Μετάφραση: Διονύσης Κωνσταντίνου (Dionysis Konstantinou)

Ευγενική προσφορά του ESA

Ο Malcolm Fridlund του Ευρωπαϊκού Οργανισμού Διαστήματος (ESA) περιγράφει την έρευνα για εξωηλιακούς πλανήτες και εξηγεί γιατί η κατανόηση της καταγωγής της ζωής στη Γη, ίσως περνά απ’ αυτούς.

CoRoT

Στις 27-12-2006 ο Γαλλικός οργανισμός διαστήματος (CNES), και ο Ευρωπαϊκός οργανισμός διαστήματος (ESA)^w1 , με συνεργαζόμενους φορείς^w2,προχώρησαν στην εκτόξευση του δορυφόρου CoRoT, με στόχους την ανακάλυψη γεώμορφων εξωπλανητών, (πλανητών σαν τη Γη που ανήκουν σε άλλα ηλιακά συστήματα) και «αστροσεισμών» (διαταραχών στα ανώτερα στρώματα και την επιφάνεια των άστρων). Το όνομα CoRoT προκύπτει από τα προς διερεύνηση φαινόμενα, την περιστροφή (Rotation – Ro) ενός άστρου μέσω φαινομένων που σχετίζονται με άνοδο υπέρθερμου υλικού (Convection – Co) στην επιφάνειά του και την ανακάλυψη πλανητών μέσω των διελεύσεών τους (Transits – T) ανάμεσα σ’ αυτό και τη Γη.

Μετρώντας τις μεταβολές στο φως που εκπέμπουν τα παρατηρούμενα άστρα μπορούμε να μελετήσουμε και τα τρία φαινόμενα. Το φως επηρεάζεται από τα ρεύματα στο εσωτερικό των άστρων, που του προκαλούν αυξομειώσεις της τάξης του 0.0001 %. Περιοχές έντονης μαγνητικής δραστηριότητας εμποδίζουν την άνοδο θερμού υλικού στην επιφάνεια, η οποία έτσι εμφανίζει σκοτεινότερες κηλίδες, οφειλόμενες σε τοπικά μειωμένη επιφανειακή θερμοκρασία. Το φως που φτάνει σε μας μεταβάλλεται καθώς το άστρο περιστρέφεται και μας «δείχνει» διαφορετικό πλήθος κηλίδων. Από αυτές τις μεταβολές μαθαίνουμε την ταχύτητα περιστροφής του. Επίσης μειώνεται περιοδικά όταν ένας πλανήτης του άστρου περνά ανάμεσα σ’ αυτό και το τηλεσκόπιο.

Το διάγραμμα δείχνει τη διέλευση του πρώτου εξωπλανήτη που ανακάλυψε το CoRoT, του CoRoT-Exo-1b, που μειώνει την λαμπρότητα του μητρικού άστρου, κάθε 1,51 ημέρες, καθώς άστρο, πλανήτης και Γη ευθυγραμμίζονται. Πρόκειται για υπέρθερμο πλανήτη - γίγαντα, με μέγεθος και μάζα σαν του «δικού μας» Δία, όπως έδειξαν οι φασματοσκοπικές αναλύσεις επίγειων αστεροσκοπείων. Η ακτίνα του είναι 1,49 +/- 0,08 ακτίνες του Δία. Κάνετε κλικ στην εικόνα για να τη δείτε μεγαλύτερη Ευγενική προσφορά του ESA

Η ύπαρξη του πλανήτη πιστοποιείται από τις διελεύσεις του ενώ τα χαρακτηριστικά του άστρου προσδιορίζονται από τις επιφανειακές κηλίδες και την περιστροφή του. Το CoRoT χρησιμοποιείται και στην αστροσεισμολογία: Τα κύματα από το εσωτερικό του αστέρα προκαλούν κυματισμούς φτάνοντας στην επιφάνειά του, που είναι γνωστοί ως «αστροσεισμοί». Η ακριβής φύση των κυματισμών δίνει στους αστρονόμους τη δυνατότητα να υπολογίσουν με ακρίβεια μάζα, ηλικία και χημική σύσταση του άστρου. Ωστόσο το παρόν άρθρο εστιάζει στην έρευνα για εξωπλανήτες.

Για τις μετρήσεις χρειαζόμαστε ένα διαστημικό τηλεσκόπιο, εφοδιασμένο με ακριβές φωτόμετρο. Αντίθετα από το μεγάλύτερό του διαστημικό τηλεσκόπιο Hubble (που βρίσκεται σε τροχιά από το 1990), το CoRoT έχει διάμετρο μόλις 30 cm και έχει σχεδιαστεί ειδικά για τους πιο πάνω λογους. Στο σύστημα υπάρχουν μόνο τηλεσκόπιο, κάμερα που φωτογραφίζει κάθε 32 sec και υπολογιστής που διαγραμματοποιεί χρονικά τις μεταβολές της φωτεινότητας κάθε παρατηρούμενου άστρου. Το τηλεσκόπιο σκοπεύει στο ίδιο σημείο έως 150 ημέρες, παρατηρώντας ταυτόχρονα μέχρι 12.000 άστρα. Καθώς οι μέρες περνούν καταγράφονται όλο και περισσότερες διελεύσεις εξωπλανητών. Το CoRoT ανιχνεύει πλανήτες που κινούνται κοντά στον ήλιο τους με περίοδο 50 – 75 ημέρες (η διάρκεια του «έτους» τους), ακόμα και αν έχουν μέγεθος παραπλήσιο της Γης. Σο σχήμα της καμπύλης του φωτός (βλ. διάγραμμα) κωδικοποιούνται η περιφορά και το μέγεθος του πλανήτη καθώς και η συμπεριφορά των άνω στρωμάτων του άστρου. Όταν το CoRoT εντοπίσει ένα πλανήτη οι αστρονόμοι μπορούν να μελετήσουν λεπτομερώς το άστρο και το πλανητικό του σύστημα με όργανα προσαρτημένα σε επίγεια τηλεσκόπια.

Το CoRoT σκοπεύει προς μια κατεύθυνση για περισσότερο από 150 ημέρες, μέχρις ότου η περιφορά της Γης φέρει τον Ήλιο μπροστά του. Για την αποφυγή του ανεπιθύμητου γεγονότος να γεμίσουν τα όργανά του από ηλιακές ακτίνες, το CoRoT στρέφεται κατά 180 μοίρες και σημαδεύει στην αντίθετη κατεύθυνση. Κάνετε κλικ στην εικόνα για να την δείτε μεγαλύτερη Ευγενική προσφορά του ESA

Έχοντας ήδη ανακαλύψει αρκετούς μεγάλους, το CoRoT άρχισε να ψάχνει για μικρούς πλανήτες. Αυτό θα μας δώσει τη δυνατότητα να διαπιστώσουμε αν και κατά πόσο πλανήτες σαν τον δικό μας είναι συνηθισμένοι στο Σύμπαν.

Εξωγήινη ζωή

Είναι σημαντικό να γνωρίζουμε αν υπάρχουν πολλοί γεώμορφοι (μικροί και βραχώδεις) πλανήτες; Ναι, γιατί θα θέλαμε να ξέρουμε αν ο πλανήτης μας είναι μοναδικός και γιατί αν βρούμε τέτοιους πλανήτες, ίσως προκύψουν στοιχεία για την κατανόηση της έναρξης της ζωής στη Γη 3,5 δις. χρόνια πριν.

Εδώ και 30 χρόνια έχει διατυπωθεί η επιστημονικά αποδεκτή υπόθεση ότι όλες οι μορφές ζωής στη Γη ή αλλού, λειτουργούν βασικά με ίδιο τρόπο. Άρα ο μεταβολισμός γήινων και εξωγήινων μορφών ζωής θα γίνεται με παρόμοιο τρόπο. Άρα μελετώντας τη ζωή στη Γη κατανοούμε καθολικούς μηχανισμούς. Αν και η διαδικασία εμφάνισης της ζωής εδώ δεν είναι ακόμα γνωστή, πιστεύεται ότι μπορεί να συνδεθεί με την παρουσία νερού σε υγρή μορφή στην βραχώδη επιφάνεια του πλανήτη μας. Μήπως λοιπόν υπάρχει ζωή σε κάποιους γεώμορφους πλανήτες, αν υπάρχουν;

Καλλιτεχνική απεικόνιση του δορυφορικού τηλεσκοπίου CoRoT σε τροχιά σε ύψος 900km επάνω από τους πόλους της Γης Ευγενική προσφορά: ESA / CNES

Είναι όντως δύσκολο να βρεθεί εξωπλανήτης στο μέγεθος της Γης, λόγω των μεγάλων αποστάσεων. Πόσο μάλλον να διερευνηθεί αν υπάρχουν μορφές ζωής, ιδιαίτερα αν πρόκειται μόνο για βακτήρια, όπως στη Γη των πρώτων δις χρόνων. Ακόμα και αν υπάρχουν και άλλα είδη οργανισμών, πάλι τα βακτήρια κυριαρχούν. Στη Γη είναι 1.000.000 φορές περισσότερα από όλα τα άλλα είδη οργανισμών. Το κομβικό σημείο είναι να βρεθεί πλανήτης, με ατμόσφαιρα εκτός χημικής ισορροπίας. Όπως όλα σχεδόν τα φαινόμενα, έτσι και η ατμόσφαιρα ενός πλανήτη τείνει προς μια κατάσταση ισορροπίας όπου κάθε χημική διαδικασία καθώς και η αντίθετή της προχωρούν με ίδια ταχύτητα. Όμως οι οργανισμοί τροποποιούν το περιβάλλον τους. Για παράδειγμα στη Γη τα φυτά προσλαμβάνουν ατμοσφαιρικό διοξείδιο του άνθρακα και αποδεσμεύουν (O2), που είναι τόσο δραστικό, ώστε αν τυχόν χάνονταν οι οργανισμοί, το ελεύθερο οξυγόνο της ατμόσφαιρας θα χανόταν κι αυτό μέσα σε 4 εκατομμύρια χρόνια, μια περίοδο πολύ μικρή σε σύγκριση με τα δις χρόνια της ηλικίας της Γης.

Παρόμοια χημική ανισορροπία προέκυψε όταν ξεκίνησε η ζωή στη Γη και αναπτύχθηκαν βακτήρια που παρήγαγαν τεράστιες ποσότητες μεθανίου. Τι συνέβη στον κόσμο των οργανισμών αυτών; Δεν είμαστε σε θέση να απαντήσουμε επακριβώς, πιστεύουμε όμως ότι δηλητηριάστηκαν από το οξυγόνο που παρήχθη από τους οργανισμούς που εμφανίστηκαν αργότερα.

Η αέρια σύσταση, η θερμοκρασία, η πίεση κ.ά., μας δίνουν καλή εικόνα της ισορροπίας που θα έπρεπε να υπάρχει. Για παράδειγμα η ατμόσφαιρα μιας Γης χωρίς οργανισμούς θα έπρεπε να μοιάζει με αυτήν του Άρη. Αν αναλύαμε τις χημικές ισορροπίες στην ατμόσφαιρα ενός εξωπλανήτη, ίσως μαθαίναμε αν υπάρχει ζωή όπως την ξέρουμε και σε ποιο στάδιο εξέλιξης (παραγωγοί μεθανίου ή οξυγόνου για παράδειγμα). Οι ατμόσφαιρες δύο πολύ μεγάλων και θερμών εξωπλανητών μελετήθηκαν με φωτομετρικές τεχνικές από τα διαστημικά τηλεσκόπια Hubble και Spitzer καθώς και με τηλεσκόπια εδάφους. Στον έναν από αυτούς ανιχνεύτηκε νερό και μεθάνιο (Δείτε την εικόνα στα δεξιά). Αυτό είναι ένα νέο βήμα στην ανάπτυξη της συγκριτικής πλανητολογίας, που συγκρίνει τους πλανήτες του Ηλιακού μας Συστήματος με εξωπλανήτες. Με την αρωγή τηλεσκοπίων όπως το CoRoT, που σχεδιάστηκε ειδικά για να βρει μικρούς βραχώδεις πλανήτες, περιμένουμε ότι θα ευδοκιμήσει σύντομα η προσπάθεια ανακάλυψης ηλιακών συστημάτων με πλανήτες σαν τη Γη.

Καλλιτεχνική απεικόνιση του εξωπλανήτη HD189733b, πού έχει το μέγεθος του Δία. Οι παρατηρήσεις με τα τροχιακά τηλεσκόπια Hubble και Spitzer έδειξαν ότι η ατμόσφαιρά του περιέχει μεθάνιο (είναι η πρώτη φορά που βρέθηκαν οργανικά μόρια σε εξωπλανήτη) και νερό. Η ανακάλυψη αυτή έγινε μετά από φασματοσκοπικές μελέτες φωτός από το μητρικό άστρο, που έφτασε σε μας, διαπερνώντας την ατμόσφαιρα του πλανήτη Ευγενική προσφορά του ESA

Η διαθέσιμη τεχνολογία πάντως δεν επαρκεί για να αναλύσει την ατμόσφαιρα τόσο μικρών πλανητών. Το φως τους φτάνει στη Γη εξαιρετικά εξασθενημένο και μόνο με τηλεσκόπια τεράστιου διαμετρήματος θα μπορούσε να μελετηθεί. Από όλα τα φωτόνια που εκπέμπονται από έναν εξωπλανήτη, ελάχιστα φωτόνια ανά m2 φτάνουν στη Γη. Επί πλέον η επιφάνεια της Γης δεν είναι κατάλληλος τόπος παρατήρησης καθώς η ατμόσφαιρά της έχει οξυγόνο και μεθάνιο. Έτσι αν ανιχνευτούν φωτόνια χαρακτηριστικά των ουσιών αυτών θα είναι μάλλον γήινης παρά εξωπλανητικής προέλευσης. Επομένως θα πρέπει να ανεβάσουμε τεράστια τηλεσκόπια έξω από την ατμόσφαιρά μας, κάτι και δύσκολο και δαπανηρό. Οι επιστήμονες εξελίσσουν τη νέα γενεά οργάνων, ώστε να πραγματοποιήσουν τις απαραίτητες παρατηρήσεις και να μάθουμε έτσι αν έχει αναπτυχθεί ζωή σε εξωπλανήτες και σε ποια κατάσταση βρίσκεται.

Τελικά ελπίζουμε ότι η αξιοποίηση αυτής της γνώσης θα μας βοηθήσει να κατανοήσουμε την εξέλιξη της ζωής στη Γη.

Επί του πιεστηρίου

Καλλιτεχνική απεικόνιση του CoRoT-7b Ευγενική προσφορά: ESO / L. Calcada

Την Άνοιξη του 2008 το CoRoT «είδε» για πρώτη φορά πλανητική διέλευση στο άστρο CoRoT-7, αριστερά του Ωρίωνα, στον αστερισμό Μονόκερως, 500 έτη φωτός μακριά μας. Μεγάλα τηλεσκόπια εδάφους χρησιμοποιήθηκαν επί μήνες για να πιστοποιηθεί και μελετηθεί ο πλανήτης. Στις 3-2-2009 έγινε η επίσημη ανακοίνωση της ανακάλυψης. Οι αστρονόμοι προσάρτησαν το φασματογράφο HARPS (High Accuracy Radial velocity Planet Searcher) στο τηλεσκόπιο 3,6 m, που βρίσκεται στη Χιλή στην περιοχή La Silla, όπου φιλοξενούνται πολλά αστεροσκοπεία. Ανάμεσά τους το European Southern Observatoryw4 , στο οποίο ανήκει το εν λόγω τηλεσκόπιο. Η σκόπευση είχε διάρκεια 70 ώρες, που είναι η μεγαλύτερη ως τώρα διάρκεια παρατήρησης. Τελικά στις 16-9-2009 ανακοινώθηκαν τα αποτελέσματα.

Ο πλανήτης, γνωστός σαν CoRoT-7b έχει μάζα περίπου σαν της Γης, είναι ένας από τους ελαφρότερους γνωστούς εξωπλανήτες και μικρότερος γνωστός σε μέγεθος, με διάμετρο μικρότερη από το διπλάσιο της γήινης διαμέτρου.

Κάθε 20,4 ώρες ο CoRoT-7b προκαλεί μείωση του φωτός που λαμβάνουμε, κατά ένα μικρό κλάσμα (1/3000) για λίγο περισσότερο από μία ώρα. Η ταχύτητα περιφοράς του πλανήτη είναι μεγαλύτερη από 750.000 km/h, πάνω από 7 φορές μεγαλύτερη από της Γης γύρω από τον Ήλιο μας. Είναι ο ταχύτερος εξωπλανήτης που γνωρίζουμε.

Επί πλέον: Η τροχιά του έχει ακτίνα μόνο 2,5 εκατομμύρια km, 23 φορές μικρότερη από αυτή του Ερμή. Ο εξωπλανήτης αυτός κινείται πλησιέστερα στον ήλιο του από κάθε άλλο γνωστό πλανήτη. Έτσι οι συνθήκες στην επιφάνειά του είναι ακραίες και απαγορευτικές για ζωή, τουλάχιστον στις μορφές που ξέρουμε. Η θερμοκρασία στο φωτισμένο τμήμα είναι πιθανά πάνω από 2000 ^oC, ενώ στο σκοτεινό κάτω από -200 ^oC.
Η πυκνότητα είναι παραπλήσια της Γης δείχνοντας ότι η σύσταση του πλανήτη είναι παρομοίως βραχώδης. Τα θεωρητικά μοντέλα υποδεικνύουν ότι ο πλανήτης ίσως έχει στην επιφάνειά του λάβα ή ωκεανούς που βράζουν.

Τα δεδομένα στο σύνολό τους οδήγησαν τους αστρονόμους στο συμπέρασμα ότι γύρω από τον CoRoT-7 υπάρχει και δεύτερος πλανήτης λίγο μακρύτερα από τον πρώτο, ο CoRoT-7c, Η περιφορά του διαρκεί 3 μέρες και 17 ώρες και η μάζα του είναι οκταπλάσια της Γης. Καθώς δεν περνά ανάμεσα στο άστρο του και τη Γη, η ακτίνα της τροχιάς και η πυκνότητά του δεν μπορούν να μετρηθούν.

Τα ευρήματα αυτά μας φέρνουν πιο κοντά στην ανακάλυψη κατοικήσιμων πλανητών. Τέτοιοι πλανήτες πάντως πρέπει να βρίσκονται πιο μακριά από το άστρο τους, για να υποστηρίζουν ζωή, στις μορφές που γνωρίζουμε.

Αναφορές στο διαδίκτυο

w1 – Περισσότερα για τον Ευρωπαϊκό Οργανισμό Διαστήματος στη διεύθυνση: www.esa.int

w2 – Περισσότερα για το CoRoT, την αποστολή του και τους συνεργαζόμενους φορείς: www.esa.int/science/corot

w3 – Στον ιστοχώρο του ESA ^w1 και στο σύνδεσμο: http://tinyurl.com/39nw3r υπάρχουν περισσότερα για τον ESTEC.

w4 – Περισσότερα για το Ευρωπαϊκό Αστεροσκοπείο του Νότου (European Southern Observatory) στη διεύθυνση: www.eso.org

Πηγές

Στον ιστοχώρο της ESA^w1 πατήστε το σύνδεσμο: http://tinyurl.com/ydoggpy και παρακολουθήστε το συγγραφέα να περιγράφει το πρόγραμμα CoRoT.

Βρείτε περισσότερα σχετικά με την έρευνα για εξωπλανήτες στο άρθρο:
Jørgensen UG (2006) Υπάρχουν πλανήτες όπως η Γη γύρω από άλλα άστρα? Science in School 2: 11-16. www.scienceinschool.org/2006/issue2/exoplanet/greek

‘Ολα τα άρθρα του Science in School για τις επιστήμες του διαστήματος: www.scienceinschool.org/space

Ο Malcolm Fridlund είναι Σουηδός αστρονόμος και έχει εργαστεί πάνω από 20 χρόνια στο Ευρωπαϊκό Κέντρο Διαστημικής Έρευνας και Τεχνολογίας ^w3 (ESTEC)Είναι ειδικευμένος επιστήμονας στους εξωπλανήτες και τις μεθόδους ανακάλυψης και μελέτης τους και υπεύθυνος του ESA για την αποστολή του CoRoT.