Από την ανακάλυψη ορόσημο του 1992, όταν εντοπίστηκαν δύο πλανήτες να περιφέρονται γύρω από ένα αστέρι εκτός του Ηλιακού μας Συστήματος, χιλιάδες νέοι κόσμοι έχουν προστεθεί σε έναν ταχέως αναπτυσσόμενο κατάλογο «εξωπλανητών» στον γαλαξία μας.
Έχουμε μάθει πολλά πράγματα από αυτόν τον τεράστιο κατάλογο εξωγήινων κόσμων που περιφέρονται γύρω από εξωγήινα αστέρια. Αλλά μια μικρή λεπτομέρεια ξεχωρίζει περισσότερο από κάθε άλλη. Δεν έχει βρεθεί τίποτα άλλο στο σύμπαν σαν το δικό μας Ηλιακό Σύστημα.
Αυτό έχει οδηγήσει ορισμένους στο συμπέρασμα ότι o Ήλιος μας και η «οικογένειά» του θα μπορούσαν να είναι ίσως το μοναδικό πλανητικό σύστημα του είδους του. Κατ’ επέκταση, αυτό θα μπορούσε να σημαίνει ότι η ίδια η ζωή είναι ακραία. Οι συνθήκες που σχημάτισαν τη Γη είναι δύσκολες να αναπαραχθούν και να αναπτυχθούν.
Αν κοιτάτε απλώς τους αριθμούς, η προοπτική είναι ζοφερή. Με μεγάλη διαφορά, οι πιο πολυάριθμοι εξωπλανήτες που έχουμε εντοπίσει μέχρι σήμερα δεν ευνοούν τη ζωή, όπως αέριοι γίγαντες και υπογίγαντες και ίσως πλανήτες πάγου.
Οι περισσότεροι εξωπλανήτες που έχουμε δει μέχρι στιγμής περιφέρονται γύρω από τα αστέρια τους σε πολύ κοντινή απόσταση, πρακτικά αγκαλιάζοντάς τα. Αυτοί οι εξωπλανήτες βρίσκονται τόσο κοντά που οι θερμοκρασίες τους θα ήταν πολύ υψηλότερες από το γνωστό εύρος κατοικησιμότητας.
Είναι πιθανό καθώς συνεχίζουμε την αναζήτηση, τα στατιστικά στοιχεία να εξισορροπηθούν και θα δούμε περισσότερα μέρη που μας θυμίζουν το δικό μας Ηλιακό σύστημα. Όμως το θέμα είναι πολύ πιο σύνθετο. Η επιστήμη των εξωπλανητών περιορίζεται από τις δυνατότητες της τεχνολογίας μας. Επιπλέον, η εντύπωσή μας για την αληθινή ποικιλία των εξωγήινων κόσμων κινδυνεύει να περιοριστεί από τη δική μας φαντασία.
Προσδοκίες για ζωή πέρα από το Ηλιακό μας σύστημα
«Όταν ήμουν παιδί, γνωρίζαμε μόνο ένα πλανητικό σύστημα», είπε ο πλανητολόγος Jonti Horner από το Πανεπιστήμιο του Southern Queensland. «Και έτσι υπήρχε η υπόθεση, ότι όλα τα πλανητικά συστήματα θα ήταν όπως το δικό μας. Θα υπήρχαν μικροί βραχώδεις πλανήτες κοντά στο άστρο τους, γίγαντες αερίων πολύ μακριά από το άστρο. Και έτσι θα ήταν τα πλανητικά συστήματα».
Για τον λόγο αυτό, χρειάστηκε χρόνος από τους επιστήμονες για να εντοπίσουν έναν εξωπλανήτη που περιστρέφεται γύρω από ένα αστέρι, όπως ο Ήλιος μας. Υποθέτοντας ότι άλλα ηλιακά συστήματα ήταν σαν το δικό μας, τα ενδεικτικά σημάδια των πλανητών βαρέων βαρών που τραβούν τα αστέρια τους θα χρειαστούν χρόνια για να παρατηρηθούν, όπως ακριβώς χρειάζονται οι δικοί μας γίγαντες αερίου για να ολοκληρώσουν μια τροχιά.
«Με βάση τόσο μεγάλες περιόδους μιας μόνο μέτρησης, δεν άξιζε τον κόπο να εξετάσουμε ένα σχετικά σύντομο ιστορικό παρατηρήσεων για πολλά αστέρια για να εντοπίσουν οριστικά ένα άλλο ηλιακό σύστημα κύριας ακολουθίας», συμπλήρωσε ο Horner.
Όταν τελικά κοίταξαν, ο εξωπλανήτης που βρήκαν δεν έμοιαζε καθόλου με αυτό που περίμεναν. Ο εξωπλανήτης ήταν ένας αέριος γίγαντας της μισής μάζας (και διπλάσιου μεγέθους) του Δία που περιφέρεται τόσο κοντά στο άστρο του, οπού το έτος του ισούται με 4,2 ημέρες και η ατμόσφαιρά του καίει σε θερμοκρασίες γύρω στους 1.000 βαθμούς Κελσίου.
Από τότε, μάθαμε ότι αυτοί οι πλανήτες τύπου «Καυτός Δίας» δεν είναι καθόλου περίεργοι. Αντιθέτως, φαίνονται σχετικά κοινοί στο διάστημα. Πλέον οι επιστήμονες γνωρίζουν ότι υπάρχει πολύ μεγαλύτερη ποικιλία εκεί έξω στον γαλαξία από αυτό που βλέπουμε στο Ηλιακό μας σύστημα.
Αν υπάρχει κάτι εκεί έξω όπως το δικό μας Ηλιακό Σύστημα, είναι πολύ πιθανό ότι δεν έχουμε ακόμα τις δυνατότητες να το ανιχνεύσουμε.
«Είναι πολύ δύσκολο να βρούμε πράγματα σαν το δικό μας Ηλιακό Σύστημα. Είναι πιο πέρα από την τεχνολογία μας αυτήν την στιγμή», είπε ο Horner. «Οι επίγειοι πλανήτες θα ήταν πολύ απίθανο να εντοπιστούν από οποιαδήποτε από τις έρευνες που έχουμε κάνει μέχρι τώρα. Είναι πολύ απίθανο να μπορέσουμε να βρούμε έναν Ερμή, μία Αφροδίτη, μία Γη και έναν Άρη γύρω από ένα αστέρι όπως ο Ήλιος μας» πρόσθεσε.
Πώς να βρείτε έναν πλανήτη
Οι μέθοδοι που χρησιμοποιούμε για να ανιχνεύσουμε εξωπλανήτες είναι εξαιρετικά έξυπνες. Επί του παρόντος, υπάρχουν δύο μέθοδοι που είναι οι πιο σημαντικές για την ανίχνευση εξωπλανητών. Η μέθοδος διέλευσης και η μέθοδος ακτινικής ταχύτητας.
Και στις δύο περιπτώσεις, χρειάζεται ένα τηλεσκόπιο ευαίσθητο σε πολύ μικρές αλλαγές στο φως ενός αστεριού. Τα σήματα που αναζητά η καθεμία μέθοδος, ωστόσο, είναι εντελώς διαφορετικά.
Για τη μέθοδο της διέλευσης θα χρειαστείτε ένα τηλεσκόπιο που να μπορεί να κρατήσει ένα άστρο σταθερό στο οπτικό του πεδίο για μια παρατεταμένη χρονική περίοδο. Γι’ αυτό το λόγο όργανα όπως ο διαστημικός δορυφόρος Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS) της NASA είναι μια “υπερδύναμη”, ικανή να παρατηρεί ένα τμήμα του ουρανού για πάνω από 27 ημέρες χωρίς να διακόπτεται από την περιστροφή της Γης.
Ο στόχος για αυτά τα είδη τηλεσκοπίων είναι να εντοπίσουν το σήμα μιας διέλευσης, όταν ένας εξωπλανήτης περνά ανάμεσα σε εμάς και το άστρο υποδοχής του, σαν ένα μικροσκοπικό σύννεφο που εξαφανίζει μερικές ακτίνες ηλιοφάνειας.
Αυτές οι βυθίσεις στο φως είναι μικροσκοπικές και ένα χτύπημα είναι ανεπαρκές για να συμπεράνουμε με σιγουριά την παρουσία ενός εξωπλανήτη. Υπάρχουν πολλά πράγματα που μπορούν να μειώσουν το φως ενός αστεριού, πολλά από τα οποία είναι μεμονωμένα γεγονότα. Οι πολλαπλές διελεύσεις, ειδικά αυτές που παρουσιάζουν τακτική περιοδικότητα, είναι ”ο χρυσός κανόνας”.
Ως εκ τούτου, μεγαλύτεροι εξωπλανήτες που βρίσκονται σε μικρές περιόδους τροχιάς, πιο κοντά στα αστέρια τους από ό,τι ο Ερμής στον Ήλιο, ευνοούνται στα δεδομένα.
Η μέθοδος της ακτινικής ταχύτητας ανιχνεύει την ταλάντωση ενός αστέρα που προκαλείται από τη βαρυτική έλξη του εξωπλανήτη καθώς αυτός ταλαντεύεται στην τροχιά του. Ένα πλανητικό σύστημα -στην πραγματικότητα- δεν περιφέρεται γύρω από ένα αστέρι, αλλά χορεύει συντονισμένα. Το αστέρι και οι πλανήτες περιφέρονται γύρω από ένα κοινό κέντρο βαρύτητας, γνωστό ως βαρύκεντρο.
Για το Ηλιακό Σύστημα, αυτό είναι ένα σημείο πολύ, πολύ κοντά στην επιφάνεια του Ήλιου, ή λίγο έξω από αυτόν, κυρίως λόγω της επιρροής του Δία, ο οποίος είναι περισσότερο από διπλάσιος από τη μάζα όλων των υπολοίπων πλανητών μαζί.
Σε αντίθεση με το γεγονός μιας διέλευσης που αναβοσβήνει, η αλλαγή στη θέση του αστεριού είναι μια συνεχής αλλαγή που δεν απαιτεί συνεχή παρακολούθηση για να την ανίχνευση της. Μπορούμε να ανιχνεύσουμε την κίνηση των μακρινών αστεριών που περιφέρονται γύρω από τα βαρύκεντρά τους επειδή αυτή η κίνηση αλλάζει το φως τους λόγω ενός φαινόμενου με όνομα Ντόπλερ.
Καθώς το αστέρι κινείται προς το μέρος μας, τα κύματα του φωτός που έρχονται προς την κατεύθυνση μας συμπιέζονται ελαφρά, -προς το πιο μπλε άκρο του φάσματος. Καθώς απομακρύνεται, τα κύματα τεντώνονται προς το πιο κόκκινο άκρο. Μια κανονική «ταλάντωση» στο φως του άστρου υποδηλώνει την παρουσία ενός τροχιακού ”συντρόφου”.
Και πάλι, τα δεδομένα τείνουν να ευνοούν μεγαλύτερους πλανήτες που ασκούν ισχυρότερη βαρυτική επίδραση, σε μικρότερες, πιο κοντινές τροχιές στο άστρο τους.
Πέρα από αυτές τις δύο εξέχουσες μεθόδους, είναι δυνατόν περιστασιακά να απεικονίσουμε απευθείας έναν εξωπλανήτη καθώς περιφέρεται γύρω από το άστρο του. Αν και είναι εξαιρετικά δύσκολο να γίνει, μπορεί να γίνει πιο συνηθισμένο στην εποχή του JWST (Webb Telescope).
Σύμφωνα με τον αστρονόμο Daniel Bayliss από το Πανεπιστήμιο του Warwick στο Ηνωμένο Βασίλειο, «αυτή η προσέγγιση θα αποκάλυπτε μια σχεδόν αντίθετη κατηγορία εξωπλανητών από την ποικιλία μικρής τροχιάς».
Για να δούμε έναν εξωπλανήτη χωρίς να κατακλύζεται από τη λάμψη του μητρικού του άστρου, τα δύο σώματα πρέπει να έχουν πολύ μεγάλο διαχωρισμό. Αυτό σημαίνει ότι η προσέγγιση άμεσης απεικόνισης ευνοεί τους πλανήτες σε σχετικά μεγάλες τροχιές. Ωστόσο, μεγαλύτεροι εξωπλανήτες θα εξακολουθούσαν να εντοπίζονται πιο εύκολα μέσω αυτής της μεθόδου, για προφανείς λόγους.
«Κάθε μία από τις μεθόδους ανακάλυψης έχει τις δικές της προκαταλήψεις», εξήγησε ο Bayliss. «Η Γη με τον βρόχο της που διαρκεί ένα χρόνο γύρω από τον Ήλιο βρίσκεται μεταξύ των τροχιακών άκρων που ευνοούνται από διαφορετικές τεχνικές ανίχνευσης», πρόσθεσε, «Έτσι, η εύρεση πλανητών με τροχιά ενός έτους είναι ακόμα πολύ, πολύ δύσκολο».
Τι υπάρχει εκεί έξω;
Με διαφορά, η πιο πολυάριθμη ομάδα εξωπλανητών είναι μια κατηγορία που δεν αντιπροσωπεύεται καν στο Ηλιακό μας Σύστημα. Αυτοί είναι σαν «μικροί Ποσειδώνες», εξωπλανήτες με περίβλημα αερίου που είναι μικρότεροι από τον Ποσειδώνα και μεγαλύτεροι από τη Γη σε μέγεθος.
Οι περισσότεροι από τους επιβεβαιωμένους εξωπλανήτες βρίσκονται σε πολύ μικρότερες τροχιές από τη Γη. Στην πραγματικότητα, περισσότεροι από τους μισούς έχουν τροχιές γύρω από το άστρο τους, μικρότερες από 20 ημέρες.
Οι περισσότεροι από τους εξωπλανήτες που έχουμε βρει, βρίσκονται σε τροχιά σε αστέρες, σαν τον Ήλιο μας. Λιγότερο από το 10 τοις εκατό βρίσκονται σε συστήματα πολλαπλών αστέρων. Ωστόσο, τα περισσότερα από τα αστέρια στον Γαλαξία μας είναι μέλη ενός συστήματος πολλών αστέρων, με εκτιμήσεις έως και 80 τοις εκατό να παρατηρούνται σε μια αλληλουχία που περιστρέφεται γύρω από τουλάχιστον ένα άλλο αστέρι.
Αυτό σημαίνει ότι οι εξωπλανήτες είναι πιο συνηθισμένοι γύρω από μεμονωμένα αστέρια ή ότι οι εξωπλανήτες είναι πιο δύσκολο να εντοπιστούν γύρω από πολλά αστέρια.
Η παρουσία περισσότερων από μίας πηγής φωτός μπορεί να παραμορφώσει ή να κρύψει τα πολύ παρόμοια (αλλά πολύ μικρότερα) σήματα που προσπαθούμε να ανιχνεύσουμε από εξωπλανήτες, αλλά μπορεί επίσης να θεωρηθεί ότι τα συστήματα πολλών αστέρων περιπλέκουν κατά κάποιο τρόπο τον σχηματισμό πλανητών.
Όσο περίεργο κι αν φαίνεται το Ηλιακό μας σύστημα μπορεί να μην είναι καθόλου ασυνήθιστο.
«Πιστεύω ότι είναι αρκετά δίκαιο να πούμε ότι στην πραγματικότητα υπάρχουν μερικοί πολύ συνηθισμένοι τύποι πλανητών που λείπουν από το Ηλιακό μας Σύστημα», είπε ο Bayliss. «Δεν υπάρχει μια Σούπερ Γη που μοιάζει λίγο με τη δική μας αλλά έχει διπλάσια ακτίνα. Δεν έχουμε αυτούς τους μίνι Ποσειδώνες. Επομένως, νομίζω ότι είναι αρκετά δίκαιο να πούμε ότι μερικοί πολύ συνηθισμένοι πλανήτες δεν υπάρχουν στο δικό μας ηλιακό σύστημα»
«Τώρα, είτε αυτό κάνει το ηλιακό μας σύστημα σπάνιο είτε όχι, νομίζω ότι δεν θα πήγαινα τόσο μακριά, επειδή θα μπορούσαν να υπάρχουν πολλά άλλα αστέρια που έχουν ένα σύνολο πλανητών σαν αυτούς που βρίσκονται στο Ηλιακό Συστήμα, που απλώς δεν βλέπουμε ακόμα».
Στα πρόθυρα της ανακάλυψης
Οι πρώτοι εξωπλανήτες ανακαλύφθηκαν μόλις πριν από 32 χρόνια σε τροχιά γύρω από ένα πάλσαρ, ένα αστέρι εντελώς διαφορετικό από το δικό μας. Από τότε, η τεχνολογία έχει βελτιωθεί πολύ περισσότερο από την πρώτη ανακάλυψη. Τώρα που οι επιστήμονες ξέρουν τι να ψάξουν, μπορούν να επινοήσουν καλύτερους και ευκολότερους τρόπους για να τους βρουν μέσα από μια μεγαλύτερη ποικιλία αστεριών.
Καθώς η τεχνολογία προχωρά, η ικανότητά μας να βρίσκουμε ολοένα και μικρότερους κόσμους, αυξάνεται.
Αυτό σημαίνει ότι η επιστήμη των εξωπλανητών θα μπορούσε να βρίσκεται στο χείλος της ανακάλυψης χιλιάδων κόσμων που κρύβονται από την τρέχουσα οπτική μας. Όπως επισημαίνει ο Horner, στην αστρονομία, υπάρχουν πολύ περισσότερα μικρά πράγματα από μεγάλα πράγματα.
Οι κόκκινοι νάνοι – αστέρια είναι ένα τέλειο παράδειγμα. Είναι ο πιο συνηθισμένος τύπος αστεριών στον Γαλαξία μας και είναι μικροσκοπικοί, μέχρι περίπου τη μισή μάζα του Ήλιου. Είναι τόσο μικροί και αμυδροί που δεν μπορούμε να τους δούμε με γυμνό μάτι, ωστόσο αντιπροσωπεύουν έως και το 75 τοις εκατό όλων των αστέρων στον γαλαξία.
Αυτή τη στιγμή, όσον αφορά τη στατιστική κατανόηση των εξωπλανητών, λειτουργούμε με ελλιπείς πληροφορίες, επειδή υπάρχουν τύποι κόσμων που απλά δεν μπορούμε να δούμε.
«Έχω αυτό το ενοχλητικό συναίσθημα ότι αν επιστρέψουμε σε 20 χρόνια, θα δούμε εκείνες τις δηλώσεις ότι οι μίνι Ποσειδώνες είναι το πιο κοινό είδος πλανητών, με περίπου τόσο σκεπτικισμό όσο θα κοιτάζαμε πίσω σε δηλώσεις από τις αρχές της δεκαετίας του 1990 που έλεγαν ότι θα έχουμε μόνο βραχώδεις πλανήτες δίπλα σε ένα αστέρι», είπε ο Horner στο ScienceAlert.
«Τώρα, θα μπορούσα κάλλιστα να αποδειχθώ ότι κάνω λάθος. Έτσι λειτουργεί η επιστήμη. Αλλά η σκέψη μου είναι ότι όταν φτάσουμε στο σημείο να μπορούμε να ανακαλύψουμε πράγματα που έχουν το μέγεθος της Γης και μικρότερα, θα διαπιστώσουμε ότι υπάρχουν περισσότερα πράγματα που είναι στο μέγεθος της Γης, από ό,τι υπάρχουν πράγματα που έχουν το μέγεθος του Ποσειδώνα». πρόσθεσε ο Horner.
«Ίσως ανακαλύψουμε ότι το παράξενο μικρό μας πλανητικό σύστημα, σε όλες τις ιδιορρυθμίες και θαύματα του, δεν είναι τελικά τόσο μόνο στον κόσμο».