Το πρόγραμμα Δαρβίνος για την έρευνα εξωγήινων πλανητών

Άρθρο, Αύγουστος 2006

Πρόσφατα παρουσιάστηκαν τα σχέδια για τις μελλοντικές αποστολές της Ευρωπαϊκής Υπηρεσίας Διαστήματος, μεταξύ των οποίων είναι και η αποστολή Δαρβίνος. Με αυτές θα προχωρήσει όχι μόνο η αναζήτηση του αδελφού πλανήτη της Γης αλλά και το ταξίδι στο παγωμένο φεγγάρι του Δία. 

ΟΝΟΜΑ ΠΡΟΓΡΑΜΜΑΤΟΣ: ΔΑΡΒΙΝΟΣ (DARWIN) - Ίδρυμα: Το Ανοικτό Πανεπιστήμιο

Στόχος: Για να ανακαλύψει εάν οι πλανήτες σαν τη Γη που περιφέρονται σε κοντινά αστέρια είναι σε θέση να φιλοξενούν ζωή

Έτοιμο για την εκτόξευση: 2015-2020

Αριστερά: Ένα από τα τηλεσκόπια του Δαρβίνου

Δεν χρειάζεται να πάμε πολύ κοντά σε άλλους πλανήτες για να ανακαλύψουμε εάν μπορεί να υπάρξει ζωή εκεί πάνω - μπορεί σύντομα να είναι δυνατό να κατασκοπεύσουμε τις ατμόσφαιρές τους από μακριά. Το πρόγραμμα Δαρβίνος είναι μια αποστολή για να αναλύσει το ανακλώμενο φως από τους βραχώδεις, στο μέγεθος της Γης πλανήτες, που είναι σε τροχιά γύρω από αστέρια κατά προσέγγιση στην ίδια απόσταση που είμαστε εμείς από τον Ήλιο.

Η αποστολή σχεδιάζεται από την ESA από την δεκαετία του '90, και η ομάδα του Δαρβίνου έχει έναν φιλόδοξο κατάλογο 500 αστεριών στόχων γύρω από τα οποία θα ψάξουν για πλανήτες. "Το πρόβλημα", λέει ο Glenn White, "είναι ότι το φως των πλανητών μπορεί να είναι 10.000 εκατομμύρια φορές πιο εξασθενημένο από το άμεσο φως από το γονικό αστέρι. Η πρόκληση είναι να σχεδιάσεις μια αποστολή που να επιτρέπει να μελετήσουμε το πολύ εξασθενημένο φως των πλανητών αποφεύγοντας το πολύ λαμπρό φως των άστρων."  

 Το δεύτερο σημείο Λαγκράντζ στο διάστημα στο οποίο θα βρίσκεται ο Δαρβίνος

Η προτεινόμενη λύση είναι να χρησιμοποιηθούν τέσσερα ή τρία διαστημικά σκάφη που να πετούν σε ένα εξαιρετικά στενό σχηματισμό σε ύψος 1.5 εκατομμύρια χλμ από τη Γη - στο δεύτερο Λαγκρατζιανό σημείο, όπου η συνολική βαρυτική έλξη από τον Ήλιο, τη Γη και το Φεγγάρι είναι μηδέν. Κάθε ένα από αυτά τα σκάφη θα εξοπλιστεί με ένα τηλεσκόπιο διαμέτρου 3.5 m.

Μεγάλες προκλήσεις

Υπάρχουν δύο μεγάλες προκλήσεις στην προσπάθεια να ληφθούν εικόνες των πλανητών γύρω από άλλα αστέρια. Πρώτον, ο πλανήτης θα είναι πολύ κοντά στο γονικό αστέρι του. Αφετέρου, το φως από το αστέρι θα επισκιάσει το φως από τον πλανήτη κατά έναν παράγοντα ένα εκατομμύριο ή ακόμα και ένα δισεκατομμύριο.

Ο πρώτος όρος απαιτεί ότι ο Δαρβίνος θα έχει μεγάλη ανάλυση. Αυτό σημαίνει ότι θα μπορεί να διαχωρίσει με το τηλεσκόπιο του πολύ κοντινά ουράνια αντικείμενα κι όχι να τα βλέπει σαν ένα.

Για να δούμε όμως πλανήτες γύρω από κοντινά μας αστέρια απαιτείται ένα διαστημικό τηλεσκόπιο με κάτοπτρο, κατά προσέγγιση, 30 μέτρων και αυτός είναι ένας τρόπος πάνω από τα τρέχοντα όρια της τεχνολογίας μας. Για παράδειγμα το διαστημικό τηλεσκόπιο Hubble έχει κάτοπτρο ακριβώς 2,3 μέτρων. Ενώ ακόμη και το προγραμματισμένο διαστημικό τηλεσκόπιο της επόμενης γενεάς (JWST) θα είναι, το πολύ-πολύ, 6,5 μέτρα. Τα μεγαλύτερα τηλεσκόπια στη Γη είναι προς το παρόν διαμέτρου 10 μέτρων.

Αριστερά: Μια συστοιχία σκαφών για να ανακαλυφθεί ένας αδελφός πλανήτης της Γης

Για να υπερνικήσει αυτόν τον περιορισμό, ο Δαρβίνος θα χρησιμοποιήσει μια τεχνική γνωστή ως συμβολομετρία. Η μέθοδος παρουσιάστηκε κατά τη διάρκεια της δεκαετίας του '50 από αστρονόμος στο Καίμπριτζ, αρχικά για να χρησιμοποιηθεί στα ραδιοτηλεσκόπια. Με την τεχνική αυτή χρησιμοποιούνται διάφορα μικρότερα τηλεσκόπια που συνδυάζοντας τα μεμονωμένα σήματά τους είναι σαν να έχουμε ένα πολύ μεγαλύτερο τηλεσκόπιο.

Η τεχνική μπορεί επίσης να εφαρμοστεί στα οπτικά και υπέρυθρα τηλεσκόπια και θα χρησιμοποιηθεί επίσης και στο Δαρβίνο. Τέσσερα ή τρία χωριστά διαστημικά τηλεσκόπια θα συνδυάσουν τα μεμονωμένα σήματά τους για να παραγάγουν μια τελική, υψηλής ευκρίνειας εικόνα.

Το δεύτερο πρόβλημα σημαίνει ότι ο Δαρβίνος πρέπει να αποκόψει το εκτυφλωτικό φως από το κεντρικό αστέρι. Το 1978, ο Ronald Bracewell, φυσικός και ηλεκτρολόγος μηχανικός που δούλευε στα τηλεσκόπια, επισήμανε ότι ένα συμβολόμετρο μπορεί να το κάνει αυτό, εάν τα σήματα από μερικά από τα τηλεσκόπια έχουν μια ελαφρώς χρονική καθυστέρηση. Αν ρυθμίσουμε αυτή την καθυστέρηση, το κεντρικό φωτεινό αντικείμενο "ακυρώνεται", επιτρέποντας έτσι στον εξασθενημένο, κοντινό πλανήτη να ξεχωρίσει. Αυτό το όργανο είναι γνωστό ως ακυρωτικό συμβολόμετρο.

Η ομάδα του White έχει αναπτύξει μια τεχνική που λέγεται "ακυρωτική συμβολλομετρία", η οποία αφού συνδυάσει το φως από δύο τηλεσκόπια (σε απόσταση 10 έως 100 μέτρα) τα οποία στοχεύουν στο γονικό αστέρι, μηδενίζει ή ακυρώνει το άμεσο φως που δέχονται από αυτό. Με αυτό τον τρόπο το εξασθενημένο ανακλώμενο φως από τον πλανήτη γίνεται ορατό.

Διαστημική αποστολή

Η αποστολή για την ανακάλυψη εξωγήινων πλανητών πρέπει να είναι στο διάστημα για δύο λόγους. Πρώτον, στη Γη, η ατμόσφαιρα εμποδίζει τα υπέρυθρα μήκη κύματος που πρέπει να συλλέξει ο Δαρβίνος.

Δεύτερον, στη θερμοκρασία δωματίου, τα ίδια τα τηλεσκόπια θα εξέπεμπαν μια υπέρυθρη ακτινοβολία, πλημμυρίζοντας με 'θόρυβο' τις παρατηρήσεις τους. Επειδή όμως στο διάστημα επικρατεί πολύ ψύχος το τηλεσκόπιο μπορεί να σχεδιαστεί έτσι ώστε η θερμοκρασία του να είναι ακριβώς 40 Κ ή -233 Κελσίου, ενώ ο πραγματικός ανιχνευτής μπορεί να φτάσει σε θερμοκρασία ακριβώς 8 Κ ή -265 Κελσίου. Έτσι, το μόνο υπέρυθρο σήμα που θα λαμβάνει το τηλεσκόπιο θα είναι από το εξασθενημένο φως των απόμακρων πλανητών.

Δεξιά: Το φάσμα από την ατμόσφαιρα του εξωγήινου πλανήτη θα μοιάζει με εκείνο της ατμόσφαιρας της Γης

Στη Γη, η βιολογική δραστηριότητα παράγει αέρια που βρίσκονται στην ατμόσφαιρά μας. Παραδείγματος χάριν, τα φυτά δίνουν οξυγόνο και τα ζώα αποβάλλουν διοξείδιο του άνθρακα και μεθάνιο.

Αυτά τα αέρια, καθώς και άλλα, όπως το νερό, αφήνουν τα δακτυλικά αποτυπώματά τους απορροφώντας ορισμένα μήκη κύματος του υπέρυθρου φωτός.

Έπειτα ένα φασματόμετρο στο Δαρβίνο θα διαχωρίσει το φως που ανακλάται από τον πλανήτη στα υπέρυθρα μήκη κύματος, επιτρέποντας έτσι στην επιστημονική ομάδα να ψάξει για τα ίχνη των αερίων στην ατμόσφαιρα (όπως το διοξείδιο του άνθρακα, το μονοξείδιο άνθρακα και το όζον), που συνδέονται με τις διαδικασίες της ζωής στη Γη. Εάν βρεθούν τα αέρια αυτά τότε θα έχουν βρεθεί στοιχεία για τη ζωή σε έναν άλλο κόσμο.

"Εάν δούμε ένα αέριο που συνδέεται με τα βακτηρίδια, όπως το μεθάνιο", λέει ο White, "τότε εκεί θα υπάρχει μια μεγάλη πιθανότητα να συμβαίνει κάποια βιογονική διαδικασία. Η ανίχνευση της ζωής σε έναν άλλο πλανήτη θα έχει βαθιές κοινωνιολογικές, επιστημονικές και θρησκευτικές επιπτώσεις στην ανθρωπότητα."

Η Αμερικανική Διαστημική Υπηρεσία, NASA, σχεδιάζει επίσης μια αποστολή παρόμοια με του Δαρβίνου. Η αποστολή τους ονομάζεται Ανιχνευτής Γήινων Πλανητών (Terrestrial Planet Finder). Λαμβάνοντας υπόψη τη φιλόδοξη φύση και των δύο προγραμμάτων, είναι δυνατό η NASA και η ESA να συνεργαστούν στην τελική αποστολή, φτιάχνοντας μια κοινή αποστολή που θα προωθηθεί και θα λειτουργήσει από κοινού. Κι άλλες χώρες, όπως η Ρωσία και η Ιαπωνία, έχουν εκφράσει το ενδιαφέρον τους για συμμετοχή στην αποστολή.

Πηγή: ESA κλπ