน ซึ่งระบบสุริยะของเราไม่มีเลย
• ดาวเคราะห์ขนาดใกล้โลกในเขตเอื้อชีวิต เช่น Kepler-186f ดาวเคราะห์ขนาดใกล้โลกดวงแรกที่พบในเขตเอื้อชีวิตของดาวฤกษ์ดวงอื่น และ Kepler-452b ซึ่งโคจรรอบดาวฤกษ์คล้ายดวงอาทิตย์
• ระบบที่มีดาวเคราะห์หลายดวง เช่น ระบบที่ดาวเคราะห์โคจรรอบดาวฤกษ์คู่ คล้ายดาวทาทูอีนในภาพยนตร์สตาร์วอร์ส

ในปี ค.ศ. 2013 ล้อปฏิกิริยาตัวที่สองจากสี่ตัวเสีย กล้องจึงหันนิ่งไม่ได้ วิศวกรคิดวิธีใช้แรงดันของแสงอาทิตย์มาช่วยถ่วงสมดุลแทนล้อที่เสีย ภารกิจจึงดำเนินต่อในชื่อ K2 โดยเปลี่ยนไปสำรวจฟ้าบริเวณต่าง ๆ ตามแนวสุริยวิถี จนเชื้อเพลิงหมดในเดือนตุลาคม ค.ศ. 2018

เทสส์: สำรวจดาวเพื่อนบ้าน

ดาวที่เคปเลอร์สำรวจส่วนใหญ่อยู่ไกลหลายร้อยถึงหลายพันปีแสงและจางเกินกว่าจะศึกษาต่อได้ดี กล้องเทสส์ (TESS) ที่ปล่อยในเดือนเมษายน ค.ศ. 2018 จึงเปลี่ยนแนวทาง ใช้กล้องมุมกว้างสี่ตัวสำรวจเกือบทั้งท้องฟ้า เน้นดาวฤกษ์ที่สว่างและอยู่ใกล้ แบ่งท้องฟ้าเป็นแถบ ๆ และจ้องแต่ละแถบนานราวหนึ่งเดือน เทสส์โคจรในวงโคจรพิเศษที่ใช้แรงโน้มถ่วงของดวงจันทร์ช่วยให้มั่นคงและส่งข้อมูลมายังโลกได้ทุกสองสัปดาห์

เทสส์พบดาวเคราะห์ที่ยืนยันแล้วหลายร้อยดวงและผู้สมัครอีกหลายพันดวง ข้อได้เปรียบคือดาวเคราะห์ที่พบอยู่รอบดาวฤกษ์สว่าง จึงวัดมวลด้วยวิธีความเร็วแนวเล็งได้ และกล้องอย่างเจมส์ เว็บบ์ ก็ศึกษาบรรยากาศของพวกมันได้ เช่น ระบบ TOI-700 ที่มีดาวเคราะห์ขนาดใกล้โลกในเขตเอื้อชีวิต

ในอนาคต กล้อง PLATO ขององค์การอวกาศยุโรปจะสานต่อการค้นหาดาวเคราะห์ขนาดโลกรอบดาวฤกษ์คล้ายดวงอาทิตย์ และกล้องโรมันจะค้นหาดาวเคราะห์ด้วยวิธีเลนส์ความโน้มถ่วง ซึ่งพบดาวเคราะห์ที่อยู่ไกลจากดาวฤกษ์ได้ดีกว่าวิธีการผ่านหน้า