Η αποστολή Kepler ίσως βρει το Άγιο Δισκοπότηρο των αστρονόμων

Πηγή: space.com, 19 Ιουνίου 2008

Το Άγιο Δισκοπότηρο των αστρονόμων - να βρεθεί δηλαδή πλανήτης στο μέγεθος της Γη και σε μια κατοικήσιμη ζώνη του μητρικού του άστρου - αναμένει την αποστολή Kepler της NASA.

Για την ανακάλυψη των εξωπλανητών ασχολούνται σήμερα περίπου 60 αστεροσκοπεία και αστροφυσικά κέντρα σ' ολόκληρο τον κόσμο. Σε μερικούς μήνες, η NASA σχεδιάζει την αποστολή Kepler, ένα διαστημικό αστεροσκοπείο με ένα από τα πιο ευαίσθητα φωτόμετρα στη διάθεσή του που έχει σκοπό να μελετήσει 100.000 άστρα της Κύριας Ακολουθίας σε μία περίοδο κοντά τεσσάρων ετών.

Η έρευνά του έχει ως στόχο να αποδείξει ότι τα περισσότερα άστρα της Κύριας Ακολουθίας έχουν βραχώδεις πλανήτες στην επονομαζόμενη «κατοικήσιμη ζώνη» των άστρων αυτών, ενώ κατά μέσον όρο δημιουργούνται δύο βραχώδεις πλανήτες στο μέγεθος της Γης στην περιοχή 0,5 έως 1,5 Αστρονομικές Μονάδες (η απόσταση Γης-Ηλίου που είναι ίση με περίπου 150 εκατομμύρια χιλιόμετρα). Στη διάρκεια των μελετών του το Κέπλερ αναμένεται να εντοπίσει εκατοντάδες πλανήτες 30 έως 600 φορές μικρότερης μάζας απ ό,τι έχει ο Δίας, ενώ πολλοί απ αυτούς θα έχουν παρόμοια συστατικά με τη Γη.

Το διαστημόπλοιο Kepler ξεκινά το Φεβρουάριο του 2009, 400 χρόνια μετά αφού ο Γιόχαν Κέπλερ δημοσίευσε τους δύο πρώτους του νόμους της κίνησης των πλανητών στο Astronomia Nova, η "Νέα Αστρονομίας," που για πρώτη φορά περιγράφηκε η τροχιά των πλανητών σε ελλείψεις και με διάφορες ταχύτητες γύρω από τον ήλιο. Δέκα χρόνια αργότερα, δημοσίευσε τον τρίτο του νόμο, που αφορά την περίοδο του πλανήτη στο μέσο της απόστασης του από τον ήλιο. Ο Κέπλερ χρησιμοποίησε τις ανακαλύψεις του για την πρόβλεψη των ηλιακών διελεύσεων του Ερμή και της Αφροδίτης, αλλά δεν έζησε για να τις παρατηρήσει.

Σύντομα, οι επιστήμονες της NASA με το Kepler θα στοχεύσουν τις διελεύσεις των πλανητών μπροστά από τα μητρικά τους άστρα, για να ανακαλύψουν πλανήτες περίπου στο μέγεθος της Γης σε μακρινά αστέρια. Και, γι αυτό η αποστολή αυτή ονομάστηκε έτσι προς τιμήν του Johannes Kepler.

Η αποστολή Kepler είναι ειδικά σχεδιασμένο για να ανακαλύψετε μικρούς πλανήτες γύρω από άστρα - σαν τον Ήλιο - παρατηρώντας τις διελεύσεις. Η αποστολή Kepler θα παρατηρήσει περισσότερα από 100.000 αστέρια για τουλάχιστον 3,5 χρόνια, αναζητώντας στοιχεία σχετικά για άλλους πλανήτες σαν τη Γη. Θα αποκαλυφθούν δε κατά τους πρώτους μήνες της αποστολής πολλοί καυτοί πλανήτες, που θα βρίσκονται κοντά στα άστρα τους.

Η έρευνα για πλανήτες στο μέγεθος της Γης και σε τροχιά σαν της Γης απαιτεί υπομονή, γιατί οι παρατηρήσεις αυτές πρέπει να επαναληφθούν για να επιβεβαιωθούν οι ανακαλύψεις. Αν βρισκόταν ένας εξωγήινος αστρονόμος σε ένα μακρινό ηλιακό σύστημα και έψαχνε για εμάς, τότε την διέλευση της Γης θα την έβλεπε μια φορά τον χρόνο, και γι αυτό ένας καλός αστρονόμος θα χρειαζόταν τουλάχιστον τρεις παρατηρήσεις διελεύσεων του πλανήτη μπροστά από το άστρο του, για να ανακοινώσει την ανακάλυψη. Το ίδιο ισχύει και για τους επιστήμονες του Kepler. Η επιστημονική του ομάδα θα πρέπει να ανακοινώσει τις ανακαλύψεις για πλανήτες στο μέγεθος της Γης στην κατοικήσιμη ζώνη από το 2011-2012.

Είναι μικρός χρόνος για να απαντηθεί επιτέλους το ερώτημα, "Υπάρχουν άλλοι πλανήτες σαν τη Γη σε τροχιά γύρω από μακρινούς ήλιους;" Φαίνεται ότι πλησιάζει αυτή η ημέρα και η αποστολή Kepler υπόσχεται ένα μεγάλο βήμα προς την κατεύθυνση της κατανόησης αν είμαστε μόνοι σε αυτό το τεράστιο σύμπαν.

Μία άλλη αποστολή της NASA με το ακρώνυμο SIM (Space Interferometry Mission) θα καταγράψει τη θέση και την απόσταση των άστρων του Γαλαξία μας με ακρίβεια εκατοντάδες φορές μεγαλύτερη από τις μέχρι τώρα μετρήσεις μας. Με τον τρόπο αυτό θα μπορέσουμε να εντοπίσουμε πολλούς εξωηλιακούς πλανήτες, αλλά να απαντήσουμε επίσης και σε ερωτήσεις σχετικές με την ηλικία και το επακριβές μέγεθος του Σύμπαντος.
Η αποστολή SIM οφείλει να πετάξει το 2009 και θα ακολουθεί τη γη καθώς θα περιστρέφεται γύρω από τον ήλιο για να μην επηρεάζεται από αυτήν. Σκοπός της είναι να μετρήσει την απόσταση των  άστρων με μεγάλη ακρίβεια. Θα είναι τόσο μεγάλη η ακρίβεια που θα μπορεί να επισημάνει τις βαρυτικές αλληλεπιδράσεις πάνω στο άστρο των πλανητών του. Παραδείγματος χάριν, εάν εξετάζατε τη θέση του ήλιου μας από ένα απόμακρο σημείο, θα έμοιαζε να ταλαντεύεται χάρις στη βαρύτητα του Δία, του Κρόνου, και ακόμη και της Γης. Το SIM θα είναι σε θέση να ανιχνεύσει τις αλληλεπιδράσεις ενός άστρου με πλανήτες μικρότερους της Γης. Μέσα στην επόμενη δεκαετία θα μπορέσουμε άνετα να εντοπίσουμε εκατοντάδες πλανήτες σαν τη Γη μας. Η αποστολή της NASA SIM θα μας βοηθήσει στον εντοπισμό πλανητών με κατάλληλες συνθήκες για να δημιουργηθεί πάνω τους το θαύμα της ζωής.

Η NASA σχεδιάζει κι άλλου είδους αποστολές - Ανιχνευτής Γήινων Πλανητών ή Terrestrial Planet Finder  - που θα εντοπίσουν πλέον πλανήτες σαν τη Γη μας άμεσα κι όχι με έμμεσους τρόπους όπως θα γίνει στις αρχικές αποστολές. Αυτού του είδους οι αποστολές θα ακολουθήσουν αργότερα το 2014 (TPF-A) και το 2020 (TPF-C) σε συνεργασία με παρόμοια ευρωπαϊκά προγράμματα ερευνών όπως είναι η αποστολή Darwin, που θα μελετήσει επισταμένα 1.000 από τα πλησιέστερα άστρα της γειτονιάς μας για να εντοπίσει γήινους πλανήτες και να αναλύσει την ατμόσφαιρά τους για τον εντοπισμό χημικών ενδείξεων για την ύπαρξη ζωής πάνω τους.

Αντίθετα από τις προηγούμενες αποστολές, που θα ανιχνεύσουν πλανήτες σαν τη γη έμμεσα, ο Ανιχνευτής Γήινων Πλανητών TPF θα τους 'δει' άμεσα. Σχεδιάζεται να ξεκινήσει το 2012 και θα μηδενίζει το φως από τα απόμακρα αστέρια κατά έναν παράγοντα 100.000 φορές, αποκαλύπτοντας τους πλανήτες τους. Το τελικό σχέδιο είναι ακόμα υπό μελέτη, αλλά θα μπορούσε να καταλήξει να αποτελείται από μια ομάδα διαστημικών σκαφών που θα πετά σε κλειστό σχηματισμό. Θα συγχωνεύει το φως τους για να σχηματίσουν μαζί ένα πολύ μεγαλύτερο εικονικό διαστημικό τηλεσκόπιο. Ο Terrestrial Planet Finder της NASA, θα είναι ένα τηλεσκόπιο του ορατού φωτός και μεγέθους οκτώ μέτρων.

Το TPF θα ερευνά σε μια απόσταση 50 ετών φωτός μακριά από τη γη. Όχι μόνο θα είναι σε θέση να δει τους πλανήτες στο μέγεθος της γης σε αυτές τις ζώνες, αλλά θα είναι σε θέση να αναλύσει τη σύνθεση των ατμοσφαιρών τους. Εδώ βρίσκεται το κλειδί: Το TPF θα είναι σε θέση να επισημάνει την παρουσία οξυγόνου, υδρατμού, μεθανίου και διοξειδίου του άνθρακα σε αυτούς τους πλανήτες στην κατοικήσιμη ζώνη άλλων αστεριών. Ίσως μπορέσει να βρει κάποιο ίχνος ζωής στις ατμόσφαιρες αυτών των πλανητών.

Αμέσως μόλις ξεκινήσει να λειτουργεί η αποστολή TPF, η Ευρωπαϊκή Διαστημική Υπηρεσία προγραμματίζει να προωθήσει τον Δαρβίνο της, έναν στολίσκο οκτώ ή έξι διαστημικών σκαφών που θα πετούν σε σχηματισμό για να βρουν πλανήτες στο μέγεθος της Γης, αλλά και προς αναζήτηση των χημικών υπογραφών της ζωής. Το κάθε ένα σκάφος θα φέρει ένα υπέρυθρο τηλεσκόπιο των δύο μέτρων  Εάν οι ωκεάνιοι πλανήτες πραγματικά υπάρχουν, τότε θα είναι ένας από τους στόχους τους

Ο Δαρβίνος θα είναι το ισχυρότερο διαστημικό παρατηρητήριο, παρέχοντας εικόνες με 10-πλάσια λεπτομέρεια ακόμη και από το διάδοχο του Hubble, το James Webb Space Telescope (που πρόκειται να πετάξει το 2013).

Τα άστρα είναι δισεκατομμύρια φορές φωτεινότερα από τους πλανήτες τους, έτσι ο Δαρβίνος θα λύσει αυτό το πρόβλημα με την παρατήρηση στο υπέρυθρο φάσμα, όπου αυτή η διαφορά είναι πολύ μικρότερη. Θα είναι επίσης σε θέση να ακυρώσει το φως των άστρων για να αποκαλύψει τους πολύ πιο αμυδρούς πλανήτες.

Ο Δαρβίνος θα είναι αρκετά παρόμοιος με τον Ανιχνευτή Πλανητών, που οι δύο διαστημικές υπηρεσίες θεωρούν σαν μία ενιαία αποστολή και που θα χρηματοδοτούνται και από τις δύο ομάδες.

Για την ανακάλυψη των εξωπλανητών χρησιμοποιούνται ήδη τρεις μέθοδοι

• Με τη μέτρηση της μεταβολής του χρώματος του άστρου γύρω από το οποίο περιφέρεται ο πλανήτης. Η περιφορά του πλανήτη προκαλεί μια μικρή μετατόπιση στη θέση του άστρου ως προς εμάς. Όταν αυτή η μετακίνηση γίνεται προς την κατεύθυνσή μας το φως του άστρου γίνεται (ελαφρώς) πιο μπλε ενώ όταν η γίνεται προς την αντίθετη κατεύθυνση το φως γίνεται πιο κόκκινο (αυτό το γνωστό φαινόμενο - που έχει την ίδια εξήγηση με τον ήχο του ασθενοφόρου που αλλάζει συχνότητα όταν μας προσπερνάει - λέγεται φαινόμενο Doppler ).

• Με τη μέτρηση της μεταβολής της έντασης του φωτός που εκπέμπει το άστρο καθώς ο πλανήτης περνά από μπροστά του (και επισκιάζει ένα μικρό τμήμα του). Αυτή η μέτρηση δίνει πληροφορίες για την διάμετρο του πλανήτη (αφού η σκιά έχει εξαρτάται από τη διάμετρο).

• Με τον βαρυτικό μικροεστιασμό (gravitational microlensing): όταν ένα λαμπρό άστρο περνάει πίσω από το άστρο του εξωπλανήτη, το φως του λαμπρού άστρου καμπυλώνεται εξαιτίας του βαρυτικού πεδίου του άστρου του εξωπλανήτη (διότι το φως ακολουθεί τον συντομότερο δρόμο από το ένα σημείο στο άλλο, αλλά ας μην μπούμε σε λεπτομέριες). Έτσι σχηματίζεται ένας δίσκος από “είδωλα” του λαμπρού άστρου. Αν υπάρχει εξωπλανήτης αυτά τα είδωλα είναι στρεβλωμένα εξαιτίας του βαρυτικού πεδίου του πλανήτη.