Αδέσποτοι πλανήτες!

Καλλιτεχνική απεικόνιση «αδέσποτου» πλανήτη

Πριν από 11 χρόνια μια ομάδα ισπανών αστρονόμων είχε αναγγείλει την ανακάλυψη ελεύθερων πλανητών, δηλαδή πλανητών οι οποίοι δεν περιφέρονται γύρω από κάποιο αστέρι αλλά κινούνται ελεύθερα στον μεσοαστρικό χώρο. Αυτή η ανακοίνωση είχε γίνει τότε δεκτή με σκεπτικισμό επειδή η ύπαρξη τέτοιου είδους ουράνιων σωμάτων δεν προβλεπόταν από τις κρατούσες θεωρίες. Πριν από λίγες ημέρες όμως δημοσιεύθηκαν τα αποτελέσματα μιας νέας έρευνας, η οποία όχι μόνο επιβεβαίωσε οριστικά την ύπαρξη ελεύθερων πλανητών, αλλά κατέληξε και στο σχεδόν απίστευτο συμπέρασμα ότι ο αριθμός τους είναι ασύλληπτα μεγάλος. Φαίνεται ότι οι πλανήτες αυτοί είναι δύο φορές περισσότεροι από τα αστέρια, που σημαίνει ότι μόνο στον Γαλαξία μας υπάρχουν 400 δισεκατομμύρια ελεύθεροι πλανήτες! Πέρα από τη μεγάλη σημασία αυτής της ανακάλυψης για τις θεωρίες δημιουργίας πλανητικών συστημάτων, πολλοί ήδη άρχισαν να σκέπτονται ότι η φύση έχει φτιάξει, πριν από εμάς, το «τέλειο» διαστημόπλοιο για την εξερεύνηση και τον αποικισμό του Σύμπαντος.

Ανατροπή στη δημιουργία πλανητών

Η Αστρονομία είναι μια επιστήμη γεμάτη ανατροπές. Η πιο πρόσφατη έχει να κάνει με τον τρόπο που δημιουργούνται οι πλανήτες, δηλαδή ουράνια σώματα πολύ μικρότερα από αστέρια, η εσωτερική πίεση και θερμοκρασία των οποίων δεν επαρκούν για να συντηρήσουν θερμοπυρηνικές αντιδράσεις. Ως πριν από λίγο καιρό διδάσκαμε στους φοιτητές μας ότι οι πλανήτες δημιουργούνται από το υλικό που «περισσεύει», μετά τη δημιουργία ενός αστεριού, και έτσι αναγκαστικά περιφέρονται γύρω από το «μητρικό» αστέρι. Η πρόσφατη ανακοίνωση μιας πολυπληθούς ομάδας αστρονόμων για την οριστική επιβεβαίωση της ύπαρξης ελεύθερων πλανητών ήρθε να ανατρέψει αυτή τη θεωρία.

Ελεύθερος πλανήτης είναι ένα ουράνιο σώμα παρόμοιο σε μέγεθος με τους πλανήτες του ηλιακού μας συστήματος, το οποίο όμως δεν «ανήκει» σε κάποιο αστέρι, με την έννοια ότι περιφέρεται γύρω από αυτό, αλλά περιπλανάται «ελεύθερο» στον μεσοαστρικό χώρο. Η πρώτη ανακοίνωση για την ύπαρξη ελεύθερων πλανητών είχε γίνει το 2000 από μια ομάδα ισπανών αστρονόμων που είχαν χρησιμοποιήσει κλασικές φωτογραφικές μεθόδους για να αποτυπώσουν αμυδρά αντικείμενα με μάζα λίγες φορές μεγαλύτερη από τη μάζα του Δία, του μεγαλύτερου πλανήτη του ηλιακού μας συστήματος. Για να γίνει αποδεκτή όμως μια τόσο σημαντική ανατροπή χρειάζεται επιβεβαίωση με άλλη, ανεξάρτητη μέθοδο.

Περιοχή στο νεφέλωμα του Αετού, όπου είναι πιθανό ότι μαζί με τα αστέρια δημιουργούνται και ελεύθεροι πλανήτες



Η μέθοδος του βαρυτικού μικρο-φακού

Η πιο σύγχρονη και κατάλληλη για τον σκοπό αυτό μέθοδος είναι το φαινόμενο του βαρυτικού μικρο-φακού (microlensing), που ανιχνεύει ένα σώμα με άλλη μέθοδο και όχι από το φως που αυτό εκπέμπει. Σύμφωνα με τη Γενική Θεωρία Σχετικότητας, ένα σώμα, είτε φωτεινό είτε σκοτεινό, που τυχαίνει να βρίσκεται στην ευθεία η οποία ενώνει το μάτι μας με μια μακρινή φωτεινή πηγή, εστιάζει το φως της πηγής, όπως ένας αμφίκυρτος φακός συγκεντρώνει το ηλιακό φως. 

Για τον λόγο αυτό το πλησιέστερο σώμα ονομάζεται βαρυτικός φακός. Αν ο φακός έχει μάζα όση ένας γαλαξίας ή ένα σμήνος γαλαξιών, τότε είναι δυνατό να παρατηρήσουμε την εικόνα της μακρινής πηγής που αυτός προβάλλει. Αν ο φακός έχει μάζα όση ένα αστέρι ή ένας πλανήτης, τότε δεν μπορούμε να δούμε την εικόνα της πηγής, όμως μπορούμε να παρατηρήσουμε την απότομη αύξηση της λαμπρότητάς της που προκαλείται από την εστίαση της ακτινοβολίας της. Ανάλογα με τη μάζα του φακού και την ταχύτητα με την οποία αυτός κινείται, η αναλαμπή αυτή της πηγής μπορεί να διαρκέσει μερικές ώρες ή ημέρες.

Τη διετία 2006-2007 η ερευνητική ομάδα MAO (Microlensing Observations in Astrophysics) παρατηρούσε συστηματικά το κέντρο του Γαλαξία μας με σκοπό την καταγραφή αναλαμπών που οφείλονται σε ελεύθερους πλανήτες. Κατά τη διάρκεια των παρατηρήσεων καταγράφηκαν αρκετές εκατοντάδες αναλαμπές αυτού του είδους, πολλές από τις οποίες επιβεβαιώθηκαν στη συνέχεια από την ερευνητική ομάδα OGLE (Optical Gravitational Lensing Experiment). Η στατιστική ανάλυση αυτών των γεγονότων, που ολοκληρώθηκε μόλις πρόσφατα, οδήγησε στο συμπέρασμα ότι στον Γαλαξία μας υπάρχουν ελεύθεροι πλανήτες, στο μέγεθος του Δία, ο αριθμός των οποίων είναι διπλάσιος από τον αριθμό των αστέρων του Γαλαξία. Επειδή ο αριθμός των αστέρων είναι 200 δισεκατομμύρια, ο αριθμός των ελεύθερων πλανητών του Γαλαξία μας είναι 400 δισεκατομμύρια. Ανάλογος αριθμός θα πρέπει να υπάρχει και στα υπόλοιπα 200 δισεκατομμύρια γαλαξίες που υπάρχουν στο ορατό από εμάς Σύμπαν.

Οταν η φαντασία γίνεται πραγματικότητα

Αξίζει να σημειωθεί ότι η ύπαρξη ελεύθερων πλανητών είχε προταθεί ήδη το 1932 στη νουβέλα επιστημονικής φαντασίας Οταν συγκρούονται οι πολιτισμοί των Philip Wylie και Edwin Balmer. Μετά όμως την πρώτη ανακοίνωση παρατήρησης τέτοιου είδους ουράνιων σωμάτων το 2000, η σκυτάλη πέρασε στους επιστήμονες. Πολλοί από αυτούς δοκίμασαν να υπολογίσουν την πιθανότητα της διατήρησης ζωής σε έναν ελεύθερο πλανήτη καθώς και την πιθανότητα σύλληψης ενός ελεύθερου πλανήτη από ένα προϋπάρχον πλανητικό σύστημα, παρόμοιο με τις εκατοντάδες που έχουν ήδη ανακαλυφθεί τα τελευταία χρόνια. 

Ετσι αρκετοί αστροβιολόγοι έδειξαν ότι η γεωθερμική ενέργεια ενός ελεύθερου πλανήτη με πυκνή ατμόσφαιρα μπορεί να διατηρεί επιφανειακή θερμοκρασία στην οποία διάφοροι διαλύτες βιολογικής σημασίας (όπως π.χ. το νερό) βρίσκονται σε υγρή μορφή, ενώ η ερευνητική ομάδα Δυναμικής του Πανεπιστημίου Θεσσαλονίκης έδειξε ότι η πιθανότητα σύλληψης ενός ελεύθερου πλανήτη από ένα πλανητικό σύστημα δεν είναι καθόλου αμελητέα. Αρα η μεταφορά ζωής, ή και ακόμη-ακόμη αποικιών, μέσω ελεύθερων πλανητών από ένα πλανητικό σύστημα σε ένα άλλο δεν φαίνεται να αποκλείεται στο απώτερο μέλλον.

* Ο Χάρης Βάρβογλης είναι καθηγητής του Τμήματος Φυσικής του ΑΠΘ.

Η Γαία σε αναζήτηση των άστρων!

Καλλιτεχνική απεικόνιση του διαστημόπλοιου Gaia στο Διάστημα

Στις αρχές της δεκαετίας του 1970 μαθαίναμε στο Πανεπιστήμιο ότι, ως εκείνη την εποχή, οι αστρονόμοι είχαν καταφέρει να μετρήσουν τις αποστάσεις περίπου χιλίων αστέρων, και ο αριθμός αυτός εθεωρείτο εντυπωσιακά μεγάλος. Σε δύο χρόνια από σήμερα ο Ευρωπαϊκός Οργανισμός Διαστήματος (ESA) πρόκειται να εκτοξεύσει τη διαστημική αποστολή Gaia, η οποία θα υπολογίζει τις αποστάσεις ενός εκατομμυρίου αστέρων την ημέρα! Η Αστρονομία μπαίνει για τα καλά στην εποχή της μαζικής παραγωγής.

Οταν μιλά το φως

Ο μοναδικός φορέας πληροφοριών για όλα τα αστέρια που υπάρχουν στο Σύμπαν είναι το φως τους. Από το φως αυτό, που συλλέγουν τα τηλεσκόπιά μας, μπορούμε από τη μια πλευρά να εντοπίσουμε την απόσταση του κάθε αστεριού και από την άλλη να υπολογίσουμε τα φυσικά χαρακτηριστικά του, όπως είναι για παράδειγμα η ακτίνα του, η θερμοκρασία του και η χημική του σύσταση. Για τον σκοπό αυτόν χρειάζεται να καταγράψουμε, με όσο το δυνατόν μεγαλύτερη ακρίβεια, αφενός τη θέση του αστέρα με ένα τηλεσκόπιο, αφετέρου το φάσμα του με τη βοήθεια ενός φασματογράφου. Στη συνέχεια από μεν τη θέση σε δύο διαφορετικές ημερομηνίες βρίσκουμε την απόστασή του (ή την παράλλαξη, όπως λέμε στην Αστρονομία), από δε το φάσμα τα φυσικά χαρακτηριστικά του.

Η προσπάθεια των αστρονόμων για καταγραφή αυτών των στοιχείων ξεκίνησε ουσιαστικά μετά την εφεύρεση της φωτογραφίας, δηλαδή στα μέσα του 19ου αιώνα. Ηταν όμως μια πολύ αργή και κοπιώδης διαδικασία, αφού απαιτούσε επανειλημμένες μετρήσεις εξαιρετικά υψηλής ακρίβειας. Για παράδειγμα, ως τα τέλη του 20ού αιώνα, δηλαδή σε διάστημα 120 ετών, είχαμε μετρήσει τις αποστάσεις 1.000 αστέρων, και ο αριθμός αυτός εθεωρείτο μεγάλο επίτευγμα. Στα 1989 όμως εκτοξεύθηκε το διαστημικό τηλεσκόπιο Hipparcos (αρκτικόλεξο των λέξεων High precision parallax collecting satellite, δηλαδή δορυφόρος που συγκεντρώνει παραλλάξεις υψηλής ακρίβειας) και από τότε μπήκαμε στη «βιομηχανική» εποχή των αστρονομικών μετρήσεων.

Ο Hipparcos κατάφερε να μετρήσει, σε διάστημα μόλις τεσσάρων ετών, τις αποστάσεις 100.000 αστέρων. Η μεγάλη αυτή επανάσταση δεν έγινε αντιληπτή από το ευρύ κοινό, εντυπωσίασε όμως την αστρονομική κοινότητα και έδωσε την αφορμή για τον σχεδιασμό ακόμη πιο φιλόδοξων διαστημικών αποστολών. Αποτέλεσμα αυτής της προσπάθειας είναι η αποστολή Gaia, η οποία αναμένεται να εκτοξευθεί στα τέλη του 2013.


Τέσσερις από τους 106 συνολικά ανιχνευτές CCD του Gaia, διακριτικής ικανότητας 8,8 megapixel ο καθένας. Δίπλα ένα νόμισμα των 2 ευρώ ως μέτρο σύγκρισης


Η νέα αποστολή

Το όνομα Gaia είναι και αυτό αρκτικόλεξο και προέρχεται από τις λέξεις Global astrometric interferometer for astrophysics (Παγκόσμιο Αστρομετρικό Συμβολόμετρο για την Αστροφυσική). Κατά τη διάρκεια του σχεδιασμού της αποστολής αποφασίστηκε η μέτρηση των θέσεων των αστέρων να γίνει με άλλη μέθοδο και όχι με συμβολομετρία, το όνομα της αποστολής όμως δεν άλλαξε, επειδή θεωρείται πολύ επιτυχημένο (παραπέμπει στην αρχαία ελληνική θεότητα Γαία, μητέρα και σύζυγο του Ουρανού). Η Gaia θα μετράει με απαράμιλλη ακρίβεια τις θέσεις και τις αποστάσεις ενός εκατομμυρίου αστέρων την ημέρα! Ο τρόπος με τον οποίο θα πετύχει αυτοματοποιημένα το ασύλληπτο αυτό αποτέλεσμα είναι πραγματικά πολύ ενδιαφέρων. Είναι ένας αρμονικός συνδυασμός οργάνων εξαιρετικής ακρίβειας, με εξελιγμένους ηλεκτρονικούς υπολογιστές και με ραδιοφωνικούς πομπούς μεγάλης ταχύτητας αποστολής δεδομένων.

Το διαστημόπλοιο θα μεταφέρει δύο τηλεσκόπια, τοποθετημένα περίπου σε ορθή γωνία, και θα ακολουθεί τροχιά γύρω από τον Ηλιο, στην προέκταση της ακτίνας που ενώνει τον Ηλιο με τη Γη. Στη διεύθυνση αυτή υπάρχει ένα σημείο, σε απόσταση 1,5 εκατομμυρίων χιλιομέτρων από τη Γη, το δεύτερο σημείο του Lagrange (L2), όπου τα αντικείμενα περιφέρονται γύρω από τον Ηλιο μία φορά τον χρόνο, έτσι ώστε από τη Γη φαίνονται σαν να είναι ακίνητα. Το διαστημόπλοιο προβλέπεται να περιστρέφεται γύρω από τον άξονά του, που είναι κάθετος στη διεύθυνση των τηλεσκοπίων, μία φορά κάθε έξι ώρες, με αποτέλεσμα τα δύο τηλεσκόπια να «σαρώνουν» μια στενή λωρίδα του ουρανού.

Σε διαδοχικές περιστροφές θα σαρώνονται ελαφρά διαφορετικές λωρίδες, επειδή ο άξονας περιστροφής θα αλλάζει αργά κατεύθυνση, λόγω του συνδυασμού των έλξεων της Γης και του Ηλιου στο διαστημόπλοιο, ολοκληρώνοντας έναν κύκλο κάθε 63 ημέρες. Το φαινόμενο αυτό είναι γνωστό από την αντίστοιχη κίνηση του άξονα της Γης, ο οποίος εκτελεί μια κυκλική κίνηση με ρυθμό μία περιστροφή κάθε 26.000 χρόνια, λόγω του συνδυασμού των έλξεων του Ηλιου και της Σελήνης.

Ενα νόμισμα στη Σελήνη

Τα τηλεσκόπια του Gaia έχουν μιαν απίστευτη ακρίβεια καταγραφής των θέσεων των αστέρων. Ο σχεδιασμός τους είναι τέτοιος ώστε θα μπορούν να διακρίνουν από τη Γη ένα νόμισμα του 1 ευρώ στη Σελήνη! Αυτή η ακρίβεια είναι 1.000 φορές καλύτερη από την ακρίβεια του γνωστού σε όλους μας τηλεσκόπιου Hubble. Η αποστολή Gaia θα μετρήσει τελικά όχι μόνο τις θέσεις και τις αποστάσεις ενός δισεκατομμυρίου αστέρων, δηλαδή το 1% του πληθυσμού του Γαλαξία μας, αλλά και τις θέσεις άλλων γαλαξιών, καθώς και πολλών αντικειμένων του ηλιακού συστήματος, κυρίως αστεροειδών. Μεταξύ άλλων, αναμένεται να ανακαλύψει κάπου 15.000 πλανήτες άλλων πλανητικών συστημάτων, πέρα από το δικό μας ηλιακό σύστημα, και να ελέγξει τις προβλέψεις της Γενικής Θεωρίας της Σχετικότητας, παρατηρώντας την καμπύλωση του φωτός των απομακρυσμένων αστέρων από το βαρυτικό πεδίο του Ηλιου. 

Παράλληλα θα καταγράψει και μια χονδροειδή μορφή του φάσματος όλων αυτών των αντικειμένων, έτσι ώστε στο τέλος της αποστολής, γύρω στο 2019, να έχει ολοκληρωθεί μια επανάσταση στην Παρατηρησιακή Αστρονομία. Η κοπιαστική και αργή καταγραφή με προσωπική δουλειά της θέσης και των φασμάτων των αστέρων, η οποία παλαιά δημοσιευόταν σε περιοδικά και βιβλία, θα έχει αντικατασταθεί από την αυτοματοποιημένη μαζική παραγωγή ενός απίστευτου όγκου πληροφοριών. Οι πληροφορίες αυτές θα πρέπει, αναγκαστικά, να επεξεργάζονται και να αποθηκεύονται μόνο ηλεκτρονικά, χωρίς την επέμβαση του ανθρώπινου παράγοντα, αφού για την έντυπη δημοσίευσή τους θα χρειάζονταν 160.000 τόμοι. Στην ανάλυση των αποτελεσμάτων θα συμμετάσχουν ομάδες από τα Πανεπιστήμια Αθηνών και Θεσσαλονίκης, το Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο και το Εθνικό Αστεροσκοπείο.

*Ο Χάρης Βάρβογλης είναι καθηγητής του Τμήματος Φυσικής του ΑΠΘ.