Εξωηλιακά πλανητικά συστήματα και η δυνατότητα ύπαρξης ζωής σε άλλους κόσμους

Εφημερίδα "ΑΠΟΓΕΥΜΑΤΙΝΗ ΤΗΣ ΚΥΡΙΑΚΗΣ"

ΗΜΕΡΟΜΗΝΙΑ 10-03-2009

ΟΝΟΜΑ ΒΕΝΗ ΠΑΠΑΔΗΜΗΤΡΙΟΥ

ΤΙΤΛΟΣ   ΕΞΩΗΛΙΑΚΑ ΠΛΑΝΗΤΙΚΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ
και η δυνατότητα ύπαρξης  ζωής σε άλλους κόσμους

Από την αρχή της ύπαρξής του ο άνθρωπος αναρωτιέται,  αν είναι μόνος  στην απεραντοσύνη του σύμπαντος. Αν , στο χάος που τον περιβάλλει, και στην ατέλειωτη και ατέρμονη περιστροφή της Γης γύρω από τον ήλιο, υπάρχουν και άλλες Γαίες που περιστρέφονται γύρω από έναν άλλο ήλιο, που φιλοξενούν ζωή. Απάντηση μέχρι σήμερα, δεν έχει πάρει. Και συνεχίζει την αναζήτησή του.... Υπάρχουν επιστήμονες οι οποίοι υποστηρίζουν πως είναι εγωιστικό να πιστεύουμε πως είμαστε η μοναδική μορφή ζωής και πως θα πρέπει να υπάρχουν, τουλάχιστον χίλιοι εξελιγμένοι πολιτισμοί, με τους οποίους δεν έχουμε έρθει σε επαφή. Άλλοι επιστήμονες, που υποστηρίζουν τη θεωρία των “παράλληλων συμπάντων”, λένε, πως εφόσον υπάρχουν παράλληλα σύμπαντα, ενδεχομένως, σε ένα άλλο σύμπαν να υπάρχει νοήμων ζωή.   Μέχρι όμως ο άνθρωπος να βρει την “έξοδο” από το ένα σύμπαν στο άλλο, θα περάσουν πολλά χρόνια.  Κι αν η “μετάβαση” είναι μέσα από μια “μαύρη τρύπα”; Οι επιστήμονες εικάζουν. Ο άνθρωπος περιμένει την απάντηση, καθώς η τεχνολογία εξελίσσεται, νέα στοιχεία έρχονται συνεχώς γι άλλους πλανήτες...  Η αναζήτηση συνεχίζεται...

Στο θέμα των Εξωηλιακών Πλανητικών Συστημάτων και στη δυνατότητα ύπαρξης ζωής σε άλλους πλανήτες, αναφέρεται ο  Ομότιμος Καθηγητής του Πανεπιστημίου Θεσσαλονίκης, Αντεπιστέλλον μέλος της Ακαδημίας Αθηνών κ. Ιωάννης Χατζηδημητρίου.

 “Το πρόβλημα της υπάρξεως ζωής σε άλλους κόσμους απασχολεί την ανθρωπότητα εδώ και χιλιάδες χρόνια. Παρά τις προσπάθειες που γίνονται, δεν υπάρχουν μέχρι σήμερα ενδείξεις ζωής σε πλανήτες του δικού μας Ηλιακού Συστήματος, εκτός βέβαια από τη Γη. Είναι σαφές ότι δεν υπάρχει νοήμων ζωή στο Ηλιακό Σύστημα, αλλά οι προσπάθειες για την αναζήτηση κάποιας μορφής ζωής, έστω και πρωτόγονης, συνεχίζονται μέχρι σήμερα για τον Άρη και για τους δορυφόρους του Δία και του Κρόνου, διότι υπάρχουν ενδείξεις για ύπαρξη νερού σε υγρή μορφή κάτω από την επιφάνεια αυτών των σωμάτων”

                      Το μεγάλο άλμα – Η ανάλυψη του αστέρα 51 του Πήγασου

     Το ερώτημα που τίθεται , είναι αν υπάρχει ζωή εκτός του Ηλιακού μας Συστήματος. Είναι φανερό ότι προϋπόθεση για τη δημιουργία ζωής κάπου στο σύμπαν είναι η ύπαρξη πλανητικών συστημάτων τα οποία να φέρουν πλανήτες στους οποίους οι συνθήκες θα είναι ευνοϊκές για ανάπτυξη ζωής. Μέχρι τα μέσα της δεκαετίας του 1990 δεν γνωρίζαμε τίποτα για ύπαρξη νέων πλανητικών συστημάτων και έτσι υπήρχε η εντύπωση ότι είμαστε μόνοι στο σύμπαν, αν και πολλοί πίστευαν ότι θα πρέπει να υπάρχουν πλανητικά συστήματα, όπως το δικό μας Ηλιακό Σύστημα. Και τότε έγινε το μεγάλο άλμα. Το 1995 ανακοινώθηκε, από την ομάδα του Michel Mayor και Didier Queloz στη Γενεύη, η πρώτη ανακάλυψη ενός πλανήτη ο οποίος περιφέρεται γύρω από ένα αστέρι όμοιο με τον δικό μας Ήλιο, τον αστέρα 51 του Πήγασου. Η μάζα του πλανήτη αυτού είναι της τάξεως μεγέθους του Δία και είναι πολύ κοντά προς τον αστέρα, είναι δηλαδή πολύ διαφορετικός από τη Γη μας.

     Από τότε άρχισε μια πολύ έντονη επιστημονική δραστηριότητα, και μέχρι σήμερα (Μάρτιος 2009) έχουν ανακαλυφθεί:

-Πλανητικά Συστήματα: 289

-Πλανήτες: 342

 -Γήινοι πλανήτες: 0

Τα νέα αυτά πλανητικά συστήματα ονομάζονται εξωηλιακά πλανητικά συστήματα.

 Η κατανομή των αποστάσεων των εξωηλιακών πλανητικών συστημάτων δίδεται στο Σχήμα 2α. Τα περισσότερα είναι σε μια ακτίνα 300 ετών φωτός,  όπως φαίνεται στο Σχήμα 2β.

              Μέθοδοι ανιχνεύσεως πλανητικών συστημάτων

     Υπάρχουν διάφοροι μέθοδοι για την ανακάλυψη πλανητικών συστημάτων. Όλες οι μέθοδοι είναι έμμεσοι, δηλαδή δεν παρατηρούμε άμεσα τον πλανήτη, αλλά παρατηρούμε τις συνέπειες που προκαλεί στον αστέρα του. Μόλις το Νοέμβριο του έτους 2008 είχαμε άμεση φωτογράφηση εξωηλιακών πλανητών,

     Δύο από τις επικρατέστερες μεθόδους ανίχνευσης πλανητικών συστημάτων, είναι  η μέθοδος των ακτινικών ταχυτήτων και η μέθοδος των διαβάσεων του πλανήτη μπροστά από τον αστρικό δίσκο.

           

     

      Ο αστέρας Fomalhaut στον αστερισμό του Νοτίου ιχθύος

     Ο πρώτος εξωηλιακός πλανήτης που φωτογραφήθηκε είναι ένας πλανήτης γύρω από έναν λαμπρό αστέρα, τον Fomalhaut, στον αστερισμό του Νοτίου ιχθύος που βρίσκεται σε απόσταση 25 ετών φωτός.

  

  Ο αστερισμός του Νοτίου ημισφαιρίου όπου βρίσκεται ο Fomalhaut. (β) Άμεση παρατήρηση ενός πλανήτη που περιφέρεται γύρω από τον αστέρα Fomalhaut (οι θέσεις του τα έτη 2004 και 2006 φαίνονται στο κάτω δεξιά τετράγωνο). Ο αστέρας αυτός περιβάλλεται από νέφος σκόνης και μικρών σωματιδίων, παρόμοιο με τη ζώνη Kuiper στο δικό μας Ηλιακό Σύστημα.

       Ο αστέρας HR 8799 στον αστερισμό του Πήγασου

     Άμεση παρατήρηση πλανητών είχαμε και γύρω από έναν άλλο αστέρα, τον HR 8799 στον αστερισμό του Πήγασου, σε απόσταση 129 ετών φωτός. Ο αστέρας έχει μάζα ίση προς 1,5 ηλιακές μάζες και περιφέρονται γύρω από αυτόν τρεις πλανήτες, όπως φωτογραφήθηκαν απευθείας 

   

                                   

                   Ύπαρξη ζωής σε άλλους κόσμους

Από τις μέχρι τώρα παρατηρήσεις γνωρίζουμε ότι υπάρχουν τρία είδη εξωηλιακών πλανητών:

•         Αέριοι γίγαντες

•         Θερμοί υπεργήινοι πλανήτες με πολύ   μικρή περίοδο (τροχιά κοντά στον αστέρα)

•         Παγωμένοι γίγαντες.

Η πρόκληση τώρα είναι να βρεθούν Γήινοι πλανήτες σε κατοικήσιμη περιοχή. Γήινος πλανήτης είναι ένας πλανήτης με μάζα περίπου ίση προς τη μάζα της Γης, ο οποίος περιφέρεται γύρω από έναν αστέρα όμοιο με τον Ήλιο μας, σε απόσταση 1 AU (μια ακτίνα Γης).

     Μέχρι τώρα δεν είναι γνωστή η ύπαρξη Γήινων πλανητών,  όπως ήδη αναφέραμε στην Εισαγωγή. Μήπως όμως υπάρχουν και δεν τους έχουμε ακόμη ανακαλύψει; Γνωρίζουμε ότι :

•         Υπάρχουν 100 δισεκατομμύρια αστέρες στο Γαλαξία μας (ο αριθμός αυτός μπορεί να είναι και μεγαλύτερος!). Ένα μεγάλο ποσοστό από τους αστέρες αυτούς έχει πλανήτες. (Το ποσοστό αυτό δεν είναι γνωστό, αλλά είναι αρκετά σημαντικό)

•         Υπάρχουν 100 δισεκατομμύρια γαλαξίες!

Μήπως κάπου υπάρχει ζωή; Η ύπαρξη νοήμονος ζωής είναι άλλο θέμα!

     Αναζήτηση Γήινων πλανητών σε κατοικήσιμη περιοχή

                     Το πρόγραμμα Kepler

    Η ύπαρξη Γήινων πλανητών είναι σημαντική, διότι σε τέτοιους πλανήτες οι συνθήκες είναι ευνοϊκές  για τη δημιουργία κάποιας μορφής ζωής. Για το σκοπό αυτό η NASA ανέπτυξε το πρόγραμμα Kepler για την ανακάλυψη Γήινων πλανητών:

Χρησιμοποιείται η μέθοδος των διαβάσεων του πλανήτη μπροστά από τον αστέρα. Το πρόγραμμα αυτό προβλέπει την εκτόξευση ενός διαστημόπλοιου, το οποίο θα φέρει τηλεσκόπιο διαμέτρου 1 μέτρου και ειδικό φωτόμετρο (Σχήμα 9). Η εκτόξευση έγινε την  5^η Μαρτίου 2009.

Η τροχιά του διαστημόπλοιου θα είναι ηλιοκεντρική, δηλαδή θα περιφέρεται γύρω από τον Ήλιο, με περίοδο 372,5 ημερών, που είναι λίγο μεγαλύτερη από ένα έτος, ώστε το διαστημόπλοιο θα μένει κάθε χρόνο λίγο πιο πίσω από τη Γη (Σχήμα 10).

   Σχήμα 10: Η ηλιοκεντρική τροχιά του διαστημόπλοιου του προγράμματος Kepler. Φαίνονται οι θέσεις του διαστημόπλοιου στις 5 Μαρτίου για τα επόμενα 4 χρόνια.

     Ο χώρος του γαλαξία που θα ανιχνεύσει το πρόγραμμα καλύπτει μια απόσταση 3000 ετών φωτός, προς τον αστερισμό του Κύκνου.

          

       

                     

  

            Η μέθοδος στο πρόγραμμα Kepler - (θα μελετήσει 100.000 αστέρες!)

 “ Η μέθοδος που θα χρησιμοποιηθεί για την ανακάλυψη εξωηλιακών πλανητικών συστημάτων είναι η μέθοδος των διαβάσεων του πλανήτη μπροστά από τον αστρικό δίσκο. Για να παρατηρήσουμε όμως τη διάβαση, θα πρέπει να είμαστε στο κατάλληλο επίπεδο, το οποίο δεν πρέπει να διαφέρει πολύ από το επίπεδο της πλανητικής τροχιάς. Αυτό σημαίνει ότι με τη μέθοδο αυτή θα μπορέσουμε να παρατηρήσουμε ένα πολύ μικρό ποσοστό από τα υπάρχοντα πλανητικά συστήματα στην περιοχή του ουρανού που μελετάμε. Η πιθανότητα για μια πλανητική τροχιά να είναι σωστά προσανατολισμένη, ώστε να παρατηρήσουμε διάβαση, είναι ίση προς το λόγο της διαμέτρου του πλανήτη προς τη διάμετρο της τροχιάς του. Για ένα Γήινο πλανήτη που περιφέρεται γύρω από έναν αστέρα σαν τον Ήλιο μας, η πιθανότητα είναι ίση προς 0,5%, δηλαδή σε κάθε 200 πλανητικά συστήματα εμείς θα παρατηρούμε μόνο το ένα. Πρέπει λοιπόν να παρατηρήσουμε χιλιάδες αστέρες για να ανακαλύψουμε πλανητικά συστήματα. Το πρόγραμμα Kepler θα μελετήσει 100 000 αστέρες.

 Αν οι Γήινοι πλανήτες είναι αρκετοί, τότε αναμένεται να ανακαλυφθούν μερικές εκατοντάδες. Για πλανήτες στην κατοικήσιμη ζώνη, δηλαδή σε μια ζώνη με πλάτος γύρω στη μια αστρονομική μονάδα (ακτίνα της τροχιάς της Γης), ο χρόνος μεταξύ διαδοχικών διαβάσεων είναι περίπου ένα έτος. Συνεπώς, για αξιόπιστα αποτελέσματα (τρεις διαβάσεις), απαιτείται χρονικό διάστημα τουλάχιστον τριών ετών. Η διάρκεια του προγράμματος είναι τέσσερα έτη ,με δυνατότητα να φθάσει μέχρι έξι”σημειώνει ο κ. Χατζηδημητρίου.

        Τι περιμένουμε να βρούμε

•         Περίπου 50 πλανήτες μεγέθους όπως η Γη.

•         Περίπου 185 πλανήτες με μέγεθος 1,3 Γήινες μάζες.

•         Περίπου 640 πλανήτες με μέγεθος 2,2 Γήινες μάζες.

•         Περίπου το 12% με δύο ή περισσότερους πλανήτες.

Η πιο ενδιαφέρουσα ανακάλυψη της αποστολής θα είναι η ανίχνευση πλανητών με μέγεθος όπως της Γης, στην κατοικήσιμη ζώνη αστέρων όμοιων με τον Ήλιο μας. Αναμένονται πάντως και πολλές άλλες ανακαλύψεις για την ύπαρξη και τα χαρακτηριστικά πλανητών γύρω από άλλους αστέρες. Με την ολοκλήρωση του προγράμματος θα γνωρίζουμε πόσο συνηθισμένοι είναι οι Γήινοι πλανήτες στο γαλαξία μας. Ακόμα και αν βρεθούν πολύ λίγοι Γήινοι πλανήτες ή και κανένας, θα είναι σημαντικό. Θα οδηγηθούμε στο συμπέρασμα ότι οι Γήινοι πλανήτες είναι σπάνιοι, με αποτέλεσμα να αναθεωρήσουμε τις θεωρίες δημιουργίας της Γης.

    Πλανήτες σε κατοικήσιμη ζώνη

             Κατοικήσιμοι πλανήτες

     Σε ένα πλανητικό σύστημα μπορεί να υπάρχουν περιοχές όπου οι πλανήτες που ενδεχομένως  να υπάρχουν εκεί να είναι κατοικήσιμοι. Το βασικό χαρακτηριστικό για να αναπτυχθεί ζωή σε κάποιον πλανήτη είναι να υπάρχει νερό σε υγρή μορφή. Ένας πλανήτης θεωρείται κατοικήσιμος  όταν πληρούνται οι παρακάτω προϋποθέσεις:

-Ο κεντρικός αστέρας (ήλιος) να μην έχει πολύ μεγάλη μάζα, διότι τότε εξελίσσεται πολύ γρήγορα, ούτε πολύ μικρή μάζα, διότι δεν θα εκπέμπει επαρκή θερμότητα.

- Η τροχιά του πλανήτη να είναι ευσταθής.

- Ο πλανήτης να μην έχει μεγάλη εκκεντρότητα, για να μην υπάρχουν μεγάλες μεταβολές της θερμότητας κατά τη διάρκεια του ‘έτους’ (Σχήμα 12).

- Να μην υπάρχει βομβαρδισμός από αστεροειδείς (η ύπαρξη ενός μεγάλου πλανήτη, όπως του Δία στο δικό μας Ηλιακό Σύστημα, μπορεί να αποτρέψει το φαινόμενο αυτό).

-Η απόσταση από τον αστέρα (ήλιο) να είναι τέτοια ώστε να υπάρχει νερό σε υγρή μορφή (Σχήμα 12).

-Ο πλανήτης να έχει στερεό φλοιό, για να διατηρηθεί το νερό στην επιφάνεια.

- Η μάζα του πλανήτη να μην είναι πολύ μεγάλη, διότι τότε η ατμόσφαιρά του θα αποτελείται από τα στοιχεία υδρογόνο και ήλιο, που δεν ευνοούν ανάπτυξη ζωής.

-Η μάζα του πλανήτη να μην είναι πολύ μικρή, γιατί δεν μπορεί να διατηρήσει ατμόσφαιρα.

Σχήμα 12: Πλανήτες σε διάφορες αποστάσεις από τον αστέρα. Όταν η τροχιά είναι πολύ ελλειπτική, τότε η θέση του πλανήτη μεταβάλλεται από την πολύ κρύα θέση στην  πολύ ζεστή θέση. Στη μεσαία θέση υπάρχει νερό σε υγρή μορφή. Για να αναπτυχθεί ζωή θα πρέπει η τροχιά αυτού του πλανήτη να είναι σχεδόν κυκλική, για να μη υπάρχουν μεγάλες διακυμάνσεις στη θερμότητα κατά τη διάρκεια του έτους.

Για να γνωρίζουμε αν ένας πλανήτης μπορεί να συντηρήσει ζωή, θα πρέπει να ελέγξουμε τα παρακάτω:

•         να αναζητήσουμε ενδείξεις ύπαρξης οξυγόνου και όζοντος

•         να ερευνήσουμε αν υπάρχει νερό σε υγρή μορφή

•         να αναλύσουμε το ανακλώμενο φως από τον πλανήτη για να δούμε αν ο πλανήτης έχει ατμόσφαιρα

•         να αναζητήσουμε ενδείξεις βιολογικής δραστηριότητας (π.χ. μεθάνιο)

και να αποκλείσουμε άλλες ερμηνείες.

              Κατοικήσιμες ζώνες σε διάφορα πλανητικά συστήματα

     Σε κάθε πλανητικό σύστημα υπάρχει μια κατοικήσιμη περιοχή, δηλαδή μια ζώνη σχετικά μικρού εύρους, σε ορισμένη απόσταση από τον αστέρα. Το βασικό κριτήριο είναι η θερμότητα που δέχεται ο πλανήτης από τον αστέρα να είναι τέτοια. ώστε να υπάρχει νερό σε υγρή μορφή. Είναι φανερό ότι η ζώνη αυτή εξαρτάται από τον τύπο του αστέρα, δηλαδή από το πόση ενέργεια εκπέμπει. Στο δικό μας Ηλιακό Σύστημα η ζώνη αυτή περιλαμβάνει προφανώς την τροχιά της Γης και εκτείνεται από την τροχιά της Αφροδίτης, μέχρι την τροχιά του Άρη, χωρίς να περιλαμβάνει τους δύο αυτούς πλανήτες (Σχήμα 13).

 

                               Σχήμα 13: Η κατοικήσιμη ζώνη στο δικό μας Ηλιακό Σύστημα.

Σε αστέρες που είναι λαμπρότεροι από τον δικό μας Ήλιο, η κατοικήσιμη ζώνη είναι πιο μακριά από μια ακτίνα Γης, ενώ σε αστέρες λιγότερο λαμπρούς από τον Ήλιο μας, η κατοικήσιμη ζώνη είναι πλησιέστερα, όπως φαίνεται στο Σχήμα 14.

            

Σχήμα 14: Οι κατοικήσιμες ζώνες σε τρία πλανητικά συστήματα με αστέρες διαφορετικής λαμπρότητας (πράσινη ζώνη). Στο επάνω σύστημα ο αστέρας είναι λαμπρότερος από τον Ήλιο, ενώ στο κάτω σύστημα είναι αμυδρότερος. Το μεσαίο σύστημα είναι το Ηλιακό Σύστημα, για να γίνει η σύγκριση.

     

Σχήμα 15: (α) Το πλανητικό σύστημα 55 Cnc (κάτω εικόνα) και το Ηλιακό Σύστημα (άνω εικόνα), για σύγκριση.

          

      -Υπάρχει τελικά ζωή στο σύμπαν;

   -”  Από τις μέχρι σήμερα παρατηρήσεις δεν μπορούμε να πούμε με βεβαιότητα αν υπάρχει ζωή στο σύμπαν, έστω και σε πρωτόγονη μορφή. Πλανητικά συστήματα υπάρχουν πολλά, αλλά οι πλανήτες τους είναι πολύ διαφορετικοί από τη Γη. Κανένας από τους πλανήτες αυτούς δεν είναι Γήινος πλανήτης. Σε τέσσερα χρόνια, με την ολοκλήρωση του προγράμματος Kepler, θα γνωρίζουμε αν ο πλανήτης μας είναι μοναδικός ή αν υπάρχουν πολλοί πλανήτες όμοιοι με τον δικό μας.  Αυτό όμως δεν σημαίνει ότι σε ένα Γήινο πλανήτη, που ενδεχομένως θα ανακαλύψουμε, θα έχει αναπτυχθεί ζωή!”είναι η απάντηση του κ. Χατζηδημητρίου.

-       Είναι η Γη μοναδική ή υπάρχουν πολλοί Γήινοι πλανήτες με τα ίδια χαρακτηριστικά;

-” Στο σημείο αυτό αναφέρουμε ότι αν η Σελήνη ήταν μικρότερη, ο άξονας της Γης θα εκτελούσε χαοτική κίνηση, με αποτέλεσμα την αστάθεια του κλίματος. Και είναι γνωστό ότι η Σελήνη είναι, ως προς τη μάζα της Γης,  πολύ μεγαλύτερη από τους άλλους δορυφόρους που γνωρίζουμε,σχετικά με τη μάζα του πλανήτη τους!”

    -Εάν αποδειχθεί ότι υπάρχουν νοήμονα όντα σε άλλους κόσμους, θα είναι αυτό ένα σοκ για την ανθρωπότητα;

-”Βρέθηκε παλαιότερα η ανθρωπότητα σε τέτοια κατάσταση; Όταν ανακαλύφθηκε η Αμερική πριν από πέντε αιώνες, ή η Αυστραλία αργότερα, και διαπιστώθηκε ότι υπάρχουν και σε αυτούς τους ‘νέους κόσμους’ νοήμονα όντα, πώς αντέδρασε ο τότε πολιτισμένος κόσμος; Είναι πολύ διαφορετική η τότε κατάσταση από την ενδεχόμενη ανακάλυψη, σήμερα, νοήμονος ζωής σε κάποιο εξωπλανήτη;”.... καταλήγει με...ερώτηση ο κ. Ιωάννης Χατζηδημητρίου.