Αναζητώντας μια νέα Γη

16 Ιανουαρίου 2013

Καλλιτεχνική απεικόνιση του πλανητικού συστήματος KOI-961 που θυμίζει από την άποψη του μεγέθους περισσότερο το Δία με τους δορυφόρους του παρά ένα άστρο με τους πλανήτες του. Το σύστημα αυτό φιλοξενεί τους τρεις μικρότερους εξωπλανήτες που έχουν ανακαλυφθεί μέχρι σήμερα και βρίσκονται σε τροχιά γύρω από κάποιο άστρο διαφορετικό από τον Ήλιο μας (πηγή: NASA)

Tα τελευταία 17 χρόνια, έχουμε ανακαλύψει εκατοντάδες πλανήτες να περιφέρονται γύρω από ορισμένα γειτονικά μας άστρα, παρόλο που οι περισσότεροι απ’ αυτούς είναι αέριοι γίγαντες με μέγεθος παρόμοιο με του Δία, του μεγαλύτερου πλανήτη στο Ηλιακό μας Σύστημα. Mόλις πριν από μερικές ημέρες ανακοινώθηκε ο εντοπισμός 461 ακόμη υποψήφιων εξωπλανητών από ένα διαστημικό τηλεσκόπιο που ονομάζεται «Κέπλερ». Με την νέα αυτή ανακοίνωση οι υποψήφιοι νέοι πλανήτες που έχει ανακαλύψει μέχρι τώρα το «Κέπλερ» φτάνουν τους 2.740, εκ των οποίων οι 105 έχουν ήδη επιβεβαιωθεί. Συνολικά μέχρι τώρα έχει επιβεβαιωθεί η ύπαρξη 854 πλανητών γύρω από 673 άστρα.

Φυσικά μέχρι το 1995 δεν είχαμε καμία απ’ ευθείας ένδειξη για την ύπαρξη εξωηλιακών πλανητών. Την χρονιά εκείνη ένας Ελβετός αστρονόμος που παρακολουθούσε το άστρο 51 στον αστερισμό του Πηγάσου, το οποίο μοιάζει πάρα πολύ με τον Ήλιο και είναι σχετικά στη γειτονιά μας αφού η απόστασή του από εμάς δεν υπερβαίνει τα 50 έτη φωτός, ανακοίνωσε ότι ανακάλυψε τον πρώτο εξωηλιακό πλανήτη. Ο πλανήτης αυτός έχει το ήμισυ της μάζας του Δία, αλλά ενώ η περιφορά του Δία γύρω από τον Ήλιο διαρκεί 12 γήινα χρόνια στην περίπτωση του νέου πλανήτη η περιφορά του διαρκεί τέσσερις μόνον ημέρες. Έκτοτε κάθε εβδομάδα ανακοινώνεται η ανακάλυψη αρκετών νέων εξωπλανητών, ενώ το «Κέπλερ» έχει αυξήσει εκθετικά τις νέες ανακαλύψεις.

Το «Κέπλερ», το οποίο τοποθετήθηκε στο Διάστημα το 2009, έχει σκοπό να εντοπίσει εκατοντάδες δίδυμους πλανήτες της Γης μας σε μια περιοχή που άνετα θα μπορούσε να χαρακτηριστεί ως γειτονιά μας. Πρόκειται για ένα τροχιακό αστεροσκοπείο το οποίο διαθέτει ένα από τα πιο ευαίσθητα φωτόμετρα με σκοπό να μελετήσει δεκάδες χιλιάδες άστρα της Κύριας Ακολουθίας στα επόμενα μερικά χρόνια.

Το Κέπλερ (πηγή: NASA)

Πιο συγκεκριμένα οι μελέτες αυτές ελπίζουμε να μας δώσουν απαντήσεις σχετικά με το πόσοι πλανήτες βρίσκονται εντός ή κοντά στην επονομαζόμενη «κατοικήσιμη ζώνη» των πλανητικών συστημάτων που θα εντοπιστούν, να προσδιορίσει τα χαρακτηριστικά των άστρων που περιλαμβάνουν πλανητικά συστήματα, και να υπολογίσει τα διάφορα μεγέθη και σχήματα των τροχιών τους, καθώς και τον αριθμό των πλανητών που υπάρχουν γύρω από πολλαπλά άστρα.

Η οπτική γωνία με την οποία παρατηρεί το «Κέπλερ» είναι σταθερή και εκτείνεται σε βάθος 3.000 ετών φωτός, ενώ η ευρυγώνια ικανότητά του, του δίνει την δυνατότητα να καλύψει μιαν αρκετά μεγάλη έκταση του ουρανού που βρίσκεται ανάμεσα στους αστερισμούς του Κύκνου και της Λύρας.

Μία διερεύνηση των πρώτων εξωηλιακών πλανητικών συστημάτων εντόπισε ότι το 20% των συστημάτων αυτών βρίσκονται σε τροχιά διπλών ή πολλαπλών άστρων. Από τα 131 δηλαδή εξωηλιακά πλανητικά συστήματα της μελέτης αυτής αποδείχτηκε ότι τα 26 ανήκουν σε διπλά άστρα ενώ τρία επί πλέον βρίσκονται γύρω από τριπλά άστρα. Η διαπίστωση αυτή αποδεικνύει ότι η δημιουργία πλανητών δεν περιορίζεται γύρω από μονά μόνον άστρα, αλλά ότι οι πλανήτες μπορούν να επιβιώσουν κάτω από μια ποικιλία περιβαλλόντων.

Τα αποτελέσματα παρόμοιων ερευνών θα μας βοηθήσουν να εξάγουμε χρήσιμες πληροφορίες για τον τρόπο με τον οποίο γεννιούνται οι πλανήτες, ενώ θα μας βοηθήσουν επίσης να ανακαλύψουμε με ποιόν τρόπο η ύπαρξη ενός ή περισσοτέρων άστρων σε ένα σύστημα μπορεί να βοηθήσει ή να αποτρέψει την δημιουργία πλανητών, αλλά και με ποιόν τρόπο διαμορφώνονται τα τροχιακά χαρακτηριστικά των πλανητών από την παρουσία περισσοτέρων του ενός άστρων.

Ο τρόπος με τον οποίο κάνει τις μελέτες του το «Κέπλερ» βασίζεται στην ταυτόχρονη και συνεχόμενη παρατήρηση της φωτεινότητας 145.000 άστρων. Μ’ αυτόν τον τρόπο μπορεί να εντοπίσει ακόμη και τις πιο ελάχιστες αλλαγές στην ένταση της λαμπρότητας των άστρων αυτών σε περίπτωση που κάποιος τυχόν πλανήτης περάσει μπροστά από τον δίσκο ενός από τα άστρα αυτά. Πρόκειται για ένα φαινόμενο που μοιάζει με «έκλειψη» του άστρου από τους όποιους πλανήτες βρίσκονται γύρω του.

Πρόσφατα είχαμε ένα παρόμοιο φαινόμενο με την επονομαζόμενη «διάβαση» του πλανήτη Αφροδίτη μπροστά από τον δίσκο του Ήλιου στις 6 Ιουνίου του 2012, ενώ ένα παρόμοιο φαινόμενο είχε παρατηρηθεί επίσης και μερικά χρόνια νωρίτερα (στις 8 Ιουνίου 2004). Στην περίπτωση, φυσικά, της «διάβασης» της Αφροδίτης τα πράγματα είναι πολύ πιο εύκολα γιατί απλούστατα η Αφροδίτη και ο Ήλιος μας είναι πάρα πολύ κοντά μας. Στην περίπτωση, όμως, του «Κέπλερ» τα πράγματα είναι πολύ πιο δύσκολα λόγω των αποστάσεων που μας χωρίζουν από τα άστρα.

Παρόλα αυτά το φωτόμετρο που διαθέτει το «Κέπλερ» έχει την ικανότητα να εντοπίσει αλλαγές στην φωτεινότητα ενός άστρου παρόμοια μ’ αυτήν που επιφέρει μια μύγα στην φωτεινότητα ενός λαμπερού προβολέα. Η ικανότητα αυτή του φωτόμετρου που έχει το «Κέπλερ» βασίζεται στους 42 ειδικούς ανιχνευτές CCD που διαθέτει και οι οποίοι έχουν την δυνατότητα ανάλυσης 95 megapixels! Αυτού του είδους τα φωτόμετρα είναι τόσο ευαίσθητα ώστε εάν ένα απ’ αυτά παρακολουθούσε 10.000 πυγολαμπίδες ταυτόχρονα θα μπορούσε να εντοπίσει ακόμη και αν έσβηνε το φως μιας μόνον εξ αυτών!

Με την βοήθεια των ανιχνευτών αυτών και με βάση τους σημερινούς μας υπολογισμούς η πιθανότητα εντοπισμού πλανητών στο μέγεθος της Γης μας φτάνει την μία στις 210, ή περίπου τον εντοπισμό πέντε «γήινων» πλανητών για κάθε 1.000 άστρα που θα παρατηρήσει το «Κέπλερ».

Η έρευνα του «Κέπλερ» έχει ως στόχο να αποδείξει ότι τα περισσότερα άστρα της Κύριας Ακολουθίας έχουν βραχώδεις πλανήτες στην επονομαζόμενη «κατοικήσιμη ζώνη» τους, ενώ κατά μέσον όρο δημιουργούνται δύο βραχώδεις πλανήτες στο μέγεθος της Γης στην περιοχή από 0,5 έως 1,5 Αστρονομικές Μονάδες (μία Αστρονομική Μονάδα ισοδυναμεί με την απόσταση Γης-Ηλίου που είναι ίση με περίπου 150 εκατομμύρια χιλιόμετρα).

Στη διάρκεια των μελετών του το «Κέπλερ» αναμένεται να εντοπίσει εκατοντάδες πλανήτες 30 έως 600 φορές μικρότερης μάζας απ’ ότι έχει ο Δίας, ενώ πολλοί απ’ αυτούς θα έχουν παρόμοια συστατικά με τη Γη και διάμετρο που θα κυμαίνεται από το 80% του μεγέθους της Γης και άνω.

Σύγκριση των μικρότερων γνωστών σήμερα εξωπλανητών με τη Γή και τον Άρη (πηγή: NASA)

Στη διάρκεια της αποστολής του το «Κέπλερ» δεν βρίσκεται σε τροχιά γύρω από τη Γη αλλά σε ένα σημείο βαρυτικής ισορροπίας του συστήματος Γης-Σελήνης. Σ’ αυτή την απόσταση η παρουσία της Γης και του Ήλιου δεν εμποδίζει την απρόσκοπτη και συνεχή παρατήρηση της περιοχής που έχει επιλεγεί. Το διαστημικό σύμπλεγμα από το οποίο αποτελείται έχει βάρος ενός περίπου τόνου, το κύριο κάτοπτρό του φτάνει το 1,40 μέτρο ενώ το κόστος της όλης αποστολής θα φτάσει τελικά τα 500 σχεδόν εκατομμύρια δολάρια.

Η Ευρώπη σχεδιάζει κι αυτή παρόμοιες αποστολές, όπως είναι η «Γαία», η οποία υπολογίζεται να τοποθετηθεί φέτος στο Διάστημα και θα τοποθετηθεί σε απόσταση 1,5 εκατομμυρίου χιλιομέτρων από τη Γη σε ένα ειδικό σημείο σταθεροποίησης της θέσης του που ονομάζεται «Λαγκράνζ 2».

Στη διάρκεια των πέντε ετών που θα διαρκέσει η αποστολή αυτή το «Γαία» θα κάνει μια λεπτομερή απογραφή της θέσης ενός δισεκατομμυρίου άστρων δημιουργώντας έτσι έναν επακριβή χάρτη του Γαλαξία μας. Καθένα από τα άστρα θα μελετηθεί 100 φορές για να καταγραφεί επακριβώς η απόστασή του, οι κινήσεις του και η αλλαγή της φωτεινότητάς του.

Μ’ αυτή την απογραφή υπολογίζεται ότι κατά μέσον όρο κάθε ημέρα θα ανακαλύπτει 100 αστεροειδείς στο Ηλιακό μας Σύστημα, 30 νέα εξωηλιακά πλανητικά συστήματα, 50 εκρήξεις σουπερνόβα στους απόμακρους γαλαξίες, και 300 νέα κβάζαρ.

Μ’ αυτόν τον ρυθμό στη διάρκεια της αποστολής το «Γαία» υπολογίζεται ότι θα ανακαλύψει συνολικά εκατοντάδες χιλιάδες νέα ουράνια αντικείμενα όπως 10 εκατομμύρια γαλαξίες, 500.000 κβάζαρ, και δεκάδες χιλιάδες εξωηλιακούς πλανήτες. Με βάση την εμπειρία που μας έδωσε μια προηγούμενη διαστημοσυσκευή, ο «Ίππαρχος», θα δημιουργηθεί ένας απίστευτα επακριβής τρισδιάστατος χάρτης ενός δισεκατομμυρίου αντικειμένων του Σύμπαντος, όπου θα καταγραφούν οι κινήσεις τους, η φωτεινότητά τους, η εξέλιξή τους, οι θερμοκρασίες τους, η βαρύτητά τους και η χημική τους σύσταση. Η ακρίβεια των μετρήσεων που θα γίνουν μπορεί να παρομοιαστεί με την μέτρηση του πάχους μιας ανθρώπινης τρίχας σε απόσταση 1.000 χιλιομέτρων.

Η προσπάθεια παρόμοιων αποστολών για να ανακαλύψουν γήινους πλανήτες και να αναλύσουν την ατμόσφαιρά τους για τον εντοπισμό χημικών ενδείξεων για την ύπαρξη ζωής πάνω τους δεν είναι καθόλου εύκολη. Μπορεί μάλιστα να παρομοιαστεί με το να προσπαθούμε να διακρίνουμε το αδύναμο φως ενός κεριού που βρίσκεται δίπλα σε έναν ολόλαμπρο φάρο από απόσταση 1.000 χιλιομέτρων!

Επειδή οι όποιοι πλανήτες γύρω από κάποιο άστρο είναι ετερόφωτοι η ορατή φωτεινότητα ενός πλανήτη στο μέγεθος της Γης σε σχέση με το μητρικό του άστρο φτάνει να είναι ένα δισεκατομμύριο φορές μικρότερη. Αντίθετα σε μήκη κύματος υπέρυθρης ακτινοβολίας η διαφορά αυτή πέφτει στο ένα εκατομμύριο φορές, γι’ αυτό και οι παρατηρήσεις ορισμένων νέων αποστολών θα γίνουν στο υπέρυθρο. Όλα αυτά σημαίνουν ότι μέσα στην επόμενη δεκαετία θα μπορέσουμε άνετα να εντοπίσουμε εκατοντάδες πλανήτες σαν τη Γη μας και ίσως επίσης κατορθώσουμε να απαντήσουμε στο ερώτημα για το αν η Γη μας είναι ο μοναδικός πλανήτης με το προνόμιο της ζωής.

Θα ήταν ουτοπικό φυσικά να υποθέσουμε ότι θα μπορούσαμε να πάρουμε θεαματικές φωτογραφίες τέτοιων άστρων από τόσο μακριά. Εν τούτοις μπορούμε να ανακαλύψουμε εξωηλιακούς πλανήτες με την βοήθεια έμμεσων μεθόδων και οι οποίες βασίζονται στον εντοπισμό της επίδρασης που έχουν ο ή οι πλανήτες αυτοί πάνω στο μητρικό τους άστρο. Τέτοιου είδους εντοπισμός όμως είναι ιδιαίτερα δύσκολος γιατί απλούστατα απαιτείται τρομερή ακρίβεια στις μετρήσεις αυτές.

Σε μία μέθοδο, για παράδειγμα, μετράμε τον τρόπο με τον οποίο διαταράσσεται η κίνηση ενός άστρου αφού οσοδήποτε μικρός κι αν είναι ένας πλανήτης η βαρυτική δύναμη που εξασκεί στο μητρικό του άστρο προκαλεί μια ανεπαίσθητη έστω διαταραχή στην κίνησή του. Οι σχετικές μετρήσεις γίνονται με την μεγέθυνση των φασμάτων των υπό παρατήρηση άστρων και την ανάλυση της μετατόπισης των φασματικών τους γραμμών. Έτσι το μέγεθος της μετατόπισης μας βοηθάει να εντοπίσουμε την ακριβή διαταραχή και απ’ αυτήν να υπολογίσουμε την μάζα που έχει ο «αόρατος» πλανήτης.

Μία άλλη μέθοδος βασίζεται στην αστρομετρία και τον προσδιορισμό της επακριβούς θέσης ενός άστρου στο Διάστημα. Για τον εντοπισμό όμως μικρών πλανητών η καλύτερη μέθοδος βασίζεται στην καταγραφή της ελάττωσης της φωτεινότητας ενός άστρου όταν ένας πλανήτης διέρχεται μπροστά από τον φωτεινό δίσκο του μητρικού του άστρου. Ο συνδυασμός τέλος πολλών τηλεσκοπίων μαζί με την βοήθεια της συμβολομετρίας είναι μία άλλη πάλι μέθοδος εντοπισμού εξωηλιακών πλανητών.

Στα χρόνια που έρχονται όμως όλο και πιο πολύ έμφαση θα δοθεί στις έρευνες που σχεδιάζουν να κάνουν διάφορες ειδικές διαστημοσυσκευές, μερικές εκ των οποίων έχουν ως άμεσο στόχο τον εντοπισμό εξωηλιακών πλανητών και την μελέτη της σύστασής τους. Τέτοιου είδους έρευνες υπόσχονται να μας δώσουν απαντήσεις σε ερωτήματα για το κατά πόσο πλανήτες σαν την Γη μας υπάρχουν και κάπου αλλού στο Σύμπαν.

Μέχρι τώρα κανένας από τους εξωηλιακούς αυτούς πλανήτες δεν έχει φωτογραφηθεί αφού οι περισσότεροι από αυτούς είναι ένα δισεκατομμύριο φορές αμυδρότεροι από τα άστρα γύρω από τα οποία βρίσκονται. Έτσι, προς το παρόν τουλάχιστον, ο μόνος τρόπος για να πάρουμε μια γενική εικόνα του πως είναι οι πλανήτες αυτοί πρέπει να καταφύγουμε σε ζωγραφικές απεικονίσεις και μόνο. Για να οπτικοποιήσει κάποιος το περιβάλλον των νέων αυτών πλανητών είναι πάρα πολύ δύσκολο αν όχι αδύνατον.

Παρόλα αυτά ειδικοί ζωγράφοι αστρονομικών θεμάτων, σε συνεργασία με τους επιστήμονες που έχουν ανακαλύψει τέτοιους πλανήτες, έχουν την δυνατότητα να αποδώσουν καλλιτεχνικά τις ανακαλύψεις αυτές ώστε να γίνουν κατανοητές καλύτερα από οποιαδήποτε άλλη περιγραφή. Αν και οι απεικονίσεις αυτές δεν μπορούν να θεωρηθούν τελείως επακριβείς επιστημονικά, είναι εντούτοις ότι καλύτερο υπάρχει στη διάθεσή μας για να γίνουν κατανοητά τα αποτελέσματα των νέων επιστημονικών ανακαλύψεων από το ευρύ κοινό.