Μέσα στην αποστολή να εντοπίσετε μια εξωγήινη πόλη αξιοποιώντας την κολοσσιαία βαρύτητα του Ήλιου

Ένα διαστημόπλοιο βγαίνει από το Ηλιακό Σύστημα, ταξιδεύοντας πιο γρήγορα από οποιονδήποτε πύραυλο, καθετήρα ή όργανο που έχουμε εκτοξεύσει στο διάστημα στο παρελθόν. Είναι σε μια τολμηρή αποστολή να απαντήσει σε μερικές από τις πιο θεμελιώδεις ερωτήσεις σχετικά με το Σύμπαν μια για πάντα. «Όλοι τους ρωτούσαμε από τότε που ήμασταν έξι χρονών», λέει ο Slava Turyshev από το Εργαστήριο Jet Propulsion της NASA. «Υπάρχουν άλλοι πλανήτες; Μπορούμε να τα δούμε; Υπάρχει ζωή;»

Οι αστρονόμοι έφεραν επανάσταση στην κατανόησή μας για τη θέση μας στο Σύμπαν το τελευταίο τέταρτο του αιώνα. Το 1995 βρήκαν τον πρώτο τους εξωγήινο πλανήτη σε τροχιά γύρω από ένα αστέρι που μοιάζει με τον Ήλιο. Τους άνοιξε τις ορέξεις σε τέτοιο βαθμό που τους κυνηγάμε από τότε. Στην τελευταία καταμέτρηση υπάρχουν πάνω από 4.000 από αυτούς τους εξωπλανήτες στις βάσεις δεδομένων μας. Μερικά από αυτά μάλιστα φαίνεται να έχουν παρόμοια χαρακτηριστικά με τη Γη – κοντά τόσο σε μέγεθος όσο και σε θερμοκρασία. Αυτό επιταχύνει τον παλμό και συχνά γίνεται πρωτοσέλιδο, επειδή αν η ζωή μπορεί να ευδοκιμήσει στον πλανήτη μας, θα μπορούσε να κάνει το ίδιο σε έναν εξωπλανητικό ξάδερφο.

Αλλά για τον Turyshev υπάρχει μια απογοητευτική σύλληψη. «Συμπεραίνουμε αυτούς τους πλανήτες – δεν τους βλέπουμε», λέει. Οι εξωπλανήτες που μοιάζουν με τη Γη βρίσκονται συχνά εκατοντάδες έτη φωτός μακριά. Είναι πολύ μακριά για να τα δούμε απευθείας. Αντίθετα, πρέπει να πειράζουμε την παρουσία τους, συνήθως βλέποντας το φως από το άστρο τους να χαμηλώνει τόσο ελαφρά καθώς ο πλανήτης περνάει μπροστά ή βλέποντας το αστέρι να ταλαντεύεται λόγω της βαρυτικής έλξης του πλανήτη.

Ακόμη και η σάρωση του αστρικού φωτός που διέρχεται από την ατμόσφαιρα του πλανήτη για σημάδια οξυγόνου και νερού είναι επιρρεπής στην παραγωγή ψευδώς θετικών. Αυτό καθιστά πολύ δύσκολο για τους αστρονόμους να παράσχουν οριστική απόδειξη ότι αυτοί οι πλανήτες είναι πράγματι η σκηνή για το μεγάλο θέατρο της ζωής. Ποιος θα πει ότι δεν είναι απλώς άψυχα αντικατοπτρίσματα στην κοσμική έρημο; Δεν είναι περίεργο που πονάμε για μια πιο προσεκτική ματιά.

Διαβάστε περισσότερα για τους εξωπλανήτες:

• Μπορεί να υπάρχει ζωή γύρω από μια μαύρη τρύπα;
• Τι σημαίνει αν ένας εξωπλανήτης είναι "κατοικήσιμος";
• Οι μεγαλύτερες ανακαλύψεις του Hubble:Ατμόσφαιρες εξωπλανητών

Η πρόκληση της απεικόνισης ενός εξωπλανήτη παρόμοιου με τη Γη – ακόμα και σαν ένα μόνο pixel σε μια φωτογραφία – είναι τεράστια. «Αν θέλω να δω μια άλλη Γη από απόσταση 100 ετών φωτός, χρειάζομαι ένα τηλεσκόπιο με διάμετρο 90 χιλιομέτρων», λέει ο Turyshev. Ο καθρέφτης του θα κάλυπτε μια περιοχή μεγαλύτερη από το Λονδίνο, το Παρίσι, τη Νέα Υόρκη και το Τόκιο μαζί. Τα μεγαλύτερα τηλεσκόπια στη Γη αυτή τη στιγμή έχουν καθρέφτες πλάτους περίπου 10 μέτρων.

Ακόμη και το νέο εξαιρετικά μεγάλο τηλεσκόπιο, που κατασκευάζεται επί του παρόντος στη Χιλή, θα έχει «μόνο» έναν καθρέφτη 39 μέτρων όταν ολοκληρωθεί το 2025. «Δεν μπορούμε να δούμε τους πλανήτες πίσω από τα πρωτοσέλιδα με τα υπάρχοντα τηλεσκόπια ή ακόμα και αυτούς που σχεδιάζονται για το εγγύς μέλλον. », λέει ο Turyshev. Αν θέλουμε μια πιο λεπτομερή εικόνα – την εικόνα που θα μας έλεγε κάτι χρήσιμο για τον πλανήτη – η διάμετρος θα πρέπει να αυξηθεί ακόμη περισσότερο.

Δεν έχουν χαθεί όλα όμως. Ο Turyshev είναι ο εγκέφαλος πίσω από μια τολμηρή ιδέα να εκμεταλλευτεί ένα αστρονομικό παραθυράκι – κάτι που περιγράφει ως «δώρο από τη φύση». Εργάζεται σε έναν ολοκαίνουργιο τρόπο για να απεικονίσει έναν εξωπλανήτη σαν τη Γη χρησιμοποιώντας το μεγαλύτερο πράγμα για έτη φωτός γύρω:τον Ήλιο.

Ογκώδη αντικείμενα όπως ο Ήλιος παραμορφώνουν τον ιστό του διαστήματος γύρω τους. Η Γη, για παράδειγμα, είναι παγιδευμένη στη βαρύτητα που κάνει ο Ήλιος, γι' αυτό και είμαστε κολλημένοι σε τροχιά γύρω της. Οποιοδήποτε φως πλησιάζει το Ηλιακό Σύστημα από αλλού αναγκάζεται να ακολουθήσει αυτή την τοπική καμπυλότητα του διαστήματος. Το φως καταλήγει να κάμπτεται γύρω από τον Ήλιο σε ένα φαινόμενο που ονομάζεται βαρυτικός φακός.

Όπως ένας γιγάντιος μεγεθυντικός φακός, ο Ήλιος ενισχύει το φως από μακρινούς εξωπλανήτες έως και 100 δισεκατομμύρια φορές. Για να δούμε μια εικόνα του εξωπλανήτη, πρέπει απλώς να φέρουμε ένα διαστημόπλοιο στην περιοχή όπου ο Ήλιος εστιάζει το φως του.

Είναι το τεράστιο τηλεσκόπιο του Σύμπαντος – ένα τηλεσκόπιο που οι αστρονόμοι θα μπορούσαν μόνο να ονειρευτούν να κατασκευάσουν. Ο Ήλιος κάνει τόσο μεγάλο μέρος της βαριάς ανύψωσης που το διαστημόπλοιο που στέλνουμε για να πιάσει το φως θα χρειαζόταν μόνο έναν καθρέφτη ενός μέτρου – λιγότερο από τη μισή διάμετρο του καθρέφτη στο διαστημικό τηλεσκόπιο Hubble.

Οι δυνατότητες για αυτό το είδος τεχνικής είναι τεράστιες. Αντί να βλέπουμε ολόκληρο τον πλανήτη ως ένα μόνο pixel, οι υπολογισμοί του Turyshev δείχνουν ότι χρησιμοποιώντας τον Ήλιο θα μπορούσαμε να επιτύχουμε ανάλυση 20 km ανά pixel. «Θα μπορούσαμε να δούμε ηπείρους, ωκεανούς και καιρικά μοτίβα», λέει. Θα εμφανίζονταν επίσης δάση και έρημοι.

Μια μεγάλη πόλη όπως το Λονδίνο θα καταλάμβανε περισσότερα από ένα pixel. Έτσι, ίσως μπορούμε να παρατηρήσουμε ότι οι περιοχές αλλάζουν φωτεινότητα καθώς πέφτει η νύχτα και τα φώτα μιας εξωγήινης πόλης αρχίζουν να λάμπουν. "Με έναν ηλιακό βαρυτικό φακό όλα γίνονται δυνατά", λέει ο Turyshev.

Ωστόσο, θα περιοριζόμασταν στην εξερεύνηση μόνο ενός εξωγήινου ηλιακού συστήματος ανά αποστολή. «Δεν θα μπορέσουμε να ξαναδείξουμε ένα νέο αστέρι», λέει ο Turyshev. Η ακριβής ευθυγράμμιση που απαιτείται σημαίνει ότι ο πλανήτης που θέλετε να απεικονίσετε πρέπει να βρίσκεται σε μια ευθεία γραμμή πίσω από τον Ήλιο. Συνήθως κατευθυνόμαστε προς έναν πλανήτη που θέλουμε να εξερευνήσουμε, αλλά για αυτό θα χρειαστεί να ταξιδέψουμε μακριά από αυτόν προς ακριβώς την αντίθετη κατεύθυνση.

Η διερεύνηση ενός άλλου αστρικού συστήματος με το ίδιο διαστημόπλοιο θα απαιτούσε τη μετάβαση σε άλλη περιοχή του διαστήματος, κάτι που ξεπερνά το πεδίο της αρχικής πρότασης του Turyshev. Ωστόσο, θα μπορούσαμε να εξερευνήσουμε πολλούς πλανήτες σε τροχιά γύρω από το ίδιο αστέρι.

Το σύστημα TRAPPIST-1 θα μπορούσε να είναι ένας πολλά υποσχόμενος πρώτος υποψήφιος. Γνωρίζουμε ήδη ότι υπάρχουν επτά πλανήτες στο μέγεθος της Γης εκεί και θα μπορούσαμε να τους απεικονίσουμε έναν προς έναν ως μέρος της ίδιας αποστολής. Κάθε πλανητικό πορτρέτο θα χρειαζόταν περίπου οκτώ μήνες για να συνταχθεί.

Με μια τόσο μεγάλη προοπτική ανταμοιβή, μπορεί να αναρωτιέστε γιατί αυτό δεν έχει ήδη δοκιμαστεί. Ο λόγος είναι ότι είναι μια τεράστια πρόκληση μηχανικής. Ο ηλιακός βαρυτικός φακός φέρνει το φως ενός τυπικού εξωπλανήτη σε μια παρατηρήσιμη εστίαση περίπου 650 αστρονομικές μονάδες (AU) μακριά, όπου μία AU είναι η απόσταση μεταξύ του Ήλιου και της Γης.

Για το πλαίσιο, ο Ποσειδώνας, ο πιο απομακρυσμένος επιβεβαιωμένος πλανήτης στο Ηλιακό μας Σύστημα, περιφέρεται γύρω από τον Ήλιο σε μέση απόσταση 30 AU. Ο ανιχνευτής Voyager 1, το διαστημικό σκάφος που έχει ταξιδέψει πιο μακριά από τη Γη μέχρι σήμερα, έχει φτάσει σε απόσταση μόλις 150 AU από την εκτόξευσή του το 1977. Ο ανιχνευτής New Horizons της NASA κατέχει το ρεκόρ του ταχύτερου διαστημικού σκάφους που αναχώρησε από τη Γη, αλλά ταξίδευε μόνο σε με ρυθμό λίγο πάνω από 3 AU ετησίως κατά τη διαδρομή προς τον Πλούτωνα. Με παρόμοιες ταχύτητες θα χρειαζόταν σχεδόν 200 χρόνια για να φτάσετε στο επίκεντρο του φακού.

«Πρέπει να είμαστε σε θέση να φτάσουμε εκεί σε μια ανθρώπινη ζωή», λέει ο Turyshev. Και όχι μόνο επειδή είναι δίκαιο οι άνθρωποι που κατασκευάζουν το διαστημόπλοιο να βλέπουν τους καρπούς της εργασίας τους. Το εσωτερικό εξάχρονο κάθε παιδί είναι επίσης ανυπόμονο – θέλουμε απαντήσεις σε αυτές τις επίμονες ερωτήσεις της παιδικής ηλικίας το συντομότερο δυνατό.

Για να το πετύχουμε αυτό, θα πρέπει να απομακρυνθούμε από το είδος πρόωσης που χρησιμοποιούμε συνήθως για διαπλανητικές αποστολές. Αντίθετα, ένα διαστημικό σκάφος εξοπλισμένο με ηλιακό πανί θα μπορούσε να φτάσει ταχύτητες 25 AU ετησίως, οδηγώντας μας εκεί σε περίπου ένα τέταρτο του αιώνα.

Τα ηλιακά πανιά λειτουργούν με παρόμοιο τρόπο με τα πανιά σε ένα σκάφος, πιάνοντας τις ριπές του ηλιακού ανέμου που εκτοξεύεται από τον Ήλιο ή οδηγώντας στο πίδακα φωτός - σωματίδια ηλιακού φωτός που χτυπούν τα πανιά προωθούν το σκάφος ακριβώς όπως τα σωματίδια του αέρα στο Γη.

"Αποστολές όπως το IKAROS της Ιαπωνίας και το LightSail της [The Planetary Society's] έχουν ήδη επιδείξει με επιτυχία ηλιακά πανιά στο διάστημα", λέει ο Turyshev. «Έχουμε ήδη την τεχνολογία που χρειαζόμαστε για να το κάνουμε αυτό». Το προτεινόμενο διαστημικό σκάφος του θα είναι εξοπλισμένο με 16 πανιά, το καθένα με έκταση 1.000μ. Η NASA ενδιαφέρεται αρκετά για την ιδέα να στηρίξει το έργο του με χρηματοδότηση μέσω του προγράμματος Innovative Advanced Concepts.

Ο καθηγητής Lewis Dartnell, αστροβιολόγος στο Πανεπιστήμιο του Westminster, είναι ενθουσιασμένος με την προοπτική. «Αν μπορούσαμε να κατασκευάσουμε μια τέτοια φουτουριστική τεχνολογία θα ήταν ένα απόλυτο όφελος για την αστροβιολογία», λέει. "Αυτό θα έδινε στους αστρονόμους μια τεράστια ικανότητα να εκτιμήσουν πόσο κατοικήσιμος μπορεί να είναι ο εξωπλανήτης."

Ο Dr Nicholas Rattenbury, από το Πανεπιστήμιο του Auckland στη Νέα Ζηλανδία, συμφωνεί. «Το να ανακαλύψουμε χαρακτηριστικά σε έναν εξωκόσμο που θα μπορούσαμε να συσχετίσουμε με μια βιόσφαιρα θα ήταν εντυπωσιακό», λέει. Αν και ο ενθουσιασμός του μετριάζεται με μια νότα προσοχής. "Αυτή θα ήταν μια εξαιρετικά προκλητική αποστολή - αντιπροσωπεύει έναν από τους πιο φιλόδοξους στόχους που έχω δει στην ανακάλυψη εξωπλανητών."

Ποιο είναι λοιπόν το επόμενο βήμα στο δρόμο για να γίνει πραγματικότητα ένα τόσο περίπλοκο όνειρο; Ο Turyshev σχεδιάζει να πετάξει μια αποστολή επίδειξης τεχνολογίας - μια μειωμένη έκδοση που θα δείξει ότι το ηλιακό σύστημα πρόωσης πανιών θα μπορούσε να λειτουργήσει κατ' αρχήν.

«Θα έφτανε ταχύτητες 7 AU ετησίως – διπλάσιο από το τρέχον ρεκόρ», λέει. Εάν αυτό πάει καλά, ελπίζει ότι θα μπορούσαμε να εκτοξεύσουμε το διαστημόπλοιο πραγματικά μέχρι το 2035, που σημαίνει ότι θα φτάσει στο επίκεντρο του ηλιακού βαρυτικού φακού γύρω στο 2060. «Είναι ένα επιθετικό χρονοδιάγραμμα, αλλά έχουμε ήδη όλα τα συστατικά στη θέση τους. απλά πρέπει να τα συνδυάσω», λέει.

Ίσως χρειαστεί να περιμένουμε λίγο, αλλά η υπομονή είναι μέρος της διαδικασίας. «Το κυνήγι για μια άλλη Γη είναι μια αναζήτηση γενεών», λέει η καθηγήτρια Sara Seager, κυνηγός εξωπλανητών στο Ινστιτούτο Τεχνολογίας της Μασαχουσέτης.

Αλλά πρέπει ακόμα να σκεφτόμαστε τα αυριανά τηλεσκόπια σήμερα. «Θέλουμε 100 τοις εκατό να επενδύσουμε σε ολοκαίνουργιες τεχνολογίες – [είναι] απαραίτητες εάν θέλουμε να παρακολουθήσουμε τυχόν ενδιαφέρουσες ανακαλύψεις που κάνουμε σε αυτήν τη γενιά», λέει. Πολύ περισσότερος λόγος για να συνεχίσουμε να καταλογίζουμε ενδιαφέροντα συστήματα όπως το TRAPPIST-1, ώστε να είμαστε έτοιμοι να ξεκινήσουμε όταν νέες αποστολές έρθουν στο διαδίκτυο αργότερα αυτόν τον αιώνα.

Συμπτωματικά, το προτεινόμενο χρονοδιάγραμμα του Turyshev θα έβλεπε την πρώτη εικόνα να επιστρέφεται λίγο μετά την εκατονταετηρίδα από την εκτόξευση του Sputnik 1, του πρώτου δορυφόρου που έφτασε σε τροχιά της Γης. Αν χρειαζόμαστε μόλις 100 χρόνια για να πάμε από το να βυθίσουμε το δάχτυλο του ποδιού μας στα ουράνια νερά μέχρι να φωτογραφίσουμε εκτεταμένες μητροπόλεις σε εξωγήινους πλανήτες, θα μπορούσαν να υπάρχουν άλλοι πολιτισμοί που χρησιμοποιούν τον δικό τους ηλιακό βαρυτικό φακό για να κοιτάζουν στη Γη; «Απολύτως», λέει ο Turyshev. "Δεν έχω καμία αμφιβολία ότι κάπου αλλού στον Γαλαξία υπάρχουν άνθρωποι που ξέρουν πώς ζούμε εδώ."

Χάρη στο έργο του, μπορεί να είναι μόνο θέμα χρόνου μέχρι να γίνουμε μέλος μιας λέσχης αστρονόμων της οποίας η ιδιότητα μέλους εκτείνεται πέρα ​​από το Ηλιακό Σύστημα και να μπορέσουμε επιτέλους να λάβουμε απαντήσεις σε αυτές τις ερωτήσεις που δεν θα σταματήσουν να κάνουν τα εσωτερικά μας παιδιά.

• Αυτό το άρθρο εμφανίστηκε για πρώτη φορά στο τεύχος 362 του BBC Science Focus Magazine – μάθετε πώς να εγγραφείτε εδώ

Διαβάστε περισσότερα σχετικά με το μέλλον της εξερεύνησης:

• Διαστημικό τηλεσκόπιο Τζέιμς Γουέμπ:Εντός των δοκιμών υψηλού κινδύνου του διαδόχου του Hubble, αξίας 7,2 δισεκατομμυρίων λιρών
• Βουνά βαθέων υδάτων:τα ανεξερεύνητα οικοσυστήματα της Γης που βρίθουν από ζωή
• Πώς οι επιστήμονες χρησιμοποιούν την κοσμική ακτινοβολία για να κρυφοκοιτάξουν μέσα στις πυραμίδες
• Πώς θα επιστρέψει η ανθρωπότητα στη Σελήνη:Το μέλλον της εξερεύνησης της Σελήνης
• Παγωμένες λίμνες και υπόγειοι καταρράκτες:Μέσα στο σύστημα βαθιών σπηλαίων Dark Star
• Ψυχή:Ο μεταλλικός μίνι κόσμος που θα μπορούσε να αλλάξει όλα όσα γνωρίζουμε για το ηλιακό σύστημα