Τετάρτη, 18 Απριλίου 2018

Εξωπλανήτες...μπορούμε να ζήσουμε εκτός Γης ; και πως ;

Σε αυτό το άρθρο θα δούμε τα απαραίτητα "συστατικά" που χρειάζεται η υποστήριξη και η ανάπτυξη ζωής σε ένα εξωηλιακό πλανήτη 

Ο  "Δορυφόρος Έρευνας Διάβασης Εξωπλανητών" της NASA*, (NASA’s Transiting Exoplanet Survey Satellite ή για συντομία TESS), θα προσθέσει ένα ισχυρό, νέο εργαλείο για το κυνήγι πλανητών που μοιάζουν με τη Γη. Εδώ λοιπόν στο άρθρο αυτό θα δούμε πώς οι επιστήμονες πρόκειται να εντοπίσουν κατοικήσιμους εξωπλανήτες.


Καλλιτεχνική απεικόνιση για το "Δορυφόρο Έρευνας Διάβασης Εξωπλανητών " της NASA , ένα δορυφόρο που περιφέρεται γύρω από τη Γη, και ο οποίος θα βοηθήσει τους επιστήμονες να αναζητήσουν πλανήτες έξω από το ηλιακό μας σύστημα. 
Εικόνα:  NASA/GSFC SPACE

Η εξερεύνηση για εξωπλανήτες ήταν τόσο επιτυχημένη που τώρα πλέον οι εξωπλανήτες που έχουν έως τώρα ανακαλυφθεί έχουν δικό τους περιοδικό πίνακα, ο οποίος απεικονίζει από μικρούς πλανήτες σε τροχιά γύρω από την καυτή ζώνη του μητρικού τους άστρου, έως σε αέριους γίγαντες πλανήτες (Jovian planets) που περιφέρονται σε μια μακρινή, ψυχρή ζώνη μακριά από το μητρικό τους άστρο. Μεταξύ αυτών των ακραίων τροχιών, βρίσκεται η λεγόμενη "κατοικήσιμη ζώνη", την οποία οι ερευνητές πιστεύουν ότι είναι πιθανότερο να υποστηρίζει εξωγήινη ζωή.

Για να έχει κάθε πιθανότητα να φιλοξενήσει τη ζωή, ένας πλανήτης πρέπει να πληρεί ορισμένα κριτήρια. Πρέπει να έχει τη σωστή θερμοκρασία: με ελάχιστη θερμοκρασία -15 βαθμούς Κελσίου και όχι περισσότερο από 122 ° C. Πρέπει ακόμα να έχει τουλάχιστον λίγες ημέρες ανά έτος βροχή, ομίχλη ή χιόνι, καθώς και να εκτίθεται σε κατάλληλη ποσότητα ηλιακού φωτός. Το Άζωτο και το Οξυγόνο απαιτούνται στην ατμόσφαιρα του. Ο πλανήτης θα πρέπει επίσης να στερείται βλαβερών χαρακτηριστικών που είναι θανάσιμα επικίνδυνα για τη ζωή, όπως η υπερβολικά εισερχόμενη υπεριώδης ακτινοβολία (UV) η οποία προέρχεται από το μητρικό του άστρο.


Η μάζα ως καθοριστικός παράγοντας

Μια τεχνική γνωστή ως "φωτομετρία διάβασης" αναγνωρίζει έναν πλανήτη παρατηρώντας τον όταν περνάει μπροστά από το αστέρι του, το οποίο κάνει το φως που εκπέμπεται από το αστέρι να εξασθενίζει όταν παρατηρείται από τη Γη ή από ένα διαστημικό τεχνητό δορυφόρο. Όσο μεγαλύτερος είναι ο πλανήτης, τόσο μεγαλύτερη είναι και η "βύθιση" στην ποσότητα φωτός που παρατηρείται.

Εκτός από τον Δορυφόρο Έρευνας Διάβασης Εξωπλανητών (TESS) της NASA, ο Ευρωπαϊκός Οργανισμός Διαστήματος και η Ελβετική Υπηρεσία Διαστήματος θα προσθέσουν το CHEOPS (CHaracterising ExOPlanet Satellite ) στο "κυνήγι" των εξωπλανητών. Ο δορυφόρος έχει προγραμματιστεί να εκτοξευτεί στα τέλη του τρέχοντος έτους.

Η Kate Isaak είναι επιστήμονας του προγράμματος για τα CHEOPS, η οποία θα μετρήσει την πυκνότητα των ήδη παρατηρημένων εξωπλανήτων.

Η Issak περιγράφει το CHEOPS ως μια "μικρή, σχετικά φτηνή και γρήγορη αποστολή", η οποία είναι σε θέση να βασίζεται σε πληροφορίες που συλλέχθηκαν από προηγούμενες αποστολές του  Ευρωπαϊκού Οργανισμού Διαστήματος και της NASA, όπως η τοποθεσία, ο χρόνος της πλανητικής διάβασης, και η μάζα των εξωπλανητών. "Γνωρίζοντας πότε πρέπει να γίνει μια παρατήρηση, μπορούμε να παρατηρήσουμε ένα αστέρι λίγο πριν και αμέσως μετά το φαινόμενο της πλανητικής διάβασης, πράγμα το οποίο είναι πολύ αποτελεσματικό", δήλωσε στον ιστότοπο Seeker.


Ο Περιοδικός πίνακας των εξωπλανητών επικαιροποιημένος τον Νοέμβριο του 2017

Χρησιμοποιώντας το μέγεθος και τη μάζα ενός πλανήτη, η ομάδα της Isaak μπορεί να υπολογίσει το κύριο όγκο της πυκνότητας ενός εξωπλανήτη, καθώς και να κάνει προβλέψεις για το αν η μάζα αυτή είναι βραχώδης, αέρια ή υδάτινη.

Το CHEOPS θα μπορεί πλέον να μετράει πολύ μικρές, πλανητικές "σκιές". Μέχρι τώρα, οι μικρότεροι πλανήτες ήταν δύσκολο να μελετηθούν επειδή η βύθιση στο φως ενός αστεριού είναι τόσο ελάχιστη σχεδόν αμελητέα, όταν ένας πλανήτης περνά μπροστά του (πλανητική διάβαση).

"Αν θέλετε να παρατηρήσετε μικρούς πλανήτες, τότε πρέπει πραγματικά να πάτε ...στο διάστημα", δήλωσε η Isaak , επισημαίνοντας ότι η ατμόσφαιρα της Γης μπορεί να δυσκολέψει εξαιρετικά ορισμένους από τους ερευνητές οι οποίοι προσπαθούν να ανιχνεύσουν και να εντοπίσουν αυτό το μακρινό φως. 

Το CHEOPS έχει άλλα χαρακτηριστικά τα οποία θα του επιτρέψουν να αποκλείσει πολύ από τον "θόρυβο" που παρεμβαίνει στις παρατηρήσεις του. Μια στενά μονωμένη θήκη θα στεγάσει τα όργανα του δορυφόρου, και θα χαλαρώσει, θα φιλτράρει αν θέλετε το φως που αντανακλάται από τη Γη. Και ο ανιχνευτής φωτός και τα ηλεκτρονικά της συσκευής θα λειτουργούν σε χαμηλές θερμοκρασίες για να γίνουν πιο αξιόπιστα.

Το PLATO του ESA, το PLAnetary Transits and Oscillations of stars, είναι ένας άλλος δορυφόρος που θα βοηθήσει στην αναζήτηση των κατοικήσιμων εξωπλανητών. Είναι προγραμματισμένο να εκτοξευτεί το 2026, χρησιμοποιώντας μια μέθοδο που βασίζεται στο φαινόμενο που ονομάζεται "ακτινική ταχύτητα" για να εκτιμήσει πόσο φως μπορεί να φτάσει σε εξωπλανήτες που βρίσκονται σε τροχιά γύρω από το άστρο τους, και αν οι πλανήτες αυτοί μπορεί να είναι ευάλωτοι στις αστρικές εκλάμψεις.

Η σωστή ατμόσφαιρα

Μια ατμόσφαιρα μπορεί να μεταβάλει τη θερμοκρασία ενός πλανήτη, να κρατήσει ζωτικά αέρια όπως το Άζωτο ή το Οξυγόνο, να υποστηρίξει τη παρουσία υγρού νερού, καθώς και να προστατεύσει την επιφάνεια του πλανήτη υδάτινη και χερσαία, από την υπεριώδη ακτινοβολία (UV radiation).

Γνωρίζοντας το μέγεθος ενός πλανήτη μπορούμε να υπολογίσουμε εάν ο πλανήτης αυτός έχει ατμόσφαιρα, επειδή το μέγεθος καθορίζει τη δύναμη της βαρύτητας ενός πλανήτη, ο οποίος είναι ένας καθοριστικός παράγοντας για το αν η ατμόσφαιρα αυτή μπορεί ή όχι να υποστηρίξει τις κατάλληλες συνθήκες για ζωή.

Ωστόσο, το επόμενο βήμα για να προσδιοριστεί αν ένας πλανήτης είναι κατοικήσιμος, προσδιορίζεται από την αποκωδικοποίηση του φάσματος (το γνωστό μας ουράνιο τόξο των 7 χρωμάτων) που εκπέμπει στη Γη όταν το φως από ένα αστέρι περνά μέσα από την ατμόσφαιρα ενός πλανήτη, μια τεχνική που ονομάζεται φασματοσκοπία.

Ο φυσικός Francesco Pepe υποστηρίζει ότι η φασματοσκοπία είναι η πιο ελπιδοφόρα τεχνική για να βρεθεί ζωή πέρα από τη Γη, επειδή μπορεί να βοηθήσει τους επιστήμονες να συνειδητοποιήσουν τους τύπους μορίων που μπορεί να υπάρχουν στην ατμόσφαιρα του πλανήτη, τη θερμοκρασία του μητρικού τους αστέρα, καθώς και τη θερμοκρασία του πλανήτη.

Ο Pepe δήλωσε στον ιστότοπο Seeker ότι η φασματοσκοπία  χρησιμοποιείται εδώ και καιρό από τους παρατηρητές του ουρανού τους λεγόμενους stargazers. "Δεν ανακαλύπτουμε ξανά ή κάνουμε κάτι εντελώς νέο, απλώς προσπαθούμε να το κάνουμε καλύτερα από πριν", δήλωσε.

Ο Pepe και η ομάδα του στο Ευρωπαϊκό Νότιο Αστεροσκοπείο χρησιμοποιούν το ESPRESSO, το Echelle SPectrograph for Rocky Exoplanet and Stable Spectroscopic Observations , για τη συλλογή δεδομένων από τις εγκαταστάσεις του πολύ μεγάλου τηλεσκοπίου (Very Large Telescope) που βρίσκεται στην έρημο της Ατακάμα στη βόρεια Χιλή.

Το σήμα ένα εξωπλανήτη που φτάνει στη Γη είναι τόσο αχνό, είπε ο φυσικός Francesco Pepe, που ακόμη και ο ίδιος δυσκολεύεται να το κατανοήσει. Για να ανιχνεύσει μια ποσότητα φωτός ενός πλανήτη, ο φασματογράφος απαιτεί μια ανάλυση δύο φορές καλύτερη από την καλύτερη φωτογραφική μηχανή, των 100 megapixels, η οποία θα πρέπει να είναι τοποθετημένη μέσα σε κενό στους -130 ° C έτσι ώστε το όργανο να διατηρείται σταθερό, και να διοχετεύεται σε αυτό το εισερχόμενο φως μέσω των οπτικών ινών, οι οποίες έχουν πάχος όσο μια ανθρώπινη τρίχα.    

Ο Pepe και η ομάδα του ενεργοποίησαν το ESPRESSO τον περασμένο Δεκέμβριο, αλλά χρειάζονται αρκετούς μήνες για να τελειοποιήσουν το φασματογράφο, πριν αρχίσουν μια σοβαρή πλανητική έρευνα τον προσεχή Οκτώβριο. "Πρέπει να τεκμηριώσουμε τις επιδόσεις στις οποίες δεν έχει φτάσει καμία άλλη φωτογραφική μηχανή στο παρελθόν," είπε ο Pepe. "Πραγματικά δεν υπάρχει καμία σύγκριση με οτιδήποτε άλλο."

Τρία από τα μεγάλα ονόματα στην εξερεύνηση του διαστήματος - η NASA, η ESA και η Καναδική Διαστημική Υπηρεσία - θα συλλέξουν επίσης δεδομένα φασματογραφίας χρησιμοποιώντας το τηλεσκόπιο επόμενης γενιάς, που είναι το διαστημικό τηλεσκόπιο James Webb, το οποίο θα εκτοξευτεί, τελικά αν όλα πάνε καλά, την άνοιξη του 2019. Το τηλεσκόπιο είναι 100 φορές πιο ισχυρό από τον προκάτοχό του, το διαστημικό τηλεσκόπιο Hubble, και θα είναι σε θέση να δει μέσα από σχεδόν αδιαφανή σύννεφα σκόνης στο διάστημα.

Ο Tony Del Genio,  επιστήμονας κλιματολογίας στο  Goddard Institute for Space Studies στη NASA, δήλωσε ότι η αναζήτηση εξωπλανητών κατάλληλων για κατοίκηση, σημαίνει ότι θα πρέπει να χρησιμοποιήσουμε τη γνώση την οποία διαθέτουμε για τον μοναδικό κατοικημένο πλανήτη που γνωρίζουμε... τη Γη.

"Μόλις αρχίσουμε να μιλάμε για τη προσπάθεια που πρέπει να γίνει έτσι ώστε να καταλάβουμε τι τύποι πλανητών από τις χιλιάδες που έχουν ανακαλυφθεί θα μπορούσε να φιλοξενήσει ζωή, τότε η συζήτηση θα μετακινηθεί μακριά από την καθαρή και συνηθισμένη αστρονομία", δήλωσε ο Del Genio στον ιστότοπο Seeker.

Ο Del Genio έχει περάσει μεγάλο μέρος της καριέρας του, προσομειώνοντας, μοντελοποιώνοντας τις επιπτώσεις των αερίων του θερμοκηπίου και των αερολυμάτων στη γήινη ατμόσφαιρα. Η μοντελοποίηση αυτή είναι χρήσιμη για την προβολή των επιπτώσεων της ανθρωπογενούς υπερθέρμανσης του πλανήτη, αλλά μπορεί επίσης να βοηθήσει στην εκτίμηση των ατμοσφαιρικών συνθηκών σε έναν άλλο πλανήτη. "Κάνουμε την ίδια ερώτηση αλλά με διαφορετικό τρόπο", δήλωσε ο Del Genio.

Τίποτα δεν θα σκοτώσει τη ζωή

Πολλοί πλανήτες θα μπορούσαν να εξαιρεθούν από έναν κατάλογο κατοικήσιμων εξωπλανητών λόγω των ακραίων συνθηκών που επικρατούν στο διάστημα.
Από τους λίγους πλανήτες που μπορεί να είναι βιώσιμοι υποψήφιοι για ζωή, πολλοί από αυτούς περιστρέφονται γύρω από ερυθρούς νάνους αστέρες, επίσης γνωστούς και ως αστέρια Μ**. Οι ερυθροί νάνοι είναι πιο αμυδροί και ψυχρότεροι από τον ήλιο μας, έτσι οι εξωπλανήτες μπορούν να περιστρέφονται σε κοντινές σε αυτούς τους αστέρες τροχιές χωρίς να υπερθερμαίνονται.   

Τα αστέρια αυτά είναι νεαρά, ωστόσο, είναι επιρρεπή σε αστρικές εκλάμψεις και ισχυρό ηλιακό άνεμο, ο οποίος μπορεί να προξενήσει σοβαρές ζημιές, καθώς και να διαβρώσει την ατμόσφαιρα ενός πλανήτη. Και χωρίς ατμόσφαιρα, ένας οποιοσδήποτε πλανήτης δεν διαθέτει πλέον τις συνθήκες για να συγκρατήσει νερό, οξυγόνο και άζωτο, που χρειάζονται για να αναπτυχθεί η ζωή.

"Πολλοί από αυτούς τους πλανήτες των αστέρων φασματικού τύπου M, που πεισματικά είμαστε πολύ ενθουσιασμένοι μαζί τους, θα αποδειχθούν ότι δεν έχουν καθόλου ατμόσφαιρα ", δήλωσε ο del Genio.

Τα αστέρια τύπου M εκπέμπουν επίσης ακτίνες Χ ή υπεριώδη ακτινοβολία, τα οποία με τη σειρά τους μπορούν να βλάψουν ή να σκοτώσουν οποιαδήποτε μορφή ζωής που μπορεί ενδεχομένως να υπάρχει πάνω σε ένα εξωπλανήτη. Χωρίς μια πυκνή ατμόσφαιρα, η ζωή κινδυνεύει ακόμη περισσότερο από τη θανατηφόρα ραδιενέργεια του διαστήματος.

Η λύση, δήλωσε ο Del Genio, είναι να αναζητήσουμε πλανήτες που περιστρέφονται γύρω από θερμότερα και μεγαλύτερα αστέρια φασματικού τύπου G ή αστέρια που είναι παρόμοια με τον ήλιο μας. Οι πλανήτες που περιστρέφονται γύρω από θερμότερα αστέρια μπορούν να βρίσκονται μακρύτερα, απορροφώντας αρκετή θερμότητα για να διατηρήσουν ζωή, αλλά σε τροχιά αρκετά μακριά για να αποφύγουν οποιαδήποτε επίθεση της αστρικής δραστηριότητας που προέρχεται από το άστρο τους συστήματός τους.

Ωστόσο, είναι πιο δύσκολο να ανιχνεύσουμε έναν μικρό πλανήτη που περιφέρεται σε τροχιά γύρω από ένα αστέρι Φ.Τ.  G. Επειδή αυτά τα αστέρια είναι μεγαλύτερα και φωτεινότερα, η ελάττωση, η βύθιση όπως λέγεται  στο φως που μετράται με φωτομετρία διέλευσης, θα ήταν εξαιρετικά μικρή. Επιπλέον, επειδή ένας δυνητικά κατοικήσιμος πλανήτης βρίσκεται μακρύτερα από το μητρικό του άστρο, η τροχιά του είναι μεγαλύτερη, και συνεπώς θα περάσει μπροστά από το αστέρι του λιγότερο συχνά, θα κάνει δηλαδή λιγότερες πλανητικές διελεύσεις.

"Θα υποστήριζα ότι δεν έχουμε βρει ακόμα έναν πλανήτη που να είναι ένας σπουδαίος υποψήφιος για να φιλοξενήσει ζωή", δήλωσε ο Del Genio. "Ο λόγος για αυτό είναι ότι οι τρέχουσες τεχνικές παρατήρησης δεν είναι κατάλληλες για την εύρεση πλανητών που θα είναι οι καλύτεροι υποψήφιοι να φιλοξενήσουν ζωή."

Η εύρεση και ο χαρακτηρισμός των πλανητών που περιφέρονται σε τροχιά γύρω από αστέρες Φ.Τ.  G θα απαιτούσε τη τοποθέτηση ένας πολύ μεγάλου τηλεσκοπίου στο διάστημα, το οποίο να διαθέτει ένα όργανο, γνωστό ως Στεμματογράφος (coronograph), έτσι ώστε να εμποδίσει το μεγαλύτερο μέρος του φωτός του αστεριού. Η τεχνολογία αυτή δεν θα είναι διαθέσιμη για τουλάχιστον άλλες δύο δεκαετίες, δήλωσε ο Del Genio.

Τοποθετώντας όλα τα του κομμάτια παζλ μαζί

Σε αντίθεση με την λεγόμενη  κούρσα του διαστήματος που επικρατούσε στο παρελθόν, η αναζήτηση εξωπλανητών που μοιάζουν με τη Γη είναι μια πάρα πολύ συνεργατική προσπάθεια.

Η Isaak είπε ότι καμία αποστολή δεν έχει την απάντηση στην εξεύρεση κατοικήσιμων πλανητών. "Ανάλογα με τη μέθοδο που χρησιμοποιείτε, θα είστε προκατειλημμένοι προς ένα συγκεκριμένο είδος ανακάλυψης", δήλωσε. "Χρειάζεστε διαφορετικές αποστολές με διαφορετικές επισημάνσεις για να μπορέσετε να κάνετε διαφορετικούς τύπους χαρακτηρισμών. Μοιάζει σαν το καπέλο ενός ταχυδακτυλουργου που είναι όλο εκπλήξεις. "

Οι ερευνητές μοιράζονται πληροφορίες για εξωπλανήτες, τα οποία συλλέγονται από διάφορες αποστολές μέσω  ηλεκτρονικών αρχείων που υπάρχουν στο διαδίκτυο, τα οποία επιτρέπουν στους επιστήμονες και τους μηχανικούς να μάθουν ο ένας από τον άλλο. Η συνεργασία επιτρέπει στους ερευνητές να πάνε λίγο πίσω στο παρελθόν, και να επανεξετάσουν δεδομένα από προηγούμενες αποστολές. Για παράδειγμα, ένα πρόγραμμα εκμάθησης μηχανών ανακάλυψε πρόσφατα νέους πλανήτες - τους Kepler-80g και Kepler-90i - που προηγουμένως είχαν παραβλεφθεί από τους ερευνητές !

Ορισμένες αποστολές, όπως το CHEOPS, αφιερώνουν ένα μέρος του χρόνου τους στο διάστημα σε ερευνητές εκτός μεγάλων οργανισμών, όπως η NASA και η ESA. Οι επιστήμονες μπορούν να υποβάλλουν ερευνητικές προτάσεις στην ESA και στο Swiss Space Office, και, εάν έχουν επιλεγεί, έχουν την ευκαιρία να συλλέγουν δεδομένα - εφόσον τα όργανα του δορυφόρου μπορούν να τα μετρήσουν. "Αποτελεί μια συναρπαστική ευκαιρία για την κοινότητα", δήλωσε ο Isaak ,

Ο Del Genio συμφώνησε. "Υπάρχει κάτι πιο βαθύ", είπε. "Οι άνθρωποι συνειδητοποιούν ότι γνωρίζοντας ότι υπάρχει ζωή και αλλού είναι πραγματικά κάτι θεμελιώδες, το οποίο πρέπει να γνωρίσουμε και να θέλουμε να το γνωρίσουμε".

* Τον όρο τον αποδίδουμε στα Ελληνικά με κάθε επιφύλαξη μιας και δεν βρήκαμε στο διαδίκτυο ονομασία του στα Ελληνικά. Εαν κάποιος αναγνώστης έχει την επίσημη απόδοση παρακαλώ ενημερώστε μας στο gikasd63@hotmail.com

**Μ σημαίνει φασματικός τύπος αστέρα Μ

Απο τον :  


Ενημερωθείτε για θέματα Αστρονομίας και Επιστήμης στις ομάδες μας στο Facebook:

Πηγές υπάρχουν επίσης και στις παραπομπές του κειμένου (οι λέξεις με τα μπλε γράμματα)

Απόδοση στα Ελληνικά : Δημήτρης Γκίκας.
 Για διορθώσεις μετάφρασης ως προς το πρότυπο κείμενο, απορίες, ή συμπληρώματα, γράψτε μας: gikasd63@hotmail.com  η αφήστε μήνυμα inbox στη Σελίδα:

 Επίσης εάν θέλετε να δημοσιευτεί στο μπλόγκ μας κάποια δική σας εργασία, άρθρο, ή paper σχετικά με την επιστήμη, αποστείλατε τα άρθρα αυτά συνοδευόμενα απαραίτητα από τη σχετική βιβλιογραφία, και την σχετική έντυπη άδεια σας για δημοσίευση στο μπλόγκ μας, στη διεύθυνση: gikasd63@hotmail.com  . Η δημοσίευση είναι εντελώς δωρεάν.

Εάν, κατά την άποψή σας, υπάρχουν επιστημονικά λάθη στο πρότυπο κείμενο η ομάδα μας δεν μπορεί να παρέμβει και να το αλλάξει χωρίς την συναίνεση του αρθρογράφου. Για οποιαδήποτε τέτοια αλλαγή επικοινωνήστε με την πηγή του άρθρου.

 Το κείμενο υπόκειται σε επικαιροποίηση αν υπάρξουν έγκυρες διορθώσεις ή νέα στοιχεία που αφορούν το θέμα του άρθρου. 

Για την ομάδα : @Aratosastronomy