Είμαστε μόνοι; Πού βρίσκονται οι κοντινότεροι γείτονές μας;

O Edward Weiler, διοικητικό στέλεχος της NASA για την Επιστήμη του Διαστήματος, πραγματεύεται την αναζήτηση ζωής στο σύμπαν. Είμαστε μόνοι μας;

«Υπάρχουν αμέτρητοι ήλιοι και αμέτρητοι πλανήτες σαν τη Γη περιστρεφόμενοι γύρω από τους ήλιους τους με τον ίδιο ακριβώς τρόπο όπως οι επτά πλανήτες του Ηλιακού μας συστήματος. Διακρίνουμε μόνο τους ήλιους επειδή είναι τα μεγαλύτερα ουράνια σώματα καθώς και τα πιο φωτεινά, ενώ οι πλανήτες τους παραμένουν αόρατοι σ εμάς λόγω του μικρότερου μεγέθους και της έλλειψης φωτεινότητάς τους. Οι αμέτρητοι κόσμοι στο σύμπαν δεν είναι χειρότεροι και

λιγότερο κατοικήσιμοι απ' ότι η Γη μας».

Αυτές οι λέξεις, γραμμένες το 1584 από τον Giordano Bruno, περιγράφουν τη σπουδαιότερη πρόκληση του προγράμματος 'Origin' της NASA συγκεκριμένα, τη χρησιμοποίηση της επιστήμης του 21ου αιώνα προκειμένου να ανακαλύψει εάν υπάρχουν πλανήτες σαν τη Γη πέρα από το Ηλιακό μας σύστημα και εάν κάποιοι από αυτούς μπορούν να φιλοξενήσουν ζωή ή ακόμα κι αυτούς που ήδη τη φιλοξενούν σε πρωτόγονη μορφή. Ο κόσμος και η επιστημονική αντίδραση στην έρευνα της NASA για κατοικήσιμους πλανήτες και ύπαρξη ζωής έχουν επιδείξει πολύ μεγαλύτερο ενθουσιασμό από ότι οι σύγχρονοι του Bruno, που τον εκτέλεσαν στην πυρά το 1600.

Λοιπόν, πώς καθορίζουμε εάν ένας πλανήτης φιλοξενεί ή όχι ζωή; Όταν το διαστημόπλοιο Galileo πέταξε από τη Γη με προορισμό τον Δία, το σκάφος έστρεψε τα όργανά του προς τη Γη για ν' αναζητήσει σημάδια ζωής. Εκτός από τα ραδιοσήματα και τα αναμμένα φώτα τη νύχτα, τα σημάδια ζωής από τη Γή ήταν αναπάντεχα ισχνά. Υπήρχε ένα πολύπλοκο πράσινο χρώμα πάνω από τις ηπείρους (που αντιπροσώπευε τα φυτά) καθώς και χημικά όπως διοξείδιο του άνθρακα, οξυγόνο, μεθάνιο και νάτριο, που συνυπήρχαν στην ατμόσφαιρα μια χημική απιθανότητα εκτός αν συντηρείται από κάτι σαν τη ζωή.
Όμως η Γη δεν είχε πάντα αυτό το είδος ατμόσφαιρας. Η πρώιμη Γη διέθετε μια υψηλής θερμοκρασίας, μη φωτοσυνθετική βιόσφαιρα που ήταν πλούσια σε διοξείδιο του άνθρακα και φτωχή σε οξυγόνο. Η ζωή στη Γη ήταν μικροβιακή και διέθετε υδρογόνο που κατανάλωνε ενέργεια καθώς και θείο, δημιουργώντας μια ευρεία ποικιλία αερίων μειωμένου διοξειδίου του άνθρακα και θείου. Ποια χημικά στοιχεία θα αποτελούσαν αναγνωρίσιμα σημάδια ζωής στην ατμόσφαιρα της πρώιμης Γης;

Η πρόκληση των αστροβιολόγων είναι να καθορίσουν ποια 'βιοσημάδια' μπορούμε να αναμένουμε σε οποιονδήποτε πλανήτη με ζωή. Για μια τελική απάντηση οι αστροβιολόγοι μελετούν μικροβιακά οικοσυστήματα σε ακραία περιβάλλοντα της Γης, θεωρώντας τα μικροκόσμους για το τι θα μπορούσε να υπάρξει στην πρώιμη Γη και τι σε πλανήτες έξω από το Ηλιακό μας σύστημα. 

Τεχνικές που χρησιμοποιούνται σήμερα στην αναζήτηση εξωπλανητών.

Ένα από τα πιο επιτυχημένα μέσα ανακάλυψης κόσμων έξω από το ηλιακό μας σύστημα είναι η τεχνική μέσω του φαινομένου Doppler. Η μικρή ελκτική επίδραση ενός πλανήτη στο άστρο του, προκαλεί μια μικρή (μόνο λίγα μίλια την ώρα) απόκλιση στην ταχύτητα τροχιάς του άστρου. Αυτή η απόκλιση μπορεί να ανιχνευτεί μετρώντας την μετατόπιση Doppler την αλλαγή στις συχνότητες του φωτός όταν το άστρο μετακινείται προς τα εμάς και αντίθετα μακριά από εμάς.

Μέχρι σήμερα, έχουμε εντοπίσει σχεδόν 75 άστρα που επιδεικνύουν σημαντικές μετατοπίσεις Doppler. Από αυτά γνωρίζουμε ότι περίπου 7% των άστρων σαν τον Ήλιο διαθέτουν μεγάλους πλανήτες που βρίσκονται σε απόσταση λίγων αστρονομικών μονάδων (η απόσταση Γης-Ήλιου ή «AU»). Η μάζα αυτών των μεγάλων πλανητών κυμαίνεται από 0,2 φορές τη μάζα του Δία μέχρι περίπου 15 φορές τη μάζα του Δία.
Παρόλο που η μέτρηση των μαζών με την τεχνική Doppler διακρίνεται από μια ασάφεια που σχετίζεται με τον προσανατολισμό του επιπέδου της τροχιά τους σε σχέση με την ευθεία κατόπτευσής τους, η συντριπτική πλειοψηφία των εντοπισμένων σωμάτων μέχρι σήμερα έχουν οπωσδήποτε πολύ μικρότερη μάζα από τα άστρα τα περισσότερα είναι γιγάντιοι αέριοι πλανήτες σαν το Δία ή τον Κρόνο. Η πρόσφατη μέτρηση ενός αντικειμένου που συμβαίνει να περνάει άμεσα μπροστά από το άστρο του (όπως το βλέπουμε από τη Γη) έχει δείξει κατά τρόπο αναμφισβήτητο ότι αυτό το αντικείμενο είναι ένας πλανήτης με μάζα ελάχιστα μικρότερη από αυτή του Δία και με πυκνότητα ενός φωτεινού, αέριου γίγαντα πλανήτη, όπως ο Κρόνος.
Περισσότερα από τα μισά άστρα υπό μελέτη μπορεί να διαθέτουν επιπλέον πλανήτες σε πιο μακρινές, μεγαλύτερης διάρκειας τροχιές γύρω από το άστρο τους. Τα δεδομένα υποδεικνύουν σαφώς την ύπαρξη ενός μεγάλου αριθμού αντικειμένων που βρίσκονται λίγο κάτω από τα σημερινά όρια του εντοπισμού. Ενώ πολλαπλά συστήματα μπορεί τελικά ν' αποδειχτούν κοινά, μέχρι τώρα δεν γνωρίζουμε συστήματα που να προσομοιάζουν με το Ηλιακό μας σύστημα. Επιπροσθέτως, η ευρεία διακύμανση εκκεντρικοτήτων και η μικρή ακτίνα τροχιάς των γνωστών γιγάντιων πλανητών μπορεί να είναι αντίθετη με τις σταθερές συνθήκες που χρειάζονται για τον σχηματισμό και την επιβίωση γήινων πλανητών, ικανών να φιλοξενήσουν ζωή.
Μερικοί έχουν υποστηρίξει ότι αυτά τα αποτελέσματα υποδεικνύουν ότι τα ηλιακά συστήματα σαν το δικό μας σπανίζουν. Ωστόσο, οι περισσότεροι επιστήμονες θα απαντούσαν ότι αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι η τεχνική Doppler περιορίζεται ουσιαστικά στον εντοπισμό μεγάλης μάζας πλανητών με τροχιές χαμηλής περιόδου. Προτού αποθαρρυνθούμε από την προοπτική να ανακαλύψουμε κι άλλους πλανήτες σαν τη Γη, θα πρέπει να σημειώσουμε ότι δεν διαθέτουμε ακόμα την παρατηρητική ικανότητα να εντοπίσουμε ηλιακά συστήματα σαν το δικό μας! 

Η υπόσχεση της Αστρομετρίας

Μια δεύτερη έμμεση έρευνα αναζήτησης πλανητών αναζητά την θεσιακή (αστρομετρική) ταλάντευση ενός άστρου που προκαλείται από την παρουσία ενός πλανήτη. Η NASA διεξάγει δύο συμπληρωματικά αστρομετρικά πειράματα που στοχεύουν στον εντοπισμό πλανητών: την Διαστημική Συμβολομετρική Αποστολή (Space Interferometer Mission, SIM) και το Συμβολόμετρο Keck (Keck Interferometer, Keck-I).

Η SIM θα έχει την εξαιρετική ευαισθησία που χρειάζεται για να ανιχνεύσει πλανήτες λίγων μόλις μαζών σαν της Γης σε 1 με 5 αστρονομικές μονάδες τροχιάς γύρω από άστρα σε απόσταση μέχρι και 30 έτη φωτός. Η SIM θα ωθήσει τα όρια ανιχνεύσιμης μάζας πλανητών γύρω από τα κοντινότερα άστρα στην εμβέλεια που προβλέπεται για τους 'στερεούς' πλανήτες εν αντιθέσει προς τους 'αέριους γίγαντες'. Το Keck-I θα είναι λιγότερο ευαίσθητο από τη SIM, αλλά επειδή θα λειτουργήσει για 25 χρόνια, θα είναι ικανό να εντοπίσει πλανήτες με τόση μάζα όση του Ουρανού σε τροχιές μακράς περιόδου. Η SIM και το Keck-I θα προσφέρουν μια ολοκληρωμένη και αντικειμενική αποτίμηση χιλιάδων κοντινών άστρων ώστε να προσδιοριστεί εάν ηλιακά συστήματα σαν το δικό μας συνιστούν την εξαίρεση ή τον κανόνα. 

Η Πρόκληση του Άμεσου Εντοπισμού και ο 'Ανιχνευτής Γήινων Πλανητών' (Terrestrial Planet Finder)

Ενώ οι έμμεσες τεχνικές είναι πολύ ισχυρές στον εντοπισμό πλανητών, η έρευνα για βιωσιμότητα και ζωή απαιτεί τον άμεσο εντοπισμό των πλανητών και τη χρήση φασματοσκοπικής ανάλυσης προκειμένου να μάθουμε για τις φυσικές και ατμοσφαιρικές τους συνθήκες. Συνεπώς ο στόχος του προγράμματος TPF (Terrestrial Planet Finder) είναι να εντοπίσει και να χαρακτηρίσει οποιονδήποτε πλανήτη παρόμοιο με τη Γη που να βρίσκεται σε τροχιά γύρω από τα 250 κοντινότερα άστρα. Η έρευνα αυτή θα επικεντρωθεί στην 'βιώσιμη ζώνη' που καθορίζεται από το εύρος των θερμοκρασιών στις οποίες απαντά νερό σε υγρή κατάσταση και κατά συνέπεια οι προϋποθέσεις για τη διαμόρφωση ζωής μπορούν να υπάρξουν. Το TPF θα πραγματοποιήσει λεπτομερείς παρατηρήσεις της ατμόσφαιρας των περισσότερο υποσχόμενων υποψήφιων πλανητών αναζητώντας φασματικά σημάδια βιωσιμότητας και ζωής.
Η κατανόηση των απαραίτητων συνθηκών για τη ζωή και τον προσδιορισμό υποσχόμενων 'βιο-υπογραφών' απαιτεί μια στενή και συνεχή συνεργασία με βιολόγους, χημικούς της ατμόσφαιρας και γεωλόγους. Οι επιστήμονες αστροβιολόγοι της NASA έχουν ήδη πολύ στενά αναμειχθεί θέτοντας της απαραίτητες προϋποθέσεις των παρατηρήσεων για το TPF.
Ενώ η εκτόξευση του TPF απέχει μια δεκαετία ακόμα, δεν παραμένουμε αδρανείς στο θέμα της επέκτασης των επιστημονικών γνώσεών μας. Τα αποτελέσματα άλλων προγραμμάτων θα μας βοηθήσουν να κατανοήσουμε καλύτερα την δυσκολία πρόκλησης του TPF, ανακαλύπτοντας για παράδειγμα την απόσταση των κοντινότερων ηλιακών συστημάτων που θα μπορούσαν να φιλοξενούν πλανήτες σαν τη Γη. Έχουμε επίσης ξεκινήσει να σκεφτόμαστε τα επόμενα βήματα πέρα από το TPF, περιλαμβάνοντας και έναν 'εικονικό πλανήτη' για να εφοδιαστούμε με περισσότερο λεπτομερείς εικόνες και/ή φασματοσκοπία οποιωνδήποτε πλανητών που εντοπιστούν από το TPF.
Ποιά θα είναι η κληρονομιά του προγράμματος Origin της NASA μετά από 20 χρόνια στο μέλλον; Θα έχουμε μια ολοκληρωμένη απογραφή των πλανητών σε τροχιά χιλιάδων άστρων μιας ευρείας διακύμανσης περιόδων (από ημέρες μέχρι δεκαετίες), πλανητικής μάζας (από αντίστοιχες του Δία μέχρι και της Γης) και αποστάσεων (από λίγα εκατοντάδες έτη φωτός). Θα έχουμε συσχετίσει αυτά τα γεγονότα με τα χαρακτηριστικά των αρχικών πρότυπων άστρων προκειμένου να κατανοήσουμε βαθύτερα τις φυσικές διαδικασίες που ελέγχουν το σχηματισμό και την εξέλιξη των πλανητικών συστημάτων. Θα έχουμε αναγνωρίσει ποια κοντινά άστρα, εάν υπάρχουν, διαθέτουν αναλογίες προς το Ηλιακό μας σύστημα με την σταθερή του ζώνη βιωσιμότητας. Από αυτή την πληροφορία θα κατανοήσουμε εάν το Ηλιακό μας σύστημα και η Γη είναι συνήθη στο σύμπαν ή σπάνια. Και εάν είμαστε τυχεροί, θα έχουμε ανακαλύψει ένα ή περισσότερα μέρη όπου οι πολύπλοκες φυσικές και χημικές διαδικασίες που αποκαλούμε ζωή ήταν ικανές να αναπτυχθούν. Μέσω του προγράμματος Origin της NASA ξεκινάμε να απαντάμε σ' ένα από τα πιο παλιά ερωτήματα στην ιστορία της ανθρώπινης διάνοιας: είμαστε μόνοι;

Μετάφραση - Απόδοση: Δημήτρης Μητρόπουλος, για το ESOTERICA.gr