Εξερευνώντας κόσμους πέρα από τη Γη. Exploring worlds beyond Earth

Μικροί πλανήτες όπως η Γη είναι πολύ συνηθισμένοι στον Γαλαξία μας. Exoplanets, plasma physics and the X-ray Universe are the topics chosen by ESA to be considered for the fourth medium-class mission slot, for launch in 2025. Credit: ATG medialab

Έχουν περάσει είκοσι πέντε χρόνια από τότε που εντοπίστηκε ο πρώτος πλανήτης έξω ​​από το Ηλιακό μας Σύστημα. Μέχρι σήμερα, έχουμε ανακαλύψει περισσότερους από 4.000 εξωπλανήτες, που κυμαίνονται από μικρούς βραχώδεις πλανήτες όπως η Γη έως και αέριους γίγαντες όπως ο Δίας. Η καθηγήτρια Giovanna Tinetti, ερευνήτρια στον τομέα των εξωπλανητών που εργάζεται στο UCL (University College London), τόνισε ότι «τώρα γνωρίζουμε πως στατιστικά, θα πρέπει να περιμένουμε τουλάχιστον έναν πλανήτη γύρω από κάθε αστέρα στο Γαλαξία μας. Μιλάμε κυριολεκτικά για δισεκατομμύρια εξωπλανήτες. Με αυτές τις πληροφορίες, οι ερωτήσεις που επικεντρώνουμε σήμερα την προσοχή μας είναι: Πώς μοιάζουν αυτοί οι πλανήτες; Πώς διαμορφώνονται και πώς εξελίσσονται; Αυτό είναι, νομίζω, το είδος των ερωτήσεων που θα προσπαθήσουμε να απαντήσουμε μέσα στην επόμενη δεκαετία.»

Μικροί πλανήτες όπως η Γη είναι πολύ συνηθισμένοι στον Γαλαξία μας

The basic chemistry for life has been detected in a second hot gas planet, HD 209458b, depicted in this artist's concept. Two of NASA's Great Observatories - the Hubble Space Telescope and Spitzer Space Telescope, yielded spectral observations that revealed molecules of carbon dioxide, methane and water vapor in the planet's atmosphere. HD 209458b, bigger than Jupiter, occupies a tight, 3.5-day orbit around a sun-like star about 150 light years away in the constellation Pegasus. Planets like this one, which circle stars beyond our sun, are called exoplanets. Credit: NASA/JPL-Caltech/T. Pyle (SSC)

Είναι πέρα ​​από κάθε αμφιβολία ότι η αποστολή Kepler ήταν μια πρωτοποριακή διαστημική συσκευή που μας έφερε πιο κοντά σε απαντήσεις στα θεμελιώδη ερωτήματα. Κατάφερε να εντοπίσει περισσότερους από 4000 εξωπλανήτες μέχρι το 2013 που έφτασε στο τέλος της. Ο κ. Dimitar Sasselov, καθηγητής στο πανεπιστήμιο του Harvard και μέλος της αποστολής Kepler, επεσήμανε ότι «το Kepler προσπάθησε να βρει τα στατιστικά στοιχεία - πόσο συνηθισμένοι είναι οι πλανήτες όπως η Γη. Γνωρίζουμε ότι μικροί πλανήτες όπως η Γη, είναι πολλές φορές πιο συνηθισμένοι στον Γαλαξία μας από ότι είχαμε φανταστεί πιο πριν. Οι πλανήτες λοιπόν που ανήκουν στην κατοικήσιμη ζώνη είναι πολύ περισσότεροι.» Παρόλα αυτά, το γεγονός ότι ένας πλανήτης ανήκει στην κατοικήσιμη ζώνη, δεν σημαίνει ότι είναι κατοικήσιμος ή ότι έχει ζωή. Ο καθηγητής πρόσθεσε ότι «αν δεν κατανοήσουμε τη βασική γεωχημεία αυτών των πλανητών δεν μπορούμε να κατανοήσουμε ούτε την αναζήτηση στοιχείων για ζωή». Σίγουρα, υπάρχουν πολλά ερωτήματα που πρέπει να απαντηθούν και πολλά μυστήρια που πρέπει να λυθούν τα επόμενα χρόνια.

Είναι σημαντικό να μελετήσουμε τις ατμόσφαιρες των εξωπλανητών

In this artist’s concept, X-ray and extreme ultraviolet light from a young red dwarf star cause ions to escape from an exoplanet’s atmosphere. Scientists have developed a model that estimates the oxygen ion escape rate on planets around red dwarfs, which plays an important role in determining an exoplanet’s habitability. Credits: NASA Goddard/Conceptual Image Lab, Michael Lentz, animator/Genna Duberstein, producer

Γνωρίζοντας ότι υπάρχει πληθώρα εξωπλανητών εκεί έξω, ειδικά σχεδιασμένες αποστολές θα αφιερώσουν το χρόνο τους για μια πιο λεπτομερή μελέτη αυτών. Επί του παρόντος, δε διαθέτουμε πολλές πληροφορίες σχετικά με τις συνθέσεις τους, την ατμόσφαιρά τους και άλλες λεπτομέρειες που θα μπορούσαν να μας βοηθήσουν να απαντήσουμε στα κύρια ερωτήματά μας. Πλέον, με την τεχνολογία που έχουμε αναπτύξει, είναι εφικτή η έρευνα ενός μεγάλου αριθμού πλανητών και είναι η πρώτη φορά που μπορούμε να αναπτύξουμε μια ταξινόμηση των πλανητών - μια οργανωμένη λίστα των κατηγοριών πλανητών και να δώσουμε περαιτέρω απαντήσεις.

Μια τέτοια αποστολή θα είναι η διαστημική συσκευή ARIEL (Atmospheric Remote - sensing Exoplanet Large - survey), η οποία αποτελεί μία από τις υποψήφιες αποστολές της ESA (Ευρωπαϊκή Εταιρία Διαστήματος). Ο κύριος στόχος της είναι να μελετήσει τις ατμόσφαιρες εκατοντάδων πλανητών και να καταλάβει πώς σχηματίζονται και εξελίσσονται. Η κύρια διαφορά σε σχέση με άλλες αποστολές είναι ότι το ARIEL δε θα ανιχνεύσει νέους πλανήτες, αλλά θα επικεντρωθεί στην ατμοσφαιρική σύνθεση των ήδη γνωστών εξωπλανητών. Σύμφωνα με την κεντρική ερευνήτρια της αποστολής και καθηγήτρια του UCL, κ. Tinetti: «Το ARIEL θα αναλύσει τις ατμόσφαιρες των εξωπλανητών με τη μέθοδο της φασματοσκοπίας. Επιπλέον, πρόκειται να μελετήσει τις ατμόσφαιρες αρκετών εκατοντάδων εξωπλανητών. Αυτά είναι δύο χαρακτηριστικά του ARIEL που καθιστούν την αποστολή διαφορετική από άλλες διαστημικές αποστολές που έχουν προγραμματιστεί από την ESA ή τη NASA.»

Η ατμόσφαιρα αποτελεί τη μόνη περιοχή ενός εξωπλανήτη που είναι άμεσα παρατηρήσιμη και από την οποία οι επιστήμονες μπορούν να αντλήσουν πληροφορίες σχετικά με το μέγεθος, τη μάζα του πλανήτη και την απόστασή του από τον κεντρικό αστέρα. Η καθηγήτρια Tinetti πρόσθεσε ότι «Η ατμόσφαιρα είναι φτιαγμένη από αέρια, τα μόρια των οποίων είναι διαφανή ή αδιαφανή σε διαφορετικές περιοχές του φάσματος. Με αυτό τον τρόπο, μπορούμε να καταλάβουμε από μακρινή απόσταση τι συμβαίνει στον εξωπλανήτη, επειδή παρατηρούμε τα αποτυπώματα των μορίων στην ατμόσφαιρα.»

Είναι σημαντική η ανίχνευση εξωπλανητών στη γειτονιά μας, έτσι ώστε να τους μελετήσουμε καλύτερα με το ARIEL!

NASA's Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS), shown here in a conceptual illustration, will identify exoplanets orbiting the brightest stars just outside our solar system. Credit: NASA's Goddard Space Flight Center

Παρά το γεγονός ότι έχουμε εντοπίσει ένα σημαντικό αριθμό εξωπλανητών, παραμένει πολύ μικρός δεδομένης της μεγάλης κλίμακας του Γαλαξία μας και του Σύμπαντος. Είναι λοιπόν σημαντικό να ανιχνεύσουμε περισσότερους πλανήτες και το TESS (Transit Exoplanet Survey Satellite), αποστολή της NASA που πρόκειται να εκτοξευθεί μέσα στον επόμενο χρόνο, θα έχει ως κύριο στόχο την ανίχνευση μικρών εξωπλανητών στη γειτονιά του Ηλιακού μας Συστήματος. Αυτοί οι πλανήτες θα είναι πολύ καλοί στόχοι για να μπορούμε να μελετήσουμε λεπτομερώς τις ατμόσφαιρές τους. Ο καθηγητής Dimitar Sessalov, τόνισε ότι «το TESS θα προσπαθήσει να ανακαλύψει τους πλησιέστερους πλανήτες που μπορούμε να μελετήσουμε με τα τηλεσκόπια που έχουμε. Το TESS είναι απλώς μια μηχανή που θα παρέχει στόχους για τα μεγαλύτερα τηλεσκόπια και για την αποστολή ARIEL. Το TESS βρίσκει τους πλανήτες, το ARIEL τους μελετά. Δουλεύουν παράλληλα, αλλά οι ρόλοι τους είναι εντελώς διαφορετικοί.»

Η αναζήτηση της ζωής πέρα ​​από τη Γη δεν είναι εύκολη υπόθεση

TESS spacecraft awaits installation of cameras and other instruments. Credit: Orbital ATK

Η συνειδητοποίηση ότι οι πλανήτες που μοιάζουν με τη Γη είναι πολύ συνηθισμένοι στο Γαλαξία μας, οδήγησε στη δημιουργία του TESS, της διαστημικής συσκευής που θα ερευνήσει ολόκληρο τον ουρανό για να βρει τους πλησιέστερους εξωπλανήτες. Ωστόσο, δεν είναι δόκιμο να θεωρούμε τους πλανήτες που μοιάζουν με τη Γη ως κατοικήσιμους κόσμους ή ως τους μόνους υποψήφιους πλανήτες για την υποστήριξη ζωής. Η κα. Tinetti, διευκρίνισε ότι «αυτό που παρατηρούμε εκεί έξω είναι μια τεράστια ποικιλία πλανητών γι’ αυτό και η σκέψη ότι οι κατοικήσιμοι κόσμοι πρέπει να μοιάζουν με τη Γη είναι, κατά τη γνώμη μου, αρκετά γεωκεντρική και ίσως λανθασμένη». Το ARIEL είναι μια αποστολή που θα προσφέρει στους επιστήμονες μια μεγάλη βάση δεδομένων από εκατοντάδες εξωπλανήτες και επιπλέον, θα δώσει πληροφορίες και για το ζήτημα της ανάπτυξης ζωής σε άλλους κόσμους. Η κα. Tinetti τόνισε ότι «πριν επικεντρωθούμε στις ερωτήσεις σχετικά με το πώς μοιάζουν οι κατοικήσιμοι πλανήτες, πρέπει να προσπαθήσουμε να καταλάβουμε τι συμβαίνει με αυτούς τους πλανήτες. Για να το κάνουμε αυτό, πρέπει να έχουμε ένα μεγάλο δείγμα εξωπλανητών, όχι απλώς δεκάδες. Στο τέλος της ημέρας ακόμα δε γνωρίζουμε ποια είναι η κανονικότητα των πλανητών στον Γαλαξία μας. Δεν μπορούμε να πούμε: "Αυτός είναι ένας πραγματικά περίεργος εξωπλανήτης". Είναι παράξενος ίσως σε σύγκριση με τη Γη, αλλά αν δεν γνωρίζουμε πώς μοιάζουν γενικά οι πλανήτες, είναι πολύ δύσκολο να κρίνουμε.»

To find another planet like Earth, astronomers are focusing on the 'habitable zone' around stars--where it's not too hot and not too cold for liquid water to exist on the surface. Credit: NASA

Επιπρόσθετα, ο κ. Sasselov έδωσε έμφαση σε μια άλλη πτυχή που αφορά την ανάπτυξη ζωής σε εξωπλανήτες: το βαθμό δυσκολίας/ευκολίας να αναπτυχθεί η ζωή σε έναν πλανήτη, ακόμα κι αν υπάρχουν οι συνθήκες. «Μερικοί άνθρωποι πιστεύουν ότι εάν οι συνθήκες και το κλίμα υπάρχουν, όπως συμβαίνει σε μερικούς πλανήτες που μοιάζουν με τη Γη, η ζωή μπορεί να αναπτυχθεί. Από την άλλη πλευρά, μπορεί να αποδειχθεί ότι η Γη είναι ένας πολύτιμος μικρός πλανήτης με ζωή σ 'αυτήν και υπάρχουν μόνο μερικές χιλιάδες όπως αυτόν στον Γαλαξία. Δεν γνωρίζουμε την απάντηση και σε αυτό προσπαθεί να απαντήσει ο κλάδος που μελετά την προέλευσης της ζωής.»

Το νερό είναι πολύ συνηθισμένο στο Σύμπαν - δεν μπορείς να το αποφύγεις!

This artist's concept depicts Kepler-186f, the first validated Earth-size planet to orbit a distant star in the habitable zone -- a range of distance from a star where liquid water might pool on the planet's surface. The discovery of Kepler-186f confirms that Earth-size planets exist in the habitable zones of other stars and signals a significant step closer to finding a world similar to Earth. Credit: NASA

Μέχρι σήμερα, η έρευνα στο Γαλαξία μας έχει δείξει ότι το νερό είναι πολύ συνηθισμένο στο Σύμπαν. Συνήθως, το νερό θεωρείται απαραίτητο στοιχείο για την ανάπτυξη ζωής. Είναι όμως όντως έτσι;

Ο κ. Sasselov τόνισε ότι: «Η ζωή στη Γη λειτουργεί με το νερό ως διαλύτη. Τα μόρια απαιτούν νερό ως διαλύτη. Αλλά αυτό μπορεί να μην είναι το μοναδικό μονοπάτι. Μέχρι να γνωρίζουμε αν αυτό είναι το μοναδικό ή απλά μια από τις πολλές επιλογές, δεν μπορούμε να πούμε τίποτα με σιγουριά». Ουσιαστικά, ανιχνεύουμε νερό στο Γαλαξία μας τόσο συχνά, επειδή υπάρχει σε πολύ μεγάλες ποσότητες. Για παράδειγμα, νερό έχει εντοπιστεί σε καυτούς Δίες (hot Jupiters), γιγαντιαίους πλανήτες που βρίσκονται σε πολύ κοντινή τροχιά γύρω από τον αστέρα τους. Ωστόσο, αυτοί οι πλανήτες δεν μπορούν να κατοικηθούν επειδή η θερμοκρασία τους είναι εξαιρετικά υψηλή. Η κα. Tinetti πρόσθεσε ότι: «Η ζωή όπως τη γνωρίζουμε, απαιτεί υγρό νερό στην επιφάνεια. Εάν πρόκειται για μια πραγματική προϋπόθεση ή υπάρχουν άλλες μορφές ζωής που δεν συνδέονται απαραίτητα με το υγρό νερό, είναι μια ερώτηση που εξακολουθεί να μας απασχολεί και χρήζει έρευνας».

Με αποστολές όπως το TESS και το ARIEL, ευελπιστούμε ότι θα έρθουμε πιο κοντά σε απαντήσεις που αφορούν τα θεμελιώδη ερωτήματα της επιστήμης και της κοινωνίας: Πώς σχηματίζονται οι πλανήτες; Υπάρχουν άλλοι πλανήτες όπως η Γη; Θα μπορούσαν να φιλοξενήσουν ζωή; Υπάρχει άλλος τύπος ζωής;

Οι απαντήσεις θα μας βοηθήσουν να κατανοήσουμε καλύτερα όχι μόνο τη Γη και τη θέση μας στο Γαλαξία, αλλά και το Σύμπαν στο σύνολό του.

Πηγές: https://exoplanets.nasa.gov/ - https://phys.org/news/2017-08-nasa-transiting-exoplanet-survey-satellite.html - https://ariel-spacemission.eu/ - http://www.tovima.gr/science/article/?aid=925353