Μήπως τα κενά στην βαρύτητα παρέχουν καταφύγιο σε πλανητικούς δολοφόνους;

Πηγή: New Scientist, 18 Φεβρουαρίου 2009

Είναι κάποιες θέσεις στο διάστημα χωρίς καμιά βαρύτητα, περιοχές έκτασης εκατομμυρίων χιλιομέτρων, στις οποίες οι ουράνιες δυνάμεις συνωμοτούν για να εξουδετερώσουν την βαρύτητα και έτσι παγιδεύουν οτιδήποτε πέφτει μέσα σε αυτές. Βρίσκονται γύρω από την Γη, η μία θέση μπροστά από τον πλανήτη μας και η άλλη ακολουθεί πίσω της. Οι αστρονόμοι τις ονομάζουν σημεία Lagrange, ή L4 και L5 για συντομία. 

Σε 4,5 δισεκατομμύρια χρόνια μετά το σχηματισμό του ηλιακού συστήματος, τα πάντα, από νέφη σκόνης έως κρυμμένοι αστεροειδείς και πλανήτες μπορεί να έχουν συσσωρευτεί εκεί πάνω. Ορισμένοι έχουν κάνει εικασίες ακόμα και ότι μας παρακολουθούν από τα σημεία Lagrange εξωγήινα διαστημόπλοια, αναζητώντας για σημάδια νοημοσύνης.

Βάζοντας προς το παρόν στην άκρη τα μικρά πράσινα ανθρωπάκια, ακόμη και η παρουσία παλιών διαστημικών βράχων θα ήταν αρκετή για να κάνει τους ανθρώπους πιο ευτυχείς. "Νομίζω πως σίγουρα θα μπορούσε να βρεθεί ένας ολόκληρος πληθυσμός αντικειμένων στα σημεία L4 και L5", λέει ο Richard Gott αστροφυσικός του Πανεπιστημίου Πρίνσετον.

Μετά από σχεδόν έναν αιώνα συλλογισμών είμαστε στα πρόθυρα να μάθουμε τι κρύβεται εκεί μια για πάντα. Μέσα σε αυτή την χρονιά, δύο διαστημικά οχήματα που αυτή την εποχή μελετούν τον Ήλιο θα ξεκινήσουν το αργό ταξίδι τους μέσω των L4 και L5.

Οι επιστήμονες πρόκειται να χρησιμοποιήσουν τα όργανα που είναι μέσα στα σκάφη STEREO Α και Β της NASA  για την αναζήτηση τυχόν ουράνιων αντικειμένων που βρίσκονται στα Λαγκρατζιανά σημεία. Έτσι θα μάθουμε πολλά για το πώς σχηματίστηκε το ηλιακό μας σύστημα, για την τεράστια σύγκρουση που σχημάτισε το φεγγάρι, και για να δούμε αν υπάρχει περίπτωση για μια άλλη μεγάλη σύγκρουση.

Τα Λαγκρατζιανά σημεία ανακαλύφθηκαν για πρώτη φορά το 1772 από τον μαθηματικό Joseph-Louis Lagrange. Ο ίδιος υπολόγισε ότι το πεδίο βαρύτητας της Γης εξουδετερώνει τη βαρυτική έλξη του ήλιου σε πέντε περιοχές στο διάστημα, οπότε είναι τα μόνα σημεία κοντά στον πλανήτη μας, όπου ένα αντικείμενο είναι πραγματικά χωρίς βάρος.

Από τα πέντε Λαγκρατζιανά σημεία τα δύο, L4 και L5, είναι τα πιο ενδιαφέροντα. Είναι τα μόνα που είναι σταθερά: αν ένας δορυφόρος σταθμεύει στο σημείο L1 ή L2 τότε θα απομακρυνθεί από εκεί μετά από λίγους μήνες, εκτός κι αν προωθηθεί πίσω στην αρχική θέση του, όμως οποιοδήποτε αντικείμενο στις θέσεις L4 και L5 θα μείνει για πάντα με τη βοήθεια πολλών δυνάμεων. Τα σημεία βρίσκονται 150 εκατομμύρια χιλιόμετρα μακριά μας κατά μήκος της τροχιάς της Γης. Το δε L4 στρέφεται γύρω από τον ήλιο 60 μοίρες μπροστά από τον πλανήτη μας, ενώ το L5 βρίσκεται πίσω με την ίδια γωνία.

Στοιχεία για τέτοιες τρύπες βαρύτητας εμφανίζονται και γύρω από άλλους πλανήτες. Το 1906, ο Max Wolf ανακάλυψε έναν αστεροειδή εκτός από την κύρια ζώνη μεταξύ του Άρη και του Δία, και υπολόγισε ότι βρισκόταν στο σημείο L4 του Δία. Ο Wolf το ονόμασε Αχιλλέα, και έτσι ξεκίνησε η παράδοση να δίνουμε ονόματα σε αυτούς τους αστεροειδείς από χαρακτήρες του Τρωικού πολέμου.

Με τη συνειδητοποίηση ότι ο αστεροειδής Αχιλλέας θα είναι παγιδευμένος στη θέση του πάνω στην τροχιά του Δία χωρίς να πλησιάζει ή να απομακρύνεται από εκεί, ξεκίνησαν αναζητήσεις με τηλεσκόπια για περισσότερα παραδείγματα. Υπάρχουν τώρα πάνω από 1000 γνωστοί αστεροειδείς που κατοικούν σε κάθε σημείο L4 και L5 του Δία.

Χιλιάδες Τρωικοί αστεροειδείς κινούνται γύρω από τον Δία ενώ λίγοι από αυτούς ανακαλύφθηκαν στη μια πλευρά του Ποσειδώνα

Οι έρευνες για "Τρωικούς" αστεροειδείς γύρω από άλλους πλανήτες είχαν ανάμεικτα αποτελέσματα. Ο Κρόνος φαινομενικά δεν έχει, και μόνο κατά την τελευταία δεκαετία έχουν βρεθεί Τρωικοί αστεροειδείς στον Ποσειδώνα. Φυσικά, οι αστρονόμοι συχνά διερωτώνται αν υπάρχουν αστεροειδείς στα γήινα σημεία L4 και L5.

Έρευνες στα γήινα σημεία L4 και L5

Το πρόβλημα είναι ότι τα δικά μας σημεία L4 και L5 δεν είναι εύκολο να τα δούμε από το έδαφος. Αυτά φαίνονται να βρίσκονται κοντά στον ήλιο, έτσι μόλις έρχεται η νύχτα, η  περιοχή L5 είναι χαμηλά στον ουρανό και γρήγορα απομακρύνεται. Από την άλλη πλευρά του ουρανού, το σημείο L4 ανέρχεται στο σκοτάδι, αλλά η αυγή δεν αφήνει να το δούμε.

Αυτό όμως δεν εμπόδισε τον Paul Weigert στο Πανεπιστήμιο του Οντάριο να διεξαγάγει έρευνες στη δεκαετία του 1990 με το τηλεσκόπιο πάνω στο Μάουνα Κέα της Χαβάης. Ήταν μια σκληρή δουλειά, διότι τα σημεία L4 και L5 εμφανίζονται στον ουρανό να έχουν μεγαλύτερο πλάτος από ότι έχει η πανσέληνος, έτσι ήταν απαραίτητο να γίνουν πολλές παρατηρήσεις για να ψάξουν επιμελώς. Δυστυχώς, ο Weigert με τους συναδέλφους του δεν είδε τίποτα γιατί η αναζήτηση δεν ήταν αρκετά λεπτομερής.

Πιο πρόσφατα, οι αυτοματοποιημένες αναζητήσεις αστεροειδών, όπως είναι το πρότζεκτ Lincoln Near Earth Asteroid Research, άρχισαν να φτάνουν πιο κοντά στα σημεία Lagrange με ρομποτικές σαρώσεις του ουρανού τη νύχτα, αλλά μέχρι τώρα δεν έχουν εντοπιστεί Λαγκρατζιανοί αστεροειδείς. "Η έρευνα έχει μαραζώσει γιατί όλοι μας περιμένουμε κάποιος να δει κάτι", λέει ο Weigert.

Το σμήνος διαστημοπλοίων STEREO της NASA θα μπορούσε να αλλάξει τα πάντα - ακόμα κι αν δεν είχε ποτέ σχεδιαστεί για να εξετάσει αστεροειδείς. Το σμήνος ξεκίνησε το 2006, κι ένας από τους δύο ανιχνευτές STEREO είναι τοποθετημένος εμπρός από τη Γη, και ο άλλος πίσω. Ο STEREO A είναι μπροστά και βαθμιαία απομακρύνεται από τη Γη, ενώ ο STEREO B, απομακρύνεται σιγά σιγά. Από αυτά τα δύο πλεονεκτικά σημεία, το διαστημόπλοιο παρακολουθεί την περιοχή μεταξύ της Γης και του Ήλιου, ψάχνει για ηλιακές καταιγίδες που μπορούν να καταστρέψουν δίκτυα σε δορυφόρους και στη Γη.

Τα σημεία L4 και L5 έχουν ένα πλεονέκτημα, μπορούν να προειδοποιήσουν τη Γη για τις επερχόμενες ηλιακές καταιγίδες. "Συζητήσαμε σε κάποια φάση, την διακοπή λειτουργίας του διαστημόπλοιου STEREO γιατί γίνεται περίπου δύο ή τρεις ημέρες προειδοποίηση για μια επερχόμενη ηλιακή καταιγίδα", λέει ο Michael Kaiser του Κέντρου Διαστημικών Πτήσεων Goddard και ειδικός του έργου STEREO.

Τότε ο Richard Harrison, του Εργαστηρίου Appleton Rutherford και μέλος της ομάδας STEREO, είπε ότι οι κάμερες των ανιχνευτών θα μπορούσαν να έχουν άλλη χρήση. Μετά από μελέτη συνειδητοποίησε ότι δύο όργανα γνωστά ως ηλιοσφαιρικές κάμερες θα μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν για την αναζήτηση αστεροειδών. "Δεν είχαν σχεδιασθεί για να κάνουν αυτή την δουλειά", λέει ο Harrison. "Είναι όμως ένα πρόσθετο πλεονέκτημα."

Ακόμη και έτσι, οι κυνηγοί των αστεροειδών αντιμετωπίζουν ένα επίπονο έργο διότι ένας αστεροειδής στο σημείο Lagrange θα εμφανίζεται σαν μια κινούμενη κουκίδα ενώ πίσω του το μπακγκράουντ θα είναι γεμάτο με χιλιάδες αστέρια. Ευτυχώς, υπάρχει ήδη μια ομάδα εθελοντών, που σαρώνουν τις εικόνες του STEREO μέσω του διαδικτύου για να ανιχνεύσουν αστεροειδείς κοντά στη Γη.

"Εάν βρουν έναν αστεροειδή θα αξίζει πράγματι η προσπάθειά τους. Δεν θα ήταν θεαματικό, αν βρίσκαμε έναν αστεροειδή από το παρελθόν;", λέει ο Harrison.

Παίρνοντας κι άλλες πληροφορίες - για παράδειγμα πως ανακλά το φως του Ήλιου ή την κατανομή της σκόνης στα σημεία αυτά - θα είμαστε σε θέση να απαντήσουμε σε μία από τα πιο περίπλοκα μυστήρια του ηλιακού συστήματος: γιατί Γη έχει ένα τόσο μεγάλο φεγγάρι.

Οι περισσότεροι αστρονόμοι πιστεύουν ότι η Σελήνη σχηματίστηκε από τα συντρίμμια που δημιουργήθηκαν όταν ένα αντικείμενο στο μέγεθος του Άρη χτύπησε τη Γη λοξά, περίπου πριν 4 δισεκατομμύρια χρόνια. Το πρόβλημα είναι να κατανοήσουμε από που προήλθε το αντικείμενο αυτό.

Τα υπολογιστικά μοντέλα δείχνουν ότι τα αντικείμενα που εισέρχονται από άλλα μέρη του ηλιακού συστήματος θα έτειναν να χτυπήσουν τη Γη με μεγάλη ενέργεια. Αντί για τη δημιουργία της Σελήνης, θα έσβηναν τη Γη. Έτσι, το αντικείμενο που μας κτύπησε πρέπει να προέρχεται από κοντά, λέει η θεωρία, από όπου δεν θα μπορούσε να επιταχυνθεί αρκετά πριν από το χτύπημα.

Πλανητικά κατάλοιπα

Μια άλλη ένδειξη είναι ότι το φεγγάρι περιέχει την ίδια αναλογία ισοτόπων του οξυγόνου, όπως και η Γη, γεγονός που υπαινίσσεται ότι το αντικείμενο που μας κτύπησε πρέπει επίσης να έχει την ίδια ισοτοπική αναλογία. Όταν οι αστρονόμοι ψάχνουν στο ηλιακό σύστημα, στον Άρη για παράδειγμα, η αναλογία ισοτόπων είναι διαφορετική. Έτσι αυτό, επίσης, υποδεικνύει ότι το αντικείμενο που συγκρούστηκε με τη Γη σχηματίστηκε κοντά. Αλλά πού;

Αυτό που είναι αινιγματικό είναι πώς θα μπορούσε ένα αντικείμενο να αναπτυχθεί τόσο κοντά στην Γη και να φθάσει στο μέγεθος του Άρη πριν λάβει χώρα η σύγκρουση. Η αμοιβαία τους βαρύτητα θα έπρεπε να τα είχε αναγκάσει να συγκρουστούν πολύ πριν. Εκτός, λέει ο Gott, αν είχε σχηματιστεί σε σημείο Lagrange. "Ένα τέτοιο αντικείμενο θα μπορούσε να καθίσει σε ένα από αυτά τα σταθερά σημεία και απλώς να μεγαλώνει", εξηγεί.

Μόλις μεγάλωσε αρκετά, οι βαρυτικές αλληλεπιδράσεις με άλλα αντικείμενα, όπως η Αφροδίτη, θα μπορούσαν να το 'σκουντήξουν' έξω από το σημείο Lagrange και σε μια πορεία σύγκρουσης με τη Γη.

"Θα είχε την ίδια αναλογία ισοτόπων οξυγόνου όπως η Γη, επειδή σχηματίστηκαν στην ίδια περιοχή του ηλιακού συστήματος", διευκρινίζει ο Gott. Επίσης, είναι βασικό  ότι είχε την ίδια τροχιά με τη Γη, οπότε οι δύο πλανήτες δεν θα ταξίδευαν με πολύ διαφορετικές ταχύτητες όταν συγκρούστηκαν.

Ο Gott λοιπόν πιστεύει ότι αν εξακολουθούν να βρίσκονται οποιαδήποτε αντικείμενα στα σημεία L4 και L5 μπορεί να είναι κατάλοιπα από το σχηματισμό εκείνου του αντικειμένου που μας κτύπησε. "Ας πούμε ότι έχετε βρει μια σειρά από αντικείμενα εκεί πέρα. Σε αυτή την περίπτωση, ένας μεγάλος στόχος θα ήταν μια αποστολή για να φέρει πίσω ένα δείγμα από αυτά τα υλικά, ώστε να δούμε αν είχαν την ίδια αναλογία ισοτόπων του οξυγόνου όπως η Γη", λέει ο Gott. Αν είναι πράγματι έτσι, πιστεύει ο Gott, αυτό ενισχύει την υπόθεση ότι το αντικείμενο που μας κτύπησε είχε δημιουργηθεί εκεί.

Η διαδρομή μέσω των σημείων L4 και L5 είναι δυνητικά γεμάτη κινδύνους. Υπάρχουν εκεί νέφη σκόνης που πιστεύεται ότι είναι παγιδευμένα σε αυτά τα σημεία Lagrange και αν η ομάδα του διαστημοπλοίου STEREO είναι άτυχη, τότε η όποια σύγκρουση με αυτά τα σωματίδια της σκόνης μπορεί να είναι καταστροφική για το STEREO.

Ο κίνδυνος μπορεί να μειωθεί στρέφοντας τις κάμερες πίσω προς τη μεριά της Γης καθώς το διαστημόπλοιο θα περνά από τα πιο επικίνδυνα σημεία. Όμως κάποια μέλη της ομάδας STEREO είναι βέβαιοι ότι θα επιβιώσει: πολλά σκάφη έχουν κτυπηθεί από τη σκόνη σε θέσεις που τυχαίνει να βρίσκονται κατά μήκος της τροχιάς της Γης και σώθηκαν.

Κανείς δεν ξέρει πόσους αστεροειδείς θα δουν οι ανιχνευτές του STEREO. Ειδικοί έχουν κάνει μια σειρά από προσομοιώσεις που έδειξαν πώς οι αστεροειδείς μπορεί να απομακρυνθούν από τα σημεία Λανγκράνζ, λόγω της βαρύτητας της Αφροδίτης. Αυτό όμως μπορεί να συμβεί σε ένα χρονικό διάστημα του ενός εκατομμυρίου ετών περίπου. Το αποτέλεσμα αυτό, καθώς και η αποτυχία των τηλεσκοπίων να βρουν ένα αστεροειδή μέχρι σήμερα εκεί πέρα, έχουν κάνει τους ειδικούς επιφυλακτικούς  σχετικά με τον αριθμό και το μέγεθος των αστεροειδών που αναμένουμε να βρει το STEREO. "Πιστεύω ότι μπορεί να υπάρχουν λίγοι αστεροειδείς, αλλά όχι εκατοντάδες, και νομίζω ότι το μήκος τους θα είναι μικρότερο από ένα χιλιόμετρο. Στην κύρια ζώνη των αστεροειδών, ένας τυπικός αστεροειδής έχει μήκος 100 χιλιόμετρα"

Ο Harrison όμως θεωρεί ότι δεν πρέπει να αφήσουμε αυτή την ευκαιρία να χαθεί χωρίς την εξέταση της περιοχής με το STEREO, γιατί θα μετανιώσουμε.

Θα μπορούσε άραγε κάποιος άλλος πλανήτης να κυνηγά αθέατα τη Γη;

Οι περισσότεροι αστρονόμοι αποδέχονται ότι η Σελήνη σχηματίστηκε όταν ένας πλανήτης στο μέγεθος του Άρη συγκρούστηκε με τη Γη κατά τη διάρκεια της νηπιακής της ηλικίας. Ορισμένες έρευνες δείχνουν ότι αυτός ο καμικάζι πλανήτης σχηματίστηκε είτε στο L4 είτε στο L5 σημείο Lagrange, όπου η βαρύτητα από τη Γη και τον ήλιο αλληλοεξουδετερώνονται. Μήπως λοιπόν θα μπορούσε να κρύβεται εκεί κάποια άλλη απειλή ακόμα και σήμερα;

"Ασφαλώς όχι", λέει ο Paul Weigert από το Πανεπιστήμιο του Οντάριο. Δεν υπάρχουν αρκετά σωματίδια σκόνης ή βότσαλα στο ηλιακό μας σύστημα.

Ήταν μια διαφορετική ιστορία πριν 4,5 δισεκατομμύρια χρόνια, όταν το ηλιακό σύστημα μόλις γεννήθηκε από το νέφος. Οι πλανήτες που σχηματίστηκαν από αυτό το μείγμα της σκόνης και των αερίων, καθώς και τα σημεία L4 και L5 θα υπήρξαν προνομιακές θέσεις ώστε να συσσωρευτεί εκεί η ύλη σε μεγαλύτερα αντικείμενα. "Αυτές τις μέρες, απλά δεν υπάρχει αρκετό υλικό για την οικοδόμηση μεγάλων αντικειμένων", λέει ο Weigert.

ΟΚ, μπορεί να μην υπάρχει κανένα αντικείμενο στο μέγεθος πλανήτη. Όμως ο Richard Gott του Πρίνστον θεωρεί ότι μπορεί ακόμα να υπάρχουν απειλές από αστεροειδείς. "Αν δούμε κάτι μεγάλο εκεί μέσα, θα είναι σαν μια ωρολογιακή βόμβα", λέει ο Gott. Κι αυτό επειδή η βαρυτική ώθηση από άλλους πλανήτες, ιδίως από την Αφροδίτη, θα μπορούσε να σπρώξει τον αστεροειδή αρκετά μακριά ώστε να ξεφύγει από το σημείο Lagrang. Μόλις ξεφύγει από αυτή την παγίδα, θα μπορούσε εύκολα να βρεθεί σε πορεία σύγκρουσης με τη Γη.

"Αν δούμε ένα μεγάλο αστεροειδή εκεί, ίσως να αξίζει να τον απομακρύνουμε για προληπτικούς λόγους", λέει ο Gott, "και με αυτό εννοώ να τον ανατινάξουμε."

Το γεγονός πως τα σημεία Lagrange είναι σημεία ισορροπίας και έχουν σταθερή θέση ως προς ένα σύστημα ουρανίων σωμάτων, τα κάνει χρήσιμα, για πολλούς σκοπούς στους σχεδιαστές των διαστημικών αποστολών :

1. Το σημείο L₁ του συστήματος Γης - Ηλίου βρίσκεται πάνω στην ευθεία των δύο σωμάτων και προς την πλευρά του Ήλιου, οπότε τα διαστημόπλοια που τοποθετούνται σε σταθερή τροχιά γύρω απ' αυτόν, να μπορούν να καταγράφουν τα χαρακτηριστικά του ηλιακού ανέμου, προτού αυτός φτάσει στη Γη. ένα παράδειγμα αποτελεί ο επιστημονικός δορυφόρος της ESA, MAP, SOHO αλλά και το Genesis που τέθηκε σε μια τροχιά γύρω από το σημείο ισορροπίας Lagrange L1.

2. Όλα τα σημεία Lagrange του συστήματος Γης - Ηλίου (εκτός του σημείου L₃) μπορούν να χρησιμοποιηθούν ως περιοχές τοποθέτησης μεγάλων διαστημικών τηλεσκοπίων. Οι θέσεις αυτές προσφέρονται για εύκολη επικοινωνία με τη Γη αλλά και για καλύτερες και περισσότερες παρατηρήσεις, καθώς στο οπτικό πεδίο του τηλεσκοπίου δε θα παρεμβάλλεται ο γήινος όγκος, όπως συμβαίνει με το Hubble (αφού όλα τα σημεία Lagrange Γης - Ηλίου βρίσκονται τουλάχιστον 1,5 εκατ. χλμ. από τη Γη). Ήδη, το επόμενο μεγάλο διαστημικό τηλεσκόπιο που σχεδιάζεται (Next Generation Space Telescope), προβλέπεται να τοποθετηθεί σε σταθερή τροχιά γύρω από το σημείο L₂ του συστήματος Γης - Ηλίου.

3. Το γεγονός πως τα σημεία Lagrange είναι σημεία ισορροπίας, σημαίνει πως στην περιοχή τους η βαρυτική δύναμη είναι σχεδόν ανύπαρκτη. Δηλαδή ένας δορυφόρος που ξεκινάει το ταξίδι του από εκεί, μπορεί με μια μικρή μεταβολή της ταχύτητας του (δηλαδή χωρίς μεγάλη κατανάλωση καυσίμων) να αλλάξει σημαντικά την τροχιά του.