Το κυνήγι για εξωπλανήτες

Τον Ιανουάριο του 1992, δύο αστρονόμοι του ραδιοφώνου ανακοίνωσαν μια ανακάλυψη που θα άλλαζε για πάντα την άποψή μας για το Σύμπαν. Ο Aleksander Wolszczan σάρωνε τους ουρανούς για να μελετήσει έναν τύπο περιστρεφόμενου αστέρα γνωστό ως πάλσαρ, αλλά κάτι εμπόδιζε την όρασή του. Η περιέργεια κέντρισε, ο Wolszczan ανακάλυψε τελικά τη ρίζα της παρεμβολής:δύο πλανήτες σε τροχιά γύρω από το αστέρι. Ο συνάδελφος αστρονόμος ραδιοφώνου Dale Frail επαλήθευσε τα δεδομένα και το ζευγάρι έκανε την απίστευτη ανακοίνωσή του στον κόσμο:είχαν ανακαλύψει τους πρώτους γνωστούς επιπλέον ηλιακούς πλανήτες – ή «εξωπλανήτες».

Η ύπαρξη εξωπλανητών –πλανήτων που περιστρέφονται γύρω από αστέρια εκτός από τον Ήλιο μας– είχε θεωρηθεί εδώ και καιρό, αλλά τώρα υπήρχε οριστική απόδειξη. Για πρώτη φορά, η ανθρωπότητα μπορούσε να είναι σίγουρη ότι το Ηλιακό Σύστημα στο οποίο ζούσε δεν ήταν μόνο:υπήρχαν πλανητικά συστήματα εκεί έξω στον κόσμο.

Από την ανακάλυψη αυτή, υπήρξε μια συντονισμένη προσπάθεια από αστρονόμους να βρουν ακόμη περισσότερους από αυτούς τους εξωπλανήτες. Το διαστημικό τηλεσκόπιο Kepler της NASA, που εκτοξεύτηκε το 2009, έχει επιβεβαιώσει πάνω από 2.300 και αποκάλυψε ότι, κατά μέσο όρο, υπάρχει ένας πλανήτης σε τροχιά γύρω από κάθε αστέρι. Την επόμενη φορά που θα κοιτάξετε τον νυχτερινό ουρανό, σκεφτείτε το εξής:για κάθε αστέρι που μπορείτε να δείτε, υπάρχει πιθανώς ένας άλλος κόσμος σε τροχιά γύρω του.

Διαβάστε περισσότερα επιστημονικές ανακαλύψεις του 2019:

• Πώς η εικονική πραγματικότητα βοηθά στον εντοπισμό τάσεων αυτοκτονίας
• Ο Μεγάλος Αδελφός της Κίνας
• Μπορούν τα μαθηματικά να νικήσουν την τρομοκρατία;

Τώρα, μια νέα γενιά αποστολών κυνηγιού εξωπλανητών προετοιμάζεται για επακόλουθες έρευνες που θα βασιστούν στην πρόοδο του Κέπλερ και θα κάνουν ανακαλύψεις που θα μπορούσαν να αλλάξουν όσα γνωρίζουμε για το πώς σχηματίζονται οι πλανήτες και πώς μπορεί να προκύψει ζωή αλλού στο Σύμπαν.

Ίσως το πιο συναρπαστικό είναι το διαστημικό τηλεσκόπιο James Webb (JWST). Αυτό το τροχιακό παρατηρητήριο, που πρόκειται να ξεκινήσει το 2021, αναμένεται να κάνει πολλές νέες ανακαλύψεις, συμπεριλαμβανομένης της αναζήτησης εξωπλανητών. Το JWST θεωρείται από πολλούς ως ο διάδοχος του διαστημικού τηλεσκοπίου Hubble, αν και 100 φορές πιο ισχυρό και, αντί να περιστρέφεται γύρω από τη Γη, θα περιστρέφεται γύρω από τον Ήλιο σε απόσταση 1,5 εκατομμυρίου χιλιομέτρων από τον πλανήτη μας. Αυτό θα το βοηθήσει να αποφύγει τη θερμότητα από τον Ήλιο, τη Γη και τη Σελήνη και να παραμείνει δροσερό - περίπου -225°C. Γιατί; Επειδή τα θερμά αντικείμενα εκπέμπουν υπέρυθρο φως και το υπέρυθρο θα είναι η κύρια μέθοδος παρατήρησης του Σύμπαντος από το JWST.

Ένας από τους στόχους του θα είναι να παρατηρήσει νέους πλανήτες που σχηματίζονται γύρω από νεαρά αστέρια. Ο αστρικός σχηματισμός ξεκινά όταν τα σύννεφα αερίου και σκόνης στο διάστημα αρχίζουν να συγκεντρώνουν μάζα μαζί, μεγαλώνοντας τόσο πολύ που τελικά καταρρέουν υπό τη δική τους βαρύτητα. Αυτό που απομένει είναι ένα νεαρό πρωτόαστρο που περιβάλλεται από έναν περιστρεφόμενο δίσκο σκόνης. Από αυτή τη σκόνη μπορεί να σχηματιστεί ένα σύστημα πλανητών που περιστρέφονται γύρω από το κεντρικό αστέρι, ακριβώς όπως το δικό μας Ηλιακό Σύστημα. Στο οπτικό φως, αυτοί οι πλανήτες που σχηματίζονται ακόμη καλύπτονται από τη σκόνη, αλλά το υπέρυθρο μπορεί να κοιτάξει μέσα από αυτό για να ρίξει μια πρωτοφανή ματιά στον πλανητικό σχηματισμό σε δράση.

«Κατασκευάζουμε διαστημικά τηλεσκόπια επειδή μπορούν να τραβήξουν πιο ευκρινείς φωτογραφίες, λόγω του γεγονότος ότι η ατμόσφαιρα της Γης δεν παραμορφώνει αυτό που προσπαθούμε να δούμε», λέει η Δρ Τζέιν Ρίγκμπι, μια από τις επιστήμονες του έργου της αποστολής. "Αν θέλουμε να μελετήσουμε τα περισσότερα χρώματα του υπέρυθρου φωτός, τότε πρέπει να πάμε στο διάστημα γιατί αυτό το φως δεν μπορεί να λάμψει μέσα από την ατμόσφαιρά μας."
Αυτό που είναι πραγματικά συναρπαστικό είναι η ικανότητα του JWST να διαχωρίζει το φως των αστεριών, μια τεχνική γνωστή ως "φασματοσκοπία" . Διαχωρίζοντας το αστρικό φως που έχει περάσει από την ατμόσφαιρα ενός εξωπλανήτη, οι επιστήμονες μπορούν να αναλύσουν τις χημικές υπογραφές που κρύβονται μέσα και να μάθουν πολλά για τις ιδιότητες αυτού του εξωπλανήτη – είτε έχει πολλούς υδρατμούς, για παράδειγμα, είτε άλλες χημικές ουσίες που μπορεί να αποκαλύψει κάτι σχετικά με τις διεργασίες που συμβαίνουν στην επιφάνειά του.

«Για γίγαντες αερίου όπως ο Δίας και ο Κρόνος γύρω από άλλα αστέρια, μπορούμε να δούμε ζώνες μεθανίου για να δούμε αν η ατμόσφαιρα έχει σύννεφα ή αν είναι καθαρή», λέει ο Ρίγκμπι. "Αυτή είναι η πρώτη μας ευκαιρία να κατανοήσουμε λεπτομερώς τις ατμόσφαιρες των εξωπλανητών και υπάρχει μεγάλο ενδιαφέρον για τη μελέτη βραχωδών πλανητών σαν τον δικό μας."

Αν θέλουμε να καταλάβουμε πώς σχηματίστηκαν ο Ήλιος μας, η Γη και οι άλλοι πλανήτες, πρέπει να αναζητήσουμε παραδείγματα πλανητικού σχηματισμού σε δράση. Μέχρι σχετικά πρόσφατα, είχαμε μόνο ένα πλαίσιο αναφοράς:το δικό μας ηλιακό σύστημα. Τώρα, έχουμε μια μεγάλη ποικιλία από διαφορετικά αστέρια και εξωπλανήτες σε τροχιά για να διαλέξετε.

«Τα αποτελέσματα του Kepler αποκάλυψαν ότι υπάρχουν τόσες πολλές εκπλήξεις», λέει η Δρ Kate Isaak, επιστήμονας του έργου της αποστολής CHEOPS (Characterising ExOPlanet Satellite) του Ευρωπαϊκού Οργανισμού Διαστήματος, που πρόκειται να εκτοξευτεί στις αρχές του 2019. «Στο Ηλιακό μας Σύστημα έχουμε μικρότερες βραχώδεις πλανήτες πιο κοντά και μεγάλοι πλανήτες όπως ο Δίας βρίσκονται πιο έξω. Αλλά άλλα συστήματα αποκαλύπτουν θερμούς Δία – τεράστιους αέριους γίγαντες που έχουν τροχιές μικρότερες από μερικές ημέρες γύρω από το άστρο υποδοχής τους. Η γεωμετρία των πλανητικών συστημάτων που βρίσκουμε είναι πολύ διαφορετική από τη δική μας και αυτό είναι πολύ συναρπαστικό.”

Αναζήτηση για "Super Earths"

Ο βασικός στόχος του CHEOPS είναι να πραγματοποιήσει επακόλουθες παρατηρήσεις φωτεινών άστρων που είναι ήδη γνωστό ότι φιλοξενούν εξωπλανήτες, και θα εξετάσει πρωτίστως μια τάξη γνωστή ως «σούπερ Γη» και «σούπερ Ποσειδώνες» – εξωπλανήτες με μεγαλύτερη μάζα από τους συνονόματους, αλλά μικρότερους από γίγαντες αερίου όπως ο Δίας και ο Κρόνος. Αυτές είναι μια άλλη πλανητική ανωμαλία για την οποία οι αστρονόμοι απλώς δεν γνώριζαν πριν ξεκινήσει πραγματικά η μελέτη εξωπλανητών.

Το CHEOPS θα μετρήσει την κανονική πτώση στη φωτεινότητα ενός άστρου καθώς ένας εξωπλανήτης περνά μπροστά του - γνωστός ως «διέλευση» - επιτρέποντας στους επιστήμονες να αποκρυπτογραφήσουν το μέγεθος αυτού του πλανήτη, μεταξύ άλλων ιδιοτήτων. Στη συνέχεια, τα επίγεια τηλεσκόπια θα μετρήσουν τη μάζα του εξωπλανήτη παρατηρώντας πώς η βαρυτική του έλξη προκαλεί το άστρο υποδοχής να «ταλαντεύεται» και ο συνδυασμός αυτής της μέτρησης με τα δεδομένα διέλευσης του CHEOPS θα επιτρέψει στους αστρονόμους να υπολογίσουν τη «μαζική πυκνότητα» του πλανήτη.

«Μόλις έχουμε τη χύδην πυκνότητα, μπορούμε να αρχίσουμε να επεξεργαζόμαστε τη δομή και τη σύνθεση των πλανητών», λέει ο Isaak. «Δεν έχουμε σούπερ Γη στο Ηλιακό μας Σύστημα, οπότε το ερώτημα είναι «τι είναι;» Είναι βραχώδεις πλανήτες όπως η Γη ή είναι παγωμένοι σαν τον Ποσειδώνα; Μιλάμε για υδάτινους κόσμους ή για μικρές αέριες μπάλες; Το CHEOPS θα συμβάλει στην κατανόηση του τι είναι αυτοί οι πλανήτες, από τι αποτελούνται, πώς σχηματίζονται και μεταναστεύουν και, τελικά, οι καλύτερες συνθήκες για ζωή."

Η κατανόηση των συνθηκών για τη ζωή είναι ένας από τους βασικούς στόχους της εξωπλανητικής μελέτης. Εάν μπορούμε να πάρουμε μια εικόνα της ποικιλίας των πλανητών εκεί έξω στο Σύμπαν, μπορούμε να ανακαλύψουμε πόσο συνηθισμένοι είναι οι βραχώδεις πλανήτες όπως η Γη, εάν αυτοί οι μακρινοί κόσμοι έχουν ατμόσφαιρες και αν βρίσκονται σε τροχιά στην «κατοικήσιμη ζώνη» με άλλα λόγια αρκετά κοντά στο αστέρι τους ότι υγρό νερό μπορεί να λιμνάζει στην επιφάνειά τους – μια βασική προϋπόθεση για την επιβίωση της ζωής όπως την ξέρουμε.

Οι JWST και CHEOPS θα παράσχουν πρωτοφανείς μελέτες για εξωπλανήτες, αλλά πρέπει να ξέρουν πού να ψάξουν. Εδώ έρχεται ο Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS) της NASA. Το TESS εκτοξεύτηκε τον Απρίλιο του 2018 και έχει ήδη ξεκινήσει την αποστολή του να παρακολουθεί περισσότερα από 200.000 αστέρια. Αναμένεται να βρει πάνω από 1.500 πιθανούς υποψήφιους εξωπλανήτες, περίπου 500 από τους οποίους μπορεί να είναι στο μέγεθος της Γης και σούπερ Γη. Η κληρονομιά του θα πρέπει να είναι ένας τρομερός κατάλογος κόσμων έτοιμοι να εξερευνηθούν από αποστολές όπως το JWST και το CHEOPS.

Είμαστε μόνοι;

Δεδομένου ότι ο πλανήτης μας είναι το μόνο κοσμικό σώμα που γνωρίζουμε ότι φιλοξενεί ζωή, είναι λογικό να αναζητήσουμε άλλους βραχώδεις κόσμους που μοιάζουν με τη Γη με την ελπίδα να ανακαλύψουμε αν υπάρχει ζωή αλλού στο Σύμπαν. Ένας διαστημικός ανιχνευτής που θα κάνει ακριβώς αυτό τα επόμενα χρόνια είναι ο PLATO, μια αποστολή της ESA που πρόκειται να εκτοξευτεί το 2026 και θα αναζητήσει μικρά, βραχώδη και παγωμένα σώματα στην κατοικήσιμη ζώνη γύρω από αστέρια που μοιάζουν με τον Ήλιο. Αυτό, ελπίζεται, θα επιτρέψει στους αστρονόμους να αποκρυπτογραφήσουν πόσο συνηθισμένοι είναι οι πλανήτες που μοιάζουν με τη Γη στο Σύμπαν και πού να κατευθύνουν μελλοντικές αποστολές όπως το JWST με την ελπίδα να βρουν δυνητικά κατοικήσιμα, βραχώδη σώματα.

«Όταν ήμουν παιδί, γνωρίζαμε μόνο εννέα πλανήτες, όλοι τους στο δικό μας Ηλιακό Σύστημα», λέει ο Ρίγκμπι. «Έχουμε απορρίψει από τότε ένα (Πλούτωνα), αλλά μάθαμε για χίλια περισσότερα, και μια από τις μεγαλύτερες εκπλήξεις είναι πόσο διαφορετικά είναι πολλά από αυτά τα συστήματα. Το μεγάλο ερώτημα είναι:πώς φτάσαμε εδώ; Πώς σχηματίστηκε η Γη; Πώς σχηματίστηκε ο Ήλιος; Πώς δημιουργήθηκαν οι συνθήκες για ζωή, με πολύ σίδηρο και άζωτο – για να μην αναφέρουμε τόνους νερού – σε έναν βραχώδη κόσμο;»
Όπως δείχνει η ανακάλυψη του Wolzsczan και του Frail, ποτέ δεν ξέρεις πότε θα γίνει η επόμενη επανάσταση στο Η αστρονομία θα γίνει και η περιέργεια είναι το καλύτερο εργαλείο μας για την αναζήτηση αυτών των αστρονομικών επιφανειών. Η νέα γενιά κυνηγών εξωπλανητών είναι ακριβώς αυτό:εργαλεία για να κοιτάξουμε έξω στον κόσμο και να μελετήσουμε μακρινούς πλανήτες έτη φωτός μακριά, με την ελπίδα ότι θα μπορούσαμε να λύσουμε μερικά από τα δικά μας μυστήρια.

Η ζωή βρίσκει τρόπο

Οι ακραίες συνθήκες σε πολλούς εξωπλανήτες μπορεί να τους κάνουν να φαίνονται μη κατοικήσιμοι, αλλά οι ανθεκτικοί οργανισμοί – γνωστοί ως ακραίοφιλοι – έχουν δείξει ότι η ζωή μπορεί να επιβιώσει ακόμα και στα πιο εχθρικά μέρη.

Το Cyanidium caldarium είναι ένας τύπος φυκιών που είναι γνωστό ότι ευδοκιμεί σε ζεστές, όξινες συνθήκες. Αυτό υποδηλώνει ότι η ζωή μπορεί να είναι σε θέση να επιβιώσει σε έναν πλανήτη όπως η Αφροδίτη, γνωστός για την καυτή, όξινη ατμόσφαιρά του. Εν τω μεταξύ, το Chroococcidiopsis είναι ένα βακτήριο που βρίσκεται σε ζεστές, ξηρές και σούπερ αλμυρές συνθήκες. Το σημαντικότερο είναι ότι μπορεί να επιβιώσει από την ακτινοβολία, που σημαίνει ότι η ζωή θα μπορούσε δυνητικά να επιβιώσει σε πλανήτες χωρίς θωράκιση από την ακτινοβολία των αστεριών τους. Μικρόβια έχουν βρεθεί ακόμη και κάτω από παγετώνες στην Ανταρκτική – αποκομμένα από το φως και το οξυγόνο. Θα μπορούσαν να παγιδευτούν παρόμοιοι οργανισμοί κάτω από τα πολικά καλύμματα πάγου του Άρη;

Ίσως το πιο διάσημο από όλα τα ακραία φιλικά είναι το όψιμο. Αυτά τα μικροσκοπικά πλάσματα έχουν ανεχθεί την ακραία ακτινοβολία και το κενό του διαστήματος υπό ελεγχόμενα πειράματα από την ESA. Μπορούν να επιβιώσουν σε θερμοκρασίες από -272 έως +150°C και μπορούν να ζήσουν χωρίς νερό για χρόνια. Επιπλέον, εάν οι συνθήκες γίνουν πολύ ακραίες ακόμη και γι' αυτούς, οι καθυστερημένοι μπορούν να αναστείλουν όλες τις ζωτικές λειτουργίες εκτός από τις δικές τους ζωτικές λειτουργίες και να συνεχίσουν να επιβιώνουν με μια μορφή ανασταλτικής κινούμενης εικόνας.

Οι εξτρεμόφιλοι δείχνουν πόσο εύρωστη μπορεί να είναι η ζωή και υπαινίσσονται το γεγονός ότι μπορεί να βρεθούν ακόμη και στις πιο αδυσώπητες γωνιές του σύμπαντος.

Πιο παράξενο από τη φαντασία

55 Cancri e περιφέρεται γύρω από το αστέρι του 25 φορές πιο κοντά από ό,τι ο Ερμής γύρω από τον Ήλιο μας, δημιουργώντας έναν κόσμο με φουσκάλες που φτάνει σε θερμοκρασίες έως και 2.400°C.

Kepler-16b είναι ένας πλανήτης με δύο ήλιους, ακριβώς όπως η πλανητική κατοικία του Luke Skywalker, Tatooine στο Star Wars.

KELT-9b είναι ένας γίγαντας αερίων περίπου διπλάσιο σε μέγεθος από τον Δία με θερμοκρασία κατά τη διάρκεια της ημέρας πάνω από 4.300°C, καθιστώντας τον θερμότερο από
πολλά αστέρια.

WASP-12b Η καυτή ζέστη του επιτρέπει να μην αντανακλά σχεδόν καθόλου φως, κάνοντάς το να φαίνεται κατάμαυρο.

OGLE-2005-BLG-390Lb έχει περίπου πέντε φορές τη μάζα της Γης και είναι ένας βραχώδης πλανήτης με θερμοκρασία επιφάνειας περίπου -220°C, που σημαίνει ότι πιθανότατα καλύπτεται από παγωμένους ωκεανούς.

Gliese 436b έχει θερμοκρασία πάνω από 300°C. Ωστόσο, ισχυρές βαρυτικές δυνάμεις πιστεύεται ότι παρήγαγαν «φλεγόμενο πάγο», συμπιεσμένο έτσι ώστε να παραμένει στερεός παρά την υπερβολική ζέστη.

Ακούστε ένα επεισόδιο της σειράς In Our Time σε εξωπλανήτες bbc.in/2RoyBqC

Ακολουθήστε το Science Focus στο Twitter, το Facebook, το Instagram και Flipboard