“כאשר שפיצר שוגר בשנת 2003 , הרעיון שנשתמש בו כדי ללמוד על כוכבי לכת במערכות שמש אחרות היה כל־כך מטורף שאף אחד לא התייחס לכך”, אמר שון קארי ממרכז המדע של טלסקופ החלל שפיצר של נאס”א במכון הטכנולוגי של קליפורניה בפסדינה. “אבל עכשיו, איתור כוכבי לכת הפך להיות המשימה המדעית העיקרית שלנו.”
בהתקרב יום השנה ה-10 שלו, טלסקופ החלל שפיצר של נאס”א עבר הסבה ממצפה אסטרונומי כללי למצפה לכוכבי לכת מחוץ למערכת השמש. טלסקופ זה לא עוצב מראש למשימה זו. בעוד המהנדסים והמדענים שבנו את שפיצר לא חשבו על מטרה זו, התכונות שהקנו לחללית איפשרו לשנות את ייעוד החללית. בעיקר התאפשר הדבר הודות ליציבות יוצאת הדופן של הטלסקופ שבזכותה יכולים המהנדסים היום להקנות לטלסקופ החלל יכולות תצפית שהיו מעבר לתכנון המקורי שלו.
“כאשר שפיצר שוגר בשנת 2003 , הרעיון שנשתמש בו כדי ללמוד על כוכבי לכת במערכות שמש אחרות היה כל־כך מטורף שאף אחד לא התייחס לכך”, אמר שון קארי ממרכז המדע של טלסקופ החלל שפיצר של נאס”א במכון הטכנולוגי של קליפורניה בפסדינה. “אבל עכשיו, איתור כוכבי לכת הפך להיות המשימה המדעית העיקרית שלנו.”
שפיצר קולט את היקום באור תת־אדום שהוא קצת פחות אנרגטי מאשר האור שהעיניים שלנו יכולות לראות. אור תת־אדום יכול לחדור בקלות דרך ריכוזי גז קוסמי תועה ואבק, ומאפשר לחוקרים להציץ לתוך מזרקות אבק מהממות, מרכזי גלקסיות ומערכות שמש בשלבי לידתן. יכולת זו של שפיצר בתחום התת־אדום מתורגמת כיום גם לחקר כוכבי לכת. כאשר כוכב לכת חולף מול הכוכב שלו, הוא חוסם חלק זעיר של אור הכוכב. מדובר בליקויים חטופים שמאפשרים לשפיצר לחשוף את הגודל של העולם הזר.
כוכבי לכת פולטים אור תת־אדום ולפיכך יוכל שפיצר ללמוד על הרכב האטמוספירות שלהם. כאשר כוכב לכת מקיף את השמש שלו, הוא מראה אזורים שונים על־פני השטח שלו למצלמות של שפיצר. שינויים בבהירות הכוללת בתחום התת-אדום יכולים לספר על האקלים. ירידה בבהירות כוכב לכת כשהוא עובר מאחורי הכוכב שלו גם יכולה לספק מדידה של הטמפרטורה בעולם הזר.
בעוד שמחקר היווצרות כוכבים ודיסקות האבק שמהם נוצרים כוכבי הלכת תמיד היו אבן הפינה של התכנית המדעית של שפיצר, חקר כוכב הלכת התאפשר רק על־ידי הגעה לרמה חסרת תקדים של רגישות, מעבר לעיצוב המקורי שלו.
עיצוב החללית בוצע לפני 1996, כלומר לפני שהתגלה אפילו כוכב לכת אחד בשיטת המעבר, ולמרות רמת הדיוק הגבוהה, שינוי הבהירות הדרוש לצפיה בכוכבי לכת החולפים על־פני השמש שלהם לא נחשב מציאותי בתחום תת־אדום ,כי אף מכשיר תת־אדום שהיה אז בנמצא לא הציע אפילו משהו קרוב לדיוק הנדרש.
עם זאת, המערכות שהושמו על שפיצר איפשרו שליטה מצוינת בשינויים בטמפרטורה והכילו מערכת להצבעה על כוכבים והתמקדות בהם, הרבה יותר טובה ממה שנחשב הכרחי לצורך עבודת הטלסקופ. שני מרכיבים עיצוביים אלה ש”ראו את הנולד” סיפקו תמורה בהשגת הדיוק הקיצוני הנדרש לחקר כוכבי לכת.”
את העובדה ששפיצר עדיין יכול לעשות עבודה מדעית ניתן לזקוף לשלב מוקדם בתכנון שכלל חשיבה חדשנית. שפיצר היה טעון בתחילה עם מספיק נוזל קירור כדי לשמור על יכולת הפעולה של שלושת המכשירים המדעיים הרגישים לחום במשך לפחות שנתיים וחצי. משימה זו “cryo” נמשכה בסופו של דבר יותר מחמש שנים ומחצה לפני שנגמר נוזל הקירור.
אבל למהנדסים של שפיצר היתה תכנית גיבוי מובנית: מערכת קירור פסיבית ששמרה על סט אחד של מצלמות תת־אדום בטמפרטורה תפעולית נמוכה במיוחד של מינוס 244 מעלות צלזיוס, או 29 מעלות מעל האפס מוחלט. מצלמות התת־אדום המשיכו לפעול ברגישות מלאה, ואיפשרו לה להתמיד במשימה מורחבת “חמה”, אם אפשר לומר כך, אם כי עדיין קרה מאוד בסטנדרטים ארציים.
שפיצר צבוע בשחור בצד הפונה הרחק מהשמש. דבר זה מאפשר לטלסקופ להקרין כמות מקסימאלית של חום לחלל. בצד הפונה לשמש, יש לשפיצר ציפוי מבריק המשקף כמה שיותר חום מהשמש לפנלים הסולאריים. זהו טלסקופ התת־אדום הראשון שהשתמש בעיצוב חדשני כזה והוא הגדיר את הרמה למשימות הבאות.
כדי להפוך את שפיצר לצופה כוכבי לכת, היה צורך גם בכמה שינויים חכמים בנתיב הטיסה, זמן רב לאחר שטס מעבר להישג ידן של ידיים אנושיות למסלול נגרר סביב כדור הארץ. למרות היציבות המעולה יחסית לטלסקופ קטן מתנדנד, הוא נשאר להצביע על כוכב היעד, גם המצלמות הציגו תנודות קלות כאשר הכוכב עבר על־פני פיקסל בודד של המצלמה. שני הדברים הללו מקשים על העמידה במשימה העדינה של מדידת מעברי כוכבי לכת.
בשלב ראשון הקטינו את זמן הטענת מערכת החימום והסתפקו בהטענה שנמשכה 30 דקות בלבד והפיקה כ-50% מהחום ובכך הקטינו את משך התנודות. המהנדסים והמדענים של שפיצר עדיין לא היו מרוצים. בספטמבר 2011, הם הצליחו להחזיר לחיים את המצלמה ששימשה חיישן בקרת ההצבעה של שפיצר. מצלמה זו היתה בשימוש במהלך משימת cryo והיא נועדה לכיול שגרתי של כוכבים שסייעו להצבעת הטלסקופ לכיוון הנכון. הטלסקופ התנדנד קדימה ואחורה באופן טבעי כשהוא בוהה בכוכב היעד. בהתחשב בריצוד בלתי נמנע זה, היכולת להיות מסוגלים לשלוט באור העובר בתוך מצלמת התת־אדום קריטית להשגת מדידות מדויקות. המהנדסים הצליחו בכך ואיפשרו לאסטרונומים למקם כוכבים דווקא בפיקסל המרכזי של המצלמה.
מאז החזרת מצלמת המיקוד האסטרונומים לקחו את התהליך הזה קדימה באמצעות מיפוי זהיר של המוזרויות של פיקסל בודד בתוך המצלמה. הם בעצם מצאו את “הנקודה המתוקה”, ששימוש בה מספק את התצפיות היציבות ביותר. כ-90 אחוזים מתצפיות כוכבי הלכת של שפיצר ממוקדים היטב לרמה תת־פיקסלים, עד לרבעון מסוים של פיקסל”. אנחנו יכולים להשתמש במצלמה כדי למקם את עצמנו בדיוק ולשים את נקודת האור על החלק הטוב ביותר של הפיקסל,” אמר קארי. “אז אתה שם את האור על הנקודה המתוקה ופשוט נותן לשפיצר לבהות “.
שלושת הפעולות הללו יותר מהכפילו את היציבות והמיקוד של שפיצר וסיפקו לו רגישות מופלאה הדרושה לו למדידות כוכבי לכת מחוץ למערכת השמש.
“בגלל השינויים ההנדסיים אלה, שפיצר הפך לטלסקופ החוקר כוכבי לכת”, אמר קארי. “אנו מצפים משפיצר לשפע של מידע אודות כוכבי לכת מחוץ למערכת השמש בעתיד”.
