Ψάχνοντας μιαν άλλη Γη

astronomy-earth-lunar-surface-87009

Αργά το βράδυ, καθαρός ουρανός , κοιτάς ψηλά. Βλέπεις πάρα πολλά αστέρια. Έχεις αναρωτηθεί ποτέ, αν θα καταφέρει ο άνθρωπος να τα επισκεφτεί ; Έχει τίποτα για μας εκεί; 

Εικόνα 1: Σχηματικη Αναπαράσταση εξω-ηλιακού συστήματος.

Για την πρώτη ερώτηση κανείς δεν μπορεί να είναι σίγουρος, αλλά για την δεύτερη η απάντηση είναι καταφατική. Τα περισσότερα από αυτά τα αστέρια έχουν τους δικούς τους πλανήτες. Γιατί να θέλουμε να τους δούμε από κοντά ; Μα είτε για να τους εποικήσουμε, είτε για να εκμεταλλευτούμε της φυσικές πηγές του σε μέταλλα ή χημικά. 

Ενώ, τεχνολογικά απέχουμε πολύ από το να καταφέρουμε να κάνουμε διαστρικά ταξίδια, είμαστε παραπάνω από έτοιμοι να φτιάξουμε αστρικούς χάρτες με άλλους κόσμους, που μπορεί να ενδιαφέρουν τους μελλοντικούς διαστημικούς Μάρκο Πόλο. Υπάρχουν διάφορες τεχνικές, με τις οποίες μπορούμε να μάθουμε, αν ένα άστρο έχει πλανήτες γύρω του και σε αυτό το άρθρο θα δούμε ποιες είναι αυτές. 

Εικόνα 2: Κάποιοι από τους εξωπλανήτες που έχουν ανακαλυφθεί είναι πιθανό να είναι κατοικήσιμοι. Στην παραπάνω εικόνα φαίνεται σχηματική αναπαράσταση κάποιον από αυτούς και η σύγκριση τους με πλανήτες του δικού μας ηλιακού συστήματος(Δίας/Jupiter, Mars/Άρης, Neptune/Ποσειδώνας, Earth/Γη). Κάτω από τους πλανήτες αναγράφεται και η απόσταση τους από τη Γη σε έτη φωτός.

Η πρώτη μέθοδος στην οποία θα αναφερθούμε, είναι αυτή της άμεσης παρατήρησης τους με τηλεσκόπιο. Δεν έχουν ανιχνευτεί πολλοί πλανήτες με αυτόν τον τρόπο καθώς είναι αρκετά δύσκολο για δύο λόγους: 

  • Ένας πλανήτης είναι πολύ μικρότερος από ένα άστρο.
  •  Το κυριότερο είναι ότι το μόνο φως που στέλνει προς τα εμάς, είναι αυτό που ανακλά από το μητρικό του άστρο, ενώ το φως που στέλνει το άστρο του είναι σαφώς πολύ πιο έντονο. 

Σκέψου τοκαι έτσι, ότι, δύο άτομα βρίσκονται την νύχτα σε ένα επίπεδο χωράφι μακριά σου (π.χ. στα 10χλμ), με την μεταξύ τους απόσταση δύο βήματα, ο ένας κρατάει απλά το κινητό του με την οθόνη ανοιχτή ενώ, ο άλλος έχει έναν δυνατό φακό και οι δύο στέλνουν το φως στην κατεύθυνση σου. 

Το πιο πιθανό είναι, ότι, δεν θα δεις την οθόνη του κινητού. Για να καταλάβεις για τι αποστάσεις μιλάμε, το πιο κοντινό σε εμάς άστρο, ο Εγγύτατος του Κενταύρου, βρίσκεται στα 4,3 έτη φωτός μακριά μας ή 66.000 φορές η απόσταση Γης-Ηλίου και ο πλανήτης του αστεριού αυτού είναι, 0,05 φορές η απόσταση Γης-Ηλίου. Στο προηγούμενο παράδειγμα, αυτό μεταφράζεται ως οι 2 άνθρωποι να έχουν ένα πόδι (0,33 μέτρα) μεταξύ τους απόσταση, ενώ εσύ θα είσαι 440χλμ μακριά! Ακόμα και με κιάλια μπορεί να μην έβλεπες την οθόνη δίπλα στον φακό.

Αυτό που έκαναν οι επιστήμονες και οι μηχανικοί για να προσπεράσουν αυτό το πρόβλημα, είναι να κατασκευάσουν ειδικά τηλεσκόπια, που η διάταξη τους εκμεταλλεύεται την κυματική φύση του φωτός, ώστε να σκοτεινιάσει το άστρο και να μετράνε μόνο το φως από τους πλανήτες του. Σαραντατέσσερεις εξωπλανήτες έχουν ανακαλυφθεί με αυτόν τον τρόπο. 

Εικόνα 3: Αριστερά εικόνα από τηλεσκόπιο χωρίς να αφαιρέσει το φώς από το μητρικό άστρο.  Δεξιά: Η ίδια εικόνα μετά την αφαίρεση του φωτός από το μητρικό άστρο.

Ο δεύτερος τρόπος ανίχνευση εξωπλανητών που θα συζητήσουμε, είναι η μέθοδος της διάβασης (transit). Η μέθοδος αυτή, είναι αρκετά απλή και αποτελεσματική και αποτελεί την κύρια μέθοδο που χρησιμοποιείται. 

Πως δουλεύει;  

Οι ερευνητές, έχουν στοχεύσει το τηλεσκόπιο τους στο υποψήφιο άστρο, το παρατηρούν για αρκετή ώρα και με ανιχνευτές μετράνε την ένταση του φωτός που στέλνει. Αν δουν κάποιες μειώσεις στην ένταση το φωτός, τότε θα καταλάβουν, ότι κάτι πέρασε μπροστά από το άστρο. Αν αυτό συμβαίνει περιοδικά, τότε αυτό που μείωσε την ένταση, είναι ένας πλανήτης που εμποδίζει μέρος από το φως. Από το πόσο μειώθηκε η ένταση και την περίοδο περιστροφής του πλανήτη (ίδια με αυτή των μειώσεων), οι αστρονόμοι μπορούν να πάρουν πολλές πληροφορίες όπως, τον αριθμό των πλανητών, τις αποστάσεις τους από το αστέρι τους και τα μεγέθη τους.

Επιπλέον, καθώς ο πλανήτης περνάει μπροστά από το άστρο, φως θα περάσει από την ατμόσφαιρα του και αναλύοντας αυτό το φως οι ερευνητές μπορούν να πάρουν στοιχεία για την χημική σύσταση της ατμόσφαιρας του.

Εικόνα 4: Σχηματική αναπαράσταση της μεθόδου τηε διάβασης. Αριστερά: Στο διάγραμμα φαίνεται ότι η ένταση του φωτός του άστρου είναι σταθερή αλλά όταν περάσει ο πλανήτης από μπροστά (δεξιά) η ένταση πέφτει.

Περίπου 3000 εξωπλανήτες έχουν ανιχνευτεί με αυτή τη μέθοδο μέχρι σήμερα.

Η μέθοδος που θα δούμε μετά, είναι η μετατόπιση Doppler. Βασίζεται στο γεγονός ,ότι, όπως το άστρο επηρεάζει τους πλανήτες βαρυτικά και περιστρέφονται γύρω του, έτσι και οι πλανήτες επηρεάζουν το άστρο το οποίο κουνάει και έχει και αυτό μια μικρή τροχιά. 

Εικόνα 5: Σχηματική αναπαράσταση της βαρυτικής αλληλεπίδρασης των δύο σωμάτων. Στην εικόνα η τροχιά του άστρου έχει γίνει πολύ μεγαλύτερη από ότι θα ήταν κανονικά για να φαίνεται καλύτερα.

Καθώς λοιπόν, οι ερευνητές παρατηρούν ένα άστρο, βλέπουν ότι το φως του πότε γίνεται πιο μπλε, πότε γίνεται πιο κόκκινο. Αυτό συμβαίνει, γιατί καθώς το άστρο κινείται στην τροχιά του,  απομακρύνεται από εμάς και το φως του φαίνεται πιο κόκκινο, ενώ όταν μας πλησιάζει το φως του φαίνεται πιο μπλε (λόγω φαινομένου Doppler, δείτε το αντίστοιχο άρθρο στο site μας). Αν το αστέρι δεν είχε πλανήτες δεν θα το παρατηρούσαμε. 

Εικόνα 6: Σχηματική αναπαράσταση του Φαινομένου Doppler. Η αλλαγή στο χρώμα φαίνεται τόσο έντονη για εκπαιδευτικούς σκοπούς, κανονικά η αλλαγή είναι πολύ μικρή.

Η επόμενη μέθοδος που θα δούμε, είναι του βαρυτικούμικροφακού (Gravitationalmicrolensing). Για να καταλάβουμε πως δουλεύει αυτή η μέθοδος, πρέπει πρώτα να δούμε τη βαρύτητα, ως μια γεωμετρική ιδιότητα του χώρου και του χρόνου. Σκεφτείτε το σύμπαν σαν ένα τεράστιο τραμπολίνο, αν υπάρχει κάτι πολύ «βαρύ» πάνω του, θα κάνει μεγάλο βαθούλωμα ενώ, αν είναι κάτι πιο ελαφρύ θα κάνει μικρότερο βαθούλωμα. Από αυτά τα «βαθουλώματα» δεν μπορεί να ξεφύγει ανενόχλητο το φως και αλλάζει κατεύθυνση. Έτσι, οι πλανήτες και τα αστέρια μπορούν να λειτουργήσουν, ως βαρυτικοί φακοί  και μπορούν να εστιάζουν το φως που έρχεται από γαλαξίες και αστέρια, που φαίνονται σε εμάς πίσω τους και οι ερευνητές αντιλαμβάνονται αυτή την εστίαση, ως μια αύξηση της έντασης του γαλαξία ή του αστεριού. 

Εικόνα 7: Αριστερά: Σχηματική αναπαράσταση βαρυτικού φακού. Δεξιά πραγματική εικόνα από την παραμόρφωση της εικόνας ενός γαλαξία από βαρυτικό φακό.

Οπότε, συνοπτικά για αυτή τη μέθοδο οι αστρονόμοι παρατηρούν μεγάλα κομμάτια του ουρανού, για μεγάλο χρονικό διάστημα και όταν δουν το φως κάποιου γαλαξία ή αστεριού να αυξάνεται σε ένταση για λίγο,  μετά επιστρέφει στη φυσιολογική του τιμή, αντιλαμβάνονται ότι κάποιο βαρύ αντικείμενο πέρασε από μπροστά του. Αν δουν, ότι, μια έντονη αύξηση συνοδεύεται και από μια μικρότερη (ή περισσότερες) καταλαβαίνουν ,ότι, πέρασε κάποιο άστρο με τον ή τους πλανήτες του από μπροστά. Με την χρήση αυτής της μεθόδου έχουν ανακαλυφθεί 72 πλανήτες.

Τελευταία, θα δούμε τη μέθοδο της αστρομετρίας. Όπως είπαμε και στη μέθοδο Doppler, οι πλανήτες επηρεάζουν βαρυτικά το άστρο το οποίο αποκτά μια μικροσκοπική τροχιά. Αυτές τις κινήσεις του άστρο, λόγω της τροχιάς του μπορούμε να τις ανιχνεύσουμε και με άμεση παρατήρηση της σχετικής θέσης του άστρου με άλλα άστρα στον ουρανό. Η μέθοδος αυτή, είναι πολύ δύσκολη βέβαια, γιατί απαιτεί τηλεσκόπια μεγάλης ακρίβειας, καθώς η κίνηση που θέλουν να ανιχνεύσουν είναι μικροσκοπική, ιδιαίτερα για άστρα με μικρούς πλανήτες όπως η Γη. Επιπλέον, είναι ακόμα πιο δύσκολο να γίνει αυτή η παρατήρηση στην επιφάνεια της Γης, καθώς η ατμόσφαιρα και οι διακυμάνσεις των συνθηκών της επηρεάζουν το φως πολύ περισσότερο από την απαιτούμενη ακρίβεια. Μονάχα ένας πλανήτης έχει ανακαλυφθεί με αυτήν την μέθοδο. 

Φωτογραφικές πηγές:

  1. http://phl.upr.edu/projects/habitable-exoplanets-catalog
  2. https://spaceplace.nasa.gov/all-about-exoplanets/en/
  3. https://exoplanets.nasa.gov/5-ways-to-find-a-planet/#3/
  4. https://exoplanets.nasa.gov/5-ways-to-find-a-planet/#2/
  5. https://exoplanets.nasa.gov/5-ways-to-find-a-planet/#1/
  6. https://neid.psu.edu/whatisneid/
  7. Δεξιά:https://en.wikipedia.org/wiki/Gravitational_lens#/media/File:A_Horseshoe_Einstein_Ring_from_Hubble.JP
  8. Αριστερά: https://www.spacetelescope.org/images/heic1106c/

Πηγές:

  1. https://exoplanets.nasa.gov/5-ways-to-find-a-planet/
  2. https://en.wikipedia.org/wiki/Proxima_Centauri
Ακολουθείστε μας και χαρίστε μας ένα like:
Close Menu