Άμεση απεικόνιση εξωπλανήτη. Rare image of Super-Jupiter sheds light on planet formation

Ο πλανήτης διακρίνεται ως κόκκινη κουκκίδα πάνω αριστερά. Η λάμψη του άστρου στο κέντρο έχει μπλοκαριστεί. False color, near infrared (wavelength 3.8 micrometers) image of the κ And ("Kappa Andromedae") system, generated from data collected in July 2012 with the Subaru Telescope in Hawai'i. Almost all of the light of the host star, on which the image is centered, has been removed through image processing; the host star is covered by the dark, software-generated disk in the center. The speckled pattern surrounding the software-generated mask at the center represents the residuals from the starlight subtraction. The Super-Jupiter κ And b is clearly visible to the upper left. It has a projected separation of 1.8 times the distance between Neptune and the Sun. Image credit: NAOJ / Subaru / J. Carson (College of Charleston) / T. Currie (University Toronto)

Από τους περίπου 850 εξωπλανήτες των οποίων η ύπαρξη έχει επιβεβαιωθεί μέχρι σήμερα, οι περισσότεροι έγιναν αντιληπτοί μόνο με έμμεσες μεθόδους. Τώρα, γερμανοί αστρονόμοι παρουσιάζουν μια από τις ελάχιστες πραγματικές εικόνες ενός τέτοιου κόσμου -δείχνει έναν γιγάντιο πλανήτη που περιφέρεται γύρω από ένα επίσης γιγάντιο άστρο σε απόσταση 170 ετών φωτός.

Άμεση απεικόνιση

Ο νέος εξωπλανήτης, ανακοίνωσε τη Δευτέρα το Ινστιτούτο Αστρονομίας Max Planck στη Χαϊδελβέργη, ήταν δυνατό να απεικονιστεί άμεσα κυρίως επειδή είναι πολύ νέος -το μητρικό του άστρο, το Κάππα της Ανδρομέδας, έχει ηλικία μόλις 30 εκατομμυρίων ετών, συγκριτικά με τα 4,6 δισεκατομμύρια χρόνια ζωής του Ήλιου.

The Subaru Telescope (NAOJ) on Mauna Kea, Hawaii.

Το στοιχείο-κλειδί είναι ότι, σε αντίθεση με τη Γη, η οποία έχει πλέον κρυώσει μετά τον σχηματισμό της, ο νέος γιγάντιος πλανήτης παραμένει ζεστός και εκπέμπει θερμότητα με τη μορφή υπέρυθρης ακτινοβολίας, η οποία καταγράφηκε με το ιαπωνικό τηλεσκόπιο Subaru που λειτουργεί στη Χαβάη.

Εκτός από το μεγάλο μέγεθος και την υπέρυθρη ακτινοβολία του, ένας άλλος παράγοντας που διευκόλυνε τον εντοπισμό του πλανήτη είναι η μεγάλη απόσταση που τον χωρίζει από το μητρικό του άστρο -περίπου 8 δισεκατομμύρια χιλιόμετρα, ή 1,8 φορές η απόσταση του Ποσειδώνα από τον Ήλιο.

Με χρήση προηγμένου λογισμικού

Οι ερευνητές χρησιμοποίησαν προηγμένο λογισμικό για να διακρίνουν το αμυδρό υπέρυθρο φως του πλανήτη μέσα στην εκτυφλωτική λάμψη του άστρου, το οποίο έχει μάζα 2,5 φορές μεγαλύτερη από του Ήλιου και είναι το μεγαλύτερο άστρο γύρω από το οποίο έχουν ανακαλυφθεί ως σήμερα πλανήτες.

A raw image of the star GJ 758. The color scale from black over red to white simply represents brightness, not actual color (the image is taken in the infrared at a wavelength 1.6 micrometers, outside of the range visible to the human eye). The black spots in the center are areas that were too bright for the camera to measure (in technical terms, the these detector pixels are saturated). The white beams are diffraction artifacts caused by the so-called "spider", i.e. the support structure that fixes the telescope's secondary mirror in front of the primary mirror. (Image: MPIA/Subaru)

Περιγράφοντας την τεχνική που χρησιμοποιήθηκε στην ανακάλυψη, ο δρ Κρίστιαν Τάλμαν, μέλος της ερευνητικής ομάδας, αναφέρει ότι το να προσπαθεί κανείς να εντοπίσει έναν πλανήτη μέσα στη λάμψη του μητρικού του άστρου είναι σαν να προσπαθεί να διακρίνει από απόσταση αρκετών χιλιομέτρων μια πυγολαμπίδα που πετά γύρω από έναν προβολέα των 300 Watt.

Αυτός εξάλλου είναι ο λόγος που οι περισσότεροι γνωστοί εξωπλανήτες έχουν γίνει αντιληπτοί μόνο από τις επιδράσεις που έχουν στην κίνηση και την φωτεινότητα των μητρικών τους άστρων. Μέχρι σήμερα, μόνο 11 πλανητικά συστήματα έχουν παρατηρηθεί άμεσα.

Final output image from the ADI observations of GJ 758, revealing previously unknown high-contrast objects nearby. B hast been identified as a bound substellar companion, possibly a planet, whereas the status of C is currently still unconfirmed. The scale bars provide a size comparison with members of our Solar System. (Image: MPIA/Subaru, Thalmann et al. 2009 ApJ Letters)

Η τεχνολογία όμως προχωρά με γρήγορους ρυθμούς, και οι αστρονόμοι ελπίζουν ότι τα τηλεσκόπια του μέλλοντος όχι μόνο θα διακρίνουν άμεσα αυτούς τους ξένους κόσμους, αλλά θα μπορούν και να αναλύουν τη φασματική υπογραφή της ατμόσφαιράς τους αναζητώντας σημεία ζωής.

Πρόκειται για «καφέ νάνο»;

Για να είμαστε πάντως ακριβείς, ο πλανήτης που φωτογράφισε το τηλεσκόπιο Subaru υπάρχει περίπτωση να μην είναι καν πλανήτης. Η τεράστια μάζα του αφήνει ανοιχτό το ενδεχόμενο να πρόκειται για «καφέ νάνο», ένα είδος μικρού, αμυδρού άστρου που δεν μπορεί να συντηρήσει τις αντιδράσεις σύντηξης που τροφοδοτούν τον Ήλιο.

Three false color images of the κ And ("Kappa Andromedae") system, generated from data collected in July 2012 with the Subaru Telescope in Hawai'i. Almost all of the light of the host star, on which the image is centered, has been removed through image processing; the host star is covered by the dark, software-generated disk in the center. In each image, the Super-Jupiter κ And b is visible to the upper left. Left: Near infrared image (wavelength between 1.2 and 2.4 micrometers). Center: A "signal-to-noise ratio map" generated from the left image. The whiteness of each speckle indicates that probability that we are dealing not with an artefact ("noise"), but with the trace of a real object ("signal"). The white feature toward the upper left, representing a high signal-to-noise value, indicates the high-confidence, super-Jupiter detection. Right: Near infrared image (wavelength: 3,8 micrometers). Image credit: NAOJ / Subaru / J. Carson(College of Charleston) / T. Currie (University Toronto)

Το πιθανότερο όμως είναι ότι το αντικείμενο της εικόνας είναι πλανήτης, αναφέρουν οι ερευνητές στην επιθεώρηση «Astrophysical Journal Letters». H μελέτη είναι επίσης διαθέσιμη στην υπηρεσία προδημοσίευσης arXiv.

Πέντε συχνές παρανοήσεις σχετικά με το μποζόνιο Higgs, Top 5 common misconceptions about the Higgs particle

Διαφάνεια από την πρόσφατη ομιλία του φυσικού Mark Kruse. An interpretive drawing of physicist Mark Kruse's recent talk in Raleigh. Credit: Perrin Ireland

Η περιγραφή μιας φυσικής θεωρίας είναι ακριβής εφόσον χρησιμοποιείται η μαθηματική γλώσσα. Όταν όμως επιχειρείται η εκλαΐκευσή της, τότε δημιουργούνται παρανοήσεις και παρερμηνείες. Κάτι τέτοιο συνέβη και με το σωματίδιο Higgs, του οποίου η ανακάλυψη ανακοινώθηκε στις αρχές Ιουλίου.

 Mark C. Kruse

Ο φυσικός Mark Kruse , από το πανεπιστήμιο Duke, εντόπισε τις παρερμηνείες που κυκλοφορούν σε εκλαϊκευτικά άρθρα σχετικά με το Higgs, και τις παρουσίασε σε δημοσιογράφους που ασχολούνται με επιστημονικά θέματα.

Στη διάλεξη που έδωσε περιέγραψε τις 5 βασικές παρανοήσεις που γίνονται κατά την εκλαΐκευση θεμάτων σχετικά με το σωματίδιο Higgs:

Παρανόηση 1η: Το σωματίδιο Higgs δίνει μάζα στα άλλα σωματίδια

Διόρθωση: Οι μάζες των θεμελιωδών σωματιδίων προέρχονται από τις αλληλεπιδράσεις με το πεδίο Higgs

Ακούμε αυτή τη δήλωση συνεχώς, αλλά πως γίνεται ένα σωματίδιο να «δίνει» μάζα σε κάποιο άλλο. Το πεδίο Higgs είναι αυτό που προσδίδει μάζα σε στοιχειώδη σωματίδια όπως τα ηλεκτρόνια, τα νετρίνα και τα quarks. Tο σωματίδιο Higgs είναι μια συνέπεια του πεδίου Higgs. Η ανακάλυψη του σωματιδίου Higgs αποδεικνύει την ύπαρξη του πεδίου Higgs. Στα μαθηματικά που χρησιμοποιούν οι φυσικοί για να κατανοήσουν το μποζόνιο και το πεδίο Higgs, υπάρχει ένα τμήμα σε μια εξίσωση στο οποίο θεωρούν την ύπαρξη του μποζονίου Higgs, ως ενός σημειακού σωματιδίου που προκύπτει από την «συστροφή» του πεδίου Higgs στον εαυτό του – όπως ένας κόμπος στον ιστό της αράχνης. Οι φυσικοί δεν θεωρούν πως το μποζόνιο Higgs μπορεί να δίνει από μόνο του οιαδήποτε μάζα, όμως αλληλεπιδρώντας με τα άλλα σωματίδια, υποστηρίζουν ότι το πεδίο Higgs δημιουργεί «αντίσταση» στην κίνηση των σωματιδίων, και ως εκ τούτου προκύπτει η μάζα τους.

Παρανόηση 2η: Το πεδίο Higgs δημιουργεί την μάζα των πάντων.

Διόρθωση: Το πεδίο Higgs δημιουργεί τη μάζα του 1% της παρατηρήσιμης μάζας στο σύμπαν και πιθανώς όλης της σκοτεινής ύλης.

Το πεδίο Higgs ευθύνεται για την μάζα των quarks, από τα οποία αποτελούνται τα πρωτόνια και τα νετρόνια, που με τη σειρά τους σχηματίζουν τους πυρήνες των ατόμων. Η μάζα των quarks αντιπροσωπεύει μόνο το 1% της μάζας ενός πρωτονίου ή νετρονίου. Το υπόλοιπο 99% προέρχεται από την ενέργεια σύνδεσης των πρωτονίων και νετρονίων, μέσω της οποίας τα συστατικά τους (τα quarks) διατηρούνται συνδεδεμένα μεταξύ τους. Μπορεί να φαίνεται μικρό το ποσοστό της ύλης, η μάζα της οποίας καθορίζεται από το πεδίο Higgs, πρόκειται όμως για την μάζα των θεμελιωδών συστατικών του σύμπαντος. Το πεδίο Higgs έχει απίστευτες συνέπειες στη δομή των ατόμων και των μορίων. Χωρίς αυτό η μάζα των ηλεκτρονίων για παράδειγμα θα ήταν μηδενική και τα άτομα και εμείς μαζί θα είχαμε διαλυθεί. Πέραν της γνωστής ύλης, υπάρχει και η σκοτεινή ύλη που αλληλεπιδρά ελάχιστα με την γνωστή μας ύλη, και αποτελεί το 80% της συνολικής ύλης του σύμπαντος. Επειδή έχει σημαντική μάζα πρέπει να αλληλεπιδρά με το πεδίο Higgs και αυτό είναι ένα σημαντικό ζήτημα στην σημερινή έρευνα των υψηλών ενεργειών.

Παρανόηση 3η: Το μποζόνιο Higgs δημιουργεί το πεδίο Higgs

Διόρθωση: Το πεδίο Higgs δημιουργεί το μποζόνιο Higgs.

Το μποζόνιο Higgs είναι μια συνέπεια του πεδίου Higgs. To ίδιο το πεδίο γίνεται αισθητό ως θεμελιώδη σωμάτια στο πολύ πρώιμο σύμπαν, περίπου στο ένα δισεκατομμυριοστό του δευτερολέπτου μετά τη Μεγάλη Έκρηξη, όταν μια θεμελιώδης συμμετρία το σύμπαντος – η ηλεκτρασθενής – έσπασε.

Παρανόηση 4η: Το πεδίο Higgs είναι αυτό που οι επιστήμονες ονόμαζαν στο παρελθόν αιθέρα.

Διόρθωση: Το πεδίο Higgs δεν είναι ένα μέσο. Είναι ένα πεδίο ενέργειας.

Animation : Journey to discover the nature of mass (the Higgs Field)

Στα τέλη του 1800 οι επιστήμονες αντιλαμβάνονταν τον αιθέρα ως το μέσο στο οποίο διαδίδονταν τα ηλεκτρομαγνητικά κύματα ή το φως – όπως τα ηχητικά κύματα για να διαδοθούν χρειάζονται κάποιο μέσο (π.χ. αέρα). Η υπόθεση του αιθέρα εγκαταλείφθηκε οριστικά με την έλευση της θεωρίας της σχετικότητας του Einstein. Όταν φυσικοί και συγγραφείς προσπαθούν να εξηγήσουν το πεδίο Higgs, το περιγράφουν σαν γλοιώδες – κολλώδες μέσο, στο οποίο τα σωματίδια συναντούν δυσκολία στην κίνησή τους και η αντίσταση που αισθάνονται δημιουργεί τη μάζα τους. Το πεδίο βέβαια δεν είναι κάποια κολλώδης επιβραδυντική ουσία. Δεν είναι ένα μέσο, αλλά μάλλον ένας τύπος ενέργειας που διαποτίζει ομοιόμορφα όλο το χώρο.

Παρανόηση 5η: Υπήρξε κάποια στιγμή που χαρακτηρίζεται ως η «στιγμή εύρηκα» για την ανακάλυψη του μποζονίου Higgs.

Διόρθωση: Δεν θα υπάρξουν ποτέ στιγμές εύρηκα για ανακαλύψεις όπως το μποζόνιο Higgs και το πεδίο Higgs στον Μεγάλο Επιταχυντή Αδρονίων.

Η ανακάλυψη βασίζεται στη συνεχή συσσώρευση αποδεικτικών στοιχείων, τα οποία σε κάποιο συγκεκριμένο σημείο θα θεωρηθούν αρκετά ισχυρά υπέρ της ύπαρξης του Higgs ή καλύτερα, η πιθανότητα πίσω από τα δεδομένα αυτά να κρύβεται κάτι άλλο θα είναι πολύ μικρή.

«Περιπλανώμενο» άστρο άλλαξε την τροχιά της Γης, Rogue Star Changed The Earth’s Orbit Says Harvard-Smithsonian Astronomer

Our solar system: All the planets in our system orbit at angles to the sun's equator. A new theory suggests they may have been pulled out of whack by a nearby stellar neighbour that has long ago left the scene

Μια ανατρεπτική αλλά ιδιαίτερα ενδιαφέρουσα θεωρία για την κίνηση των πλανητών στο ηλιακό μας σύστημα που εξάπτει τη φαντασία ανέπτυξε ένας επιστήμονας στις ΗΠΑ. Σύμφωνα με αυτή τη θεωρία, στις απαρχές της δημιουργίας του ηλιακού μας συστήματος έκανε την εμφάνιση του στην περιοχή ένα άστρο που οι ειδικοί χαρακτηρίζουν ως «περιπλανώμενο». Οι βαρυτικές αλληλεπιδράσεις που προκλήθηκαν από την παρουσία αυτού του άστρου μετέβαλαν την τροχιά των περισσότερων πλανητών, συμπεριλαμβανομένης της Γης.

Η τροχιά της Γης

Τη θεωρία ανέπτυξε ο Κονσταντίν Μπάτιγκιν, του Κέντρου Αστροφυσικής Harvard-Smithsonian που θέλησε να δώσει μια εξήγηση στο γιατί οι πλανήτες του ηλιακού μας συστήματος κινούνται με τροχιακή κλίση προς τον ισημερινό του Ήλιου  Η Γη κινείται με τροχιακή κλίση 7 μοιρών.

Batygin shows that misaligned orbits can be a natural consequence of disk migration in binary systems whose orbital plane is uncorrelated with the spin axes of the individual stars. The gravitational torques arising from the dynamical evolution of idealized proto-planetary disks under perturbations from massive distant bodies act to misalign the orbital planes of the disks relative to the spin poles of their host stars. Credit: Nature/Konstantin Batygin

Ο Μπάτιγκιν πιστεύει ότι αρχικά όλοι πλανήτες κινούνταν «τακτοποιημένα» γύρω από τον ισημερινό του Ήλιου. Όμως κάποια στιγμή έκανε την εμφάνιση του στη  γειτονιά μας ένα άστρο που κινείτο ελεύθερα στο Διάστημα. Σύμφωνα με τον ερευνητή ,το πέρασμα αυτού του άστρου από το ηλιακό μας σύστημα και οι βαρυτικές αλληλεπιδράσεις που συνόδεψαν την παρουσία του στην περιοχή μας, «τρέλαναν» τους πλανήτες βγάζοντάς τους από τη φυσιολογική τροχιά τους.

Artist’s conceptualization of the dusty protoplanetary system as planets form. Credit: Gemini Observatory / AURA artwork by Lynette Cook

Έχουν διατυπωθεί διάφορες θεωρίες για αυτή την ακανόνιστη τροχιακή κίνηση των πλανητών του ηλιακού μας συστήματος. Μια εξ αυτών δείχνει ως «ένοχο» κάποιον πλανήτη που υπήρχε στο ηλιακό μας σύστημα και «εκδιώχθηκε» από αυτό, με αποτέλεσμα η απομάκρυνσή του να προκαλέσει τη μεταβολή της τροχιάς των υπόλοιπων πλανητών.

Είναι η πρώτη φορά που γίνεται λόγος για κάποιο άστρο το οποίο πιθανώς επηρέασε την τροχιά των πλανητών του ηλιακού μας συστήματος. Η έρευνα δημοσιεύεται στην επιθεώρηση «Nature».

Πώς ανακαλύπτουμε εξωπλανήτες; Methods of detecting extrasolar planets

An artist's conception of two Pluto-sized dwarf planets in a collision around Vega. NASA/JPL-Caltech/T. Pyle (SSC/Caltech)

Εξωπλανήτες ονομάζονται οι πλανήτες που περιφέρονται γύρω από μακρινά άστρα και, επομένως, ανήκουν σε άλλα πλανητικά συστήματα και όχι στο δικό μας ηλιακό σύστημα. Τα τελευταία 17 χρόνια έχουν ανακαλυφθεί περισσότεροι από 800 - και ο κατάλογος μεγαλώνει με ταχύ ρυθμό, δείχνοντας ότι τα άστρα με πλανητικά συστήματα είναι κάτι συνηθισμένο στον Γαλαξία μας. Η μέθοδος που χρησιμοποιήθηκε για την ανακάλυψη του πρώτου εξωπλανήτη συνεχίζει να είναι επίκαιρη ακόμη και σήμερα, αφού βρίσκεται πίσω όχι μόνο από την ανακάλυψη του μεγαλύτερου ποσοστού από τους 800, αλλά και από τον πρόσφατο εντοπισμό ενός εξωπλανήτη στο κοντινότερο σ' εμάς άστρο, το α του Κενταύρου. Υπάρχουν όμως και άλλες μέθοδοι για την αναζήτηση εξωπλανητών, που είναι μάλιστα περισσότερο κατάλληλες για το κυνήγι πλανητών στο μέγεθος της Γης και στη «σωστή» απόσταση από το μητρικό τους άστρο, ώστε να μπορούν να φιλοξενούν ζωή.

Απευθείας φωτογράφιση

Direct image of exoplanets around the star HR8799 using a Vortex coronagraph on a 1.5m portion of the Hale telescope. NASA/JPL-Caltech/Palomar Observatory

Η προφανής μέθοδος αναζήτησης εξωπλανητών είναι φυσικά και η απλούστερη: να προσπαθήσουμε να φωτογραφίσουμε τον πλανήτη με ένα τηλεσκόπιο. Το πρόβλημα με αυτή τη μέθοδο είναι ότι οι πλανήτες δεν έχουν δικό τους φως αλλά απλά ανακλούν το φως του άστρου γύρω από το οποίο περιφέρονται. Επειδή επιπλέον οι πλανήτες είναι πολύ μικρότεροι από τα άστρα, το φως τους είναι περισσότερο από ένα εκατομμύριο φορές πιο αμυδρό από των άστρων. Έτσι το φως του άστρου υπερκαλύπτει το φως του πλανήτη, και ο τελευταίος δεν φαίνεται καθόλου! Είναι σαν να προσπαθεί κάποιος να παρατηρήσει ένα άστρο, βάζοντας έναν αναμμένο αναπτήρα δίπλα στο μάτι του. Παρ' όλες τις δυσκολίες, τα τελευταία χρόνια έχουν αναπτυχθεί μέθοδοι που επέτρεψαν την απευθείας φωτογράφιση εξωπλανητών, όπως για παράδειγμα είναι το πλανητικό σύστημα των τριών πλανητών γύρω από το άστρο HR8799. Η φωτογραφία ελήφθη από το μεγάλο τηλεσκόπιο του όρους Πάλομαρ των ΗΠΑ, με τη βοήθεια μιας πρωτοποριακής διάταξης, που «σβήνει» το φως του κεντρικού άστρου. Η συντριπτική πλειονότητα όμως των γνωστών εξωπλανητών έχει ανακαλυφθεί με άλλες μεθόδους, τις πιο σημαντικές από τις οποίες αναφέρω στη συνέχεια.

Με την ταχύτητα της κίνησης

Animation of a transiting planet. The lower panel shows real data of a transit of the planet of the star HD209458. (Observations were performed in the night of 26-27 July 2000 by Deeg and Garrido at the 0.9m Sierra Nevada Telescope of IAA, Granada). The upper panel shows a simulation of the transit, with realistic size-relations between the planet and the star.

Οι περισσότεροι ως σήμερα εξωπλανήτες έχουν ανακαλυφθεί με μια μέθοδο η οποία ανιχνεύει την ταχύτητα της κίνησης του κεντρικού άστρου, εξαιτίας της περιφοράς του εξωπλανήτη γύρω από αυτό. Επειδή κανένα σώμα στο Σύμπαν δεν είναι «καρφωμένο» στη θέση του, τόσο ο πλανήτης όσο και το μητρικό άστρο κινούνται γύρω από το κέντρο μάζας του πλανητικού συστήματος. Οι αστρονόμοι από τη Γη καταγράφουν το φάσμα του φωτός του άστρου και μετρούν με ακρίβεια τη θέση των φασματικών γραμμών, οι οποίες οφείλονται στην απορρόφηση του φωτός της φωτόσφαιρας του άστρου από την ατμόσφαιρά του. Όταν κατά την κίνησή του γύρω από το κέντρο μάζας το άστρο απομακρύνεται από εμάς, τότε οι φασματικές γραμμές φαίνονται σε μεγαλύτερα μήκη κύματος από το πραγματικό και όταν το άστρο πλησιάζει, φαίνονται σε μικρότερα. Είναι το ίδιο φυσικό φαινόμενο που κάνει την κόρνα ενός αυτοκινήτου όταν αυτό πλησιάζει να ακούγεται πιο «πρίμα» και όταν απομακρύνεται πιο «μπάσα» από το κανονικό. Από αυτή την περιοδική «ταλάντωση» των φασματικών γραμμών ανιχνεύεται η παρουσία του εξωπλανήτη, του οποίου μπορούμε να μετρήσουμε την περίοδο περιφοράς γύρω από το μητρικό άστρο καθώς και να εκτιμήσουμε τη μάζα του. Το μεγάλο τηλεσκόπιο των 3,6 μέτρων του Ευρωπαϊκού Αστεροσκοπείου του Νότου έχει εξοπλισθεί με έναν εξελιγμένο φασματογράφο, ο οποίος μπορεί να μετρήσει ταχύτητα κίνησης του άστρου μόλις 3,5 χιλιομέτρων την ώρα, δηλαδή όση είναι η ταχύτητα ενός ανθρώπου που περπατάει. Με αυτό το υπερευαίσθητο όργανο έχουν ανακαλυφθεί ως σήμερα 75 εξωπλανήτες.

Με την ανίχνευση της έκλειψης

The Kepler Mission, A NASA mission which is able to detect extrasolar planets

Μια άλλη μέθοδος ανακάλυψης εξωπλανητών είναι η ανίχνευση της «έκλειψης» που προκαλεί η διέλευσή τους μπροστά από το μητρικό άστρο. Η μέθοδος αυτή είναι δυνατό να εφαρμοστεί αυτοματοποιημένα και «μαζικά», με τη συνεχή φωτογράφιση μιας περιοχής του ουρανού που έχει χιλιάδες άστρα. Στη συνέχεια ένας υπολογιστής συγκρίνει τις φωτογραφίες των άστρων στις διάφορες χρονικές στιγμές, αναζητώντας ανεπαίσθητες μειώσεις της λαμπρότητάς τους. Το ποσοστό μείωσης της λαμπρότητας εξαρτάται από τη διάμετρο του πλανήτη, οπότε η μέθοδος αυτή έχει το πλεονέκτημα ότι μας δίνει μια πληροφορία που δεν μπορεί να δώσει η προηγούμενη, δηλαδή την ακτίνα του εξωπλανήτη. Επιπλέον, επειδή στο φάσμα του άστρου προστίθεται και το φάσμα της ατμόσφαιρας του πλανήτη, μπορούμε να διαπιστώσουμε τη χημική της σύσταση. Με τη μέθοδο αυτή έχουν ανακαλυφθεί ως σήμερα χιλιάδες εξωπλανήτες, αλλά επειδή η μείωση της παρατηρούμενης λαμπρότητας μπορεί να οφείλεται και σε άλλους παράγοντες, απαιτείται η επιβεβαίωση της ανακάλυψης με άλλες μεθόδους προτού θεωρηθεί οριστική.

Οι βαρυτικοί φακοί «πιάνουν» και τους ελεύθερους

Gravitational Microlensing

Μια από τις πιο σύγχρονες μεθόδους αναζήτησης εξωπλανητών είναι αυτή που στηρίζεται στο φαινόμενο των βαρυτικών φακών. Σύμφωνα με τη Γενική Θεωρία της Σχετικότητας, το βαρυτικό πεδίο ενός σώματος «κάμπτει» τις φωτεινές ακτίνες, ακριβώς όπως και ένας φακός. Με αυτό το φαινόμενο έχουν παρατηρηθεί πολύ απομακρυσμένοι γαλαξίες, επειδή το φως τους «συγκεντρώνεται» προς την κατεύθυνση της Γης από το βαρυτικό πεδίο μεγάλων σμηνών άλλων γαλαξιών, οι οποίοι βρίσκονται σε μικρότερη απόσταση. Το ίδιο φαινόμενο, αλλά σε μικρότερη κλίμακα, μπορεί να προκαλέσει την ανεπαίσθητη μείωση της λαμπρότητας ενός άστρου, λόγω της διέλευσης κάποιου πλανήτη μεταξύ του άστρου και της Γης. Με αυτή τη μέθοδο έχουν ανακαλυφθεί ως σήμερα μόνο 13 εξωπλανήτες, αλλά η απόδοσή της αναμένεται να αυξηθεί στο μέλλον, επειδή μπορεί να ανιχνεύει όχι μόνο πλανήτες σε μεγάλες αποστάσεις από το μητρικό τους άστρο, αλλά ακόμη και ελεύθερους πλανήτες, οι οποίοι δεν ανήκουν σε κάποιο πλανητικό σύστημα αλλά κινούνται ελεύθεροι στον διαστρικό χώρο. Σύμφωνα με πρόσφατες εκτιμήσεις, στον Γαλαξία μας οι ελεύθεροι πλανήτες είναι δύο φορές περισσότεροι από ό,τι τα άστρα και ο πρώτος απ' αυτούς ανιχνεύτηκε πριν από λίγες ημέρες («Ο πλανήτης Ολιβερ Τουϊστ»).

Είναι φανερό ότι οι διάφορες μέθοδοι αναζήτησης εξωπλανητών είναι κατά βάση αλληλοσυμπληρωματικές, γεγονός που εξασφαλίζει ότι μπορούμε πια να ανακαλύψουμε εξωπλανήτες όλων των κατηγοριών: μικρούς ή μεγάλους και κοντά ή μακριά από το μητρικό τους άστρο. Οι αστρονόμοι περιμένουν πολύ σύντομα την ανακάλυψη ενός εξωπλανήτη με τα χαρακτηριστικά της Γης, δηλαδή με παρόμοια μάζα και σε παρόμοια απόσταση από το μητρικό άστρο, το οποίο θα έχει παρόμοια θερμοκρασία με τον Ήλιο. Ένας τέτοιος πλανήτης θα βρίσκεται στη ζώνη βιωσιμότητας του μητρικού άστρου, έτσι ώστε να είναι δυνατή η ανάπτυξη ζωής σε αυτόν.

Χάρης Βάρβογλης 

Οι Νεάντερταλ «όντως εφηύραν τις κρουαζιέρες στη Μεσόγειο», Anthropologist suggests Mediterranean islands inhabited much earlier than thought

Early occupation. Sites such as Akrotiri Aetokremnos on the southern coast of Cyprus [(A), overview and hearth feature] are providing evidence for pre-Neolithic occupation of Mediterranean islands. Other sites, including PPNB Ais Giorkis [(B), overview and female stone figurine] and PPNA Klimonas [(C), communal building and projectile point], demonstrate their occupation during the early Neolithic. The scale bars correspond to 0.5 m for the hearth, 10 cm for the figurine, and 5 cm for the projectile point.

Η πρόσφατη ελληνική μελέτη που έδειχνε ότι οι Νεάντερταλ όργωναν τη Μεσόγειο δείχνει να επιβεβαιώνεται από νέα έρευνα στο περιοδικό Science, σύμφωνα με την οποία η Κρήτη, η Κύπρος και άλλα απομακρυσμένα νησιά αποικίστηκαν πολύ νωρίτερα από ό,τι είχε εκτιμηθεί, πριν ακόμα φτάσει στην περιοχή ο σύγχρονος άνθρωπος.

Ένα δόντι από το Γύθειο αποκαλύπτει τις μετακινήσεις των Νεάντερταλ. Το δόντι 40.000 ετών βρέθηκε μέσα σε παράκτια σπηλιά και διατηρείται σε άριστη κατάσταση  

Οι Νεάντερταλ (Homo neanderthalensis) ήταν ξάδελφοι του σύγχρονου ανθρώπου που πρόλαβαν να κατακτήσουν μεγάλο μέρος της Ευρώπης πριν εξαφανιστούν πριν από περίπου 30.000 χρόνια. Είναι γνωστό ότι ζούσαν στην ηπειρωτική Ελλάδα, όπως για παράδειγμα στο Γύθειο, όχι όμως και σε απομακρυσμένα νησιά.

Μέχρι πριν από 20 χρόνια, αρχαιολόγοι και ανθρωπολόγοι εκτιμούσαν ότι τα νησιά του Αιγαίου αποικίστηκαν για πρώτη φορά πριν από περίπου 9.000 χρόνια από κτηνοτρόφους και γεωργούς Homo sapiens.

Anthropologist Alan Simmons of the University of Nevada has published a perspective piece in the journal Science suggesting that the Mediterranean islands were inhabited far earlier than has been thought. Rather than the first inhabitation of such islands as Cyprus and Crete occurring roughly 9,000 years ago, he suggests it might have been as many as 170,000. NASA photograph of Crete. Credit: NASA

Τα τελευταία χρόνια, όμως, συσσωρεύονται ενδείξεις ότι οι πρώτοι άνθρωποι έφτασαν στα ελληνικά νησιά πολύ νωρίτερα. Για παράδειγμα, ελληνική γεωλογική μελέτη που δημοσιεύτηκε φέτος το Μάρτιο στο Journal of Archaeological Science έδειχνε ότι οι ίσως Νεάντερταλ μετακινούνταν ανάμεσα σε νησιά της Μεσογείου -είτε με πλοία είτε κολυμπώντας- πριν από 100.000 χρόνια.

Τα ευρήματα στα ελληνικά νησιά είναι δύσκολο να χρονολογηθούν, φαίνεται όμως ότι είναι τόσο αρχαία ώστε είναι απίθανο να προέρχονται από τον σύγχρονο άνθρωπο, ο οποίος εμφανίστηκε στην Αφρική πριν από 200 με 100 χιλιάδες χρόνια και εισήλθε στην Ευρώπη πριν από περίπου 35.000 χρόνια.

Η θεωρία ότι οι Νεάντερταλ -ή κάποιος άλλος πρώιμος συγγενής του ανθρώπου- ήταν θαλασσοπόροι ενισχύεται τώρα από μελέτη του Άλαν Σίμονς του Πανεπιστημίου της Νεβάδα στο Λας Βέγκας. 

Άποψη του Σπηλαίου Φράγχθι από το χωριό της Κοιλάδας, Franchthi Cave in Argolida, Greece

Η μελέτη αναφέρεται σε εργαλεία από οψιδιανό λίθο που προερχόταν από τη Μήλο αλλά βρέθηκαν στο σπήλαιο Φράγθχι στην Πελοπόννησο και χρονολογήθηκαν στα 11.000 χρόνια.

Στην περίπτωση της Κύπρου, «βρέθηκαν ενδείξεις ότι οι κυνηγοί ενδέχεται να οδήγησαν στην εξαφάνιση των πυγμαίων ιπποποτάμων πριν από περίπου 12.000 χρόνια» αναφέρει ο Δρ Σίμονς. Αυτό, επισημαίνει, δείχνει ότι οι πρώτοι άποικοι του νησιού ήταν κυνηγοί-τροφοσυλλέκτες και όχι γεωργοί και κτηνοτρόφοι όπως θέλει η κρατούσα θεωρία.

Ακόμα αρχαιότερα, ηλικίας περίπου 110.000 ετών, είναι τα λίθινα εργαλεία σε νησιά του νότιου Ιονίου, ενώ στην Κρήτη έχουν βρεθεί εργαλεία από χαλαζία έως και 170.000 ετών. Δεδομένου ότι η Κρήτη απέχει περίπου 160 χιλιόμετρα από την ηπειρωτική Ελλάδα, το ταξίδι πρέπει να ήταν πραγματικός άθλος.

Ο Δρ Σίμονς παραδέχεται ότι η χρονολόγηση των ευρημάτων μπορεί να θεωρηθεί αμφισβητήσιμη. Τα ευρήματα είναι τόσο παλιά ώστε ξεπερνούν τις δυνατότητες χρονολόγησης με τη μέθοδο του άνθρακα-14, και η ηλικία τους συμπεραίνεται από τα στρώματα ανάμεσα στα οποία βρέθηκαν.

Homo neanderthalensis. Image from the Smithsonian Museum of Natural History

Ο ερευνητής πιστεύει πάντως ότι τα νησιά κατακτήθηκαν από θαλασσοπόρους Νεάντερταλ, ή ακόμα και από τους Homo erectus, ακόμα αρχαιότερους προγόνους του σύγχρονου ανθρώπου.

Όπως λέει ο ίδιος, «αν τα αρχαία ευρήματα στη Μεσόγειο μπορέσουν να επιβεβαιωθούν, θα είναι πια σαφές ότι οι Homo erectus, οι Νεάντερταλ, ή και οι δύο, είχαν τις ικανότητες και τη νοημοσύνη να κατασκευάζουν βάρκες».

Πύραυνος - Χύτρα ταχύτητος... 2.700 ετών

Ο πρώτος πλήρως σωζόμενος αρχαίος πύραυνος βρέθηκε σε τάφο... νοικοκυράς κατά τη διάρκεια των ανασκαφών στο νεκροταφείο της Αξιούπολης στην Μακεδονία.

Κάποια αρχαία νοικοκυρά πήρε μαζί της στον άλλο κόσμο την αγαπημένη της χύτρα και έτσι έφτασε μέχρι τις μέρες μας η πρώτη πλήρως σωζόμενη «χύτρα ταχύτητας» ηλικίας 2.700 χρόνων, που βρέθηκε σε νεκροταφείο της περιοχής Αξιούπολη Κιλκίς και πρόκειται να παρουσιαστεί σε συνέδριο για την Κεραμική της Αρχαϊκής Εποχής που αρχίζει την Πέμπτη στη Θεσσαλονίκη.

Ο αρχαίος πύραυνος -όπως είναι η ονομασία του αρχαίου σκεύους, προδρομική μορφή της χύτρας ταχύτητας της εποχής μας- εντοπίστηκε σε νεκροταφείο που ανέσκαψε και τα ευρήματά του θα παρουσιάσει η αρχαιολόγος της 16ης Εφορίας Κλασικών και Προϊστορικών Αρχαιοτήτων, Θ. Σαββοπούλου.

Κατά τη διάρκεια των ανασκαφών ανακαλύφθηκαν συνολικά πέντε πύραυνοι, μόνο ένας όμως σε κατάσταση τέτοια που μπορούσε να αποκατασταθεί η αρχική του εικόνα και να συντηρηθεί, αποτελώντας το πιο ολοκληρωμένο παράδειγμα αυτού του τύπου μαγειρικών σκευών. Οι πύραυνοι είναι μεγάλα αγγεία με ειδική κατασκευή, απαραίτητα για την κατασκευή του φαγητού. Η κατασκευή είναι εντυπωσιακή, λαμβάνοντας υπόψη ότι το ύψος του αγγείου είναι 0,38μ., το βάρος του 14 κιλά -υπολογίζεται ότι με τα τμήματα που λείπουν θα έφτανε τα 15 κιλά- ενώ η χωρητικότητά του είναι περίπου 20 λίτρα.

Όπως εξηγεί η κ. Σαββοπούλου, αποτελείται «από ένα εσωτερικό πιθόσχημο αγγείο με μικρή κυκλική επίπεδη βάση και έχει συγκολλημένη στο ύψος του ώμου εξωτερική περιμετρική `ποδιά' με οπές εξαερισμού σε δύο σειρές.

Η επάνω έχει 4 οπές και η κάτω 2 για την κυκλοφορία του αέρα και την αναζωπύρωση της φωτιάς. Δύο λαβές συγκρατούν ταυτόχρονα το εσωτερικό αγγείο και το εξωτερικό τμήμα για την τοποθέτησή του στην εστία».

Στον πύραυνο της Αξιούπολης κατά την κ. Σαββοπούλου «συμπυκνώνεται όλη η τεχνογνωσία της εποχής και η επιδεξιότητα του τεχνίτη και σχετίζεται με τις διατροφικές συνήθειες της κοινωνίας που χρησιμοποιούσε το σκεύος για την προετοιμασία της καθημερινής του διατροφής.

ΣΥΝΕΔΡΙΟ ΚΕΡΑΜΙΚΗΣ

Το συνέδριο για την Κεραμική των Αρχαϊκών Χρόνων στο Βόρειο Αιγαίο και την περιφέρειά του διοργανώνεται από τον τομέα αρχαιολογίας του τμήματος Iστορίας και Aρχαιολογίας του ΑΠΘ και το Αρχαιολογικό Ινστιτούτο Μακεδονικών και Θρακικών Σπουδών του ΥΠΠΟ με τη συμμετοχή 54 ερευνητών από την Ελλάδα και το εξωτερικό, με συνολικά 42 πρωτότυπες ανακοινώσεις και παρουσίαση ευρημάτων από την ΠΓΔΜ και τη Βουλγαρία. Ανάμεσα στους εισηγητές είναι οι Λίλλιαν Αχειλαρά, Γεώργιος Ζάχος, Γεωργία Καραμήτρου-Μεντεσίδη, Βασιλική Μισαηλίδου-Δεσποτίδου, Μιχάλης Τιβέριος.

Τεχνητοί μύες - «προϊόντα» νανοτεχνολογίας. Researchers Create Carbon Nanotube Muscles

Οι τεχνητοί μύες που δημιούργησε η διεθνής ερευνητική ομάδα παράγουν 85 φορές περισσότερη ενέργεια σε σύγκριση με έναν ανθρώπινο μυ αντίστοιχου μεγέθους

Ερευνητές από το Πανεπιστήμιο του Τέξας στο Ντάλας δημιούργησαν τεχνητούς, σούπερ-ισχυρούς μυς οι οποίοι υπόσχονται να μεταφέρουν την επιστημονική φαντασία στην πραγματική ζωή.

Πλήθος εφαρμογών

Το νέο επίτευγμα αναμένεται να «γεννήσει» μεταξύ άλλων υπερ-ρομπότ, ρούχα τα οποία θα γίνονται από μόνα τους πιο ζεστά όταν κάνει κρύο αλλά και περσίδες που θα κλείνουν με… δική τους πρωτοβουλία όταν έχει ήλιο.

ARTIFICIAL MUSCLE: This scanning electron micrograph shows a carbon nanotube sheet being drawn from a cluster of nanotubes (also referred to as a nanotube forest). An artificial muscle made from a sheet of these carbon nanotubes can operate at extreme low temperatures that would cause other artificial muscle systems to freeze and at very high temperatures that would cause other muscle systems to decompose. Image: © MEI ZHANG

Οι τεχνητοί μύες είναι φτιαγμένοι από νήματα-«προϊόντα» της νανοτεχνολογίας τα οποία δημιουργούν ένα κυλινδρικό σχήμα και γεμίζουν με κερί παραφίνης. Μπορούν να σηκώσουν βάρος 100.000 φορές μεγαλύτερο από το δικό τους και να παραγάγουν 85 φορές περισσότερη ενέργεια σε σύγκριση με έναν αντίστοιχου μεγέθους ανθρώπινο μυ.

Το υλικό το οποίο μπορεί να υφανθεί, να ραφτεί ή να πλεχτεί είναι δυνατόν να χρησιμοποιηθεί σε «έξυπνα» υλικά και υφάσματα.

Σύμφωνα με τον δρα Ρέι Μπάουγκμαν, επικεφαλής της διεθνούς ερευνητικής ομάδας η οποία αποτελείται από ειδικούς στην Αυστραλία, στην Κίνα, στη Νότια Κορέα, στον Καναδά και στη Βραζιλία, ρούχα τα οποία θα είναι φτιαγμένα από το νανονήμα θα μπορούν να γίνονται πιο ζεστά «αποκρινόμενα» στις αλλαγές θερμοκρασίας ή και να προσφέρουν περισσότερη προστασία όταν στο περιβάλλον υπάρχουν επικίνδυνα χημικά.

To σχήμα των νανονημάτων από τα οποία δημιουργούνται οι τεχνητοί μύες

Ουσιαστικώς οι τεχνητοί μύες αποτελούν νήματα κατασκευασμένα από νανοσωλήνες άνθρακα – κενούς κυλίνδρους φτιαγμένους από τον ίδιο τύπο στρωμάτων γραφίτη που βρίσκει κάποιος στο εσωτερικό των συμβατικών μολυβιών. Παρ' ότι οι νανοσωλήνες αυτοί μπορεί να είναι 10.000 φορές πιο λεπτοί από τη διάμετρο μιας ανθρώπινης τρίχας, την ίδια στιγμή είναι 100 φορές πιο ανθεκτικοί από το ατσάλι.

Όχι για αντικατάσταση στο ανθρώπινο σώμα

Robot  artificial muscles

Ο δρ Μπάουγκμαν τόνισε ότι οι υπερ-ισχυροί τεχνητοί μύες έχουν ένα μεγάλο εύρος εφαρμογών αλλά – τουλάχιστον βραχυπρόθεσμα – δεν είναι κατάλληλοι για την αντικατάσταση μυών στο ανθρώπινο σώμα. «Οι τεχνητοί μύες που αναπτύξαμε μπορούν να προσφέρουν μεγάλες, πολύ γρήγορες συσπάσεις σηκώνοντας βάρη που είναι 200 φορές πιο μεγάλα από εκείνα που θα μπορούσε να σηκώσει ένας ανθρώπινος μυς αντίστοιχου μεγέθους. Παρ' ότι είμαστε ενθουσιασμένοι σχετικά με τις δυνατότητες εφαρμογών των τεχνητών μυών οι οποίες εκτείνονται από τα ρομπότ, τους καθετήρες, τους μικροκινητήρες, τα οπτικά συστήματα, τις μικροβαλβίδες ως και τα παιχνίδια, πρέπει να αναφέρουμε ότι αυτή τη στιγμή δεν είναι κατάλληλοι για την άμεση αντικατάσταση μυών στο ανθρώπινο σώμα».

Όπως περιγράφεται σε μελέτη που δημοσιεύεται online στην επιθεώρηση «Science» οι νέοι τεχνητοί μύες που είναι φτιαγμένοι από το νήμα των νανοσωλήνων άνθρακα γεμίζουν με ένα υλικό που αλλάζει τον όγκο, όπως το κερί παραφίνης.

Θερμαίνοντας το νήμα, είτε με χρήση ηλεκτρισμού είτε με παλμούς φωτός, οι ειδικοί καταφέρνουν να αυξήσουν τον όγκο του κεριού και μαζί του τον όγκο του κυλίνδρου από νανονήμα – σημειώνεται ότι το υλικό μπορεί να αντέξει σε θερμοκρασίες ως και 1000 βαθμών Κελσίου πάνω από το σημείο τήξεως του ατσαλιού. Έτσι προκαλούνται οι συσπάσεις των τεχνητών μυών οι οποίες είναι πολύ γρήγορες – λαμβάνουν χώρα σε 25 χιλιοστά του δευτερολέπτου.

Γρήγορες συσπάσεις με μεγάλη παραγωγή ενέργειας

Συγχρόνως οι συσπάσεις αυτές παράγουν ενέργεια 4,2 KW ανά κιλό μυός – πρόκειται για τετραπλάσια πυκνότητα ενέργειας σε σύγκριση με εκείνη που παράγει ένας κοινός καυστήρας.

Ray Baughman creates artificial muscles

Ο δρ Μπάουγκμαν ανέφερε ότι οι μύες είναι περιελιγμένοι (όπως τα ελατήρια ή τα πηνία). Όταν τα νανονήματα με κερί θερμανθούν είτε με ηλεκτρική ενέργεια είτε με έναν παλμό φωτός, ξετυλίγονται με πολύ μεγάλη ταχύτητα και ξανατυλίγονται με αντίθετη φορά όταν σταματήσουν να θερμαίνονται και ψυχρανθούν.

Το επόμενο βήμα για τον δρα Μπάουγκμαν και την ομάδα του είναι να εφαρμόσουν την τεχνολογία τους σε μεγαλύτερη κλίμακα.