Πολύ σπάνια τα πλανητικά συστήματα που μπορούν να φιλοξενήσουν ζωή

Πηγή: Astronomy, Ιούνιος 2005

 Πως φαντάστηκε ένας καλλιτέχνης τον κόσμο στο σύστημα Ύψιλον Ανδρομέδα

Ερευνητές λένε ότι οι παράξενες τροχιές των εξωτερικών πλανητών του συστήματος Ύψιλον Ανδρομέδα οφείλονται στην αλληλεπίδραση τους με έναν άλλο πλανήτη, ο οποίος αργότερα εκτινάχθηκε μακριά τους. Αυτό δείχνει ότι το δικό μας πλανητικό σύστημα συγκρινόμενο με τα άλλα εξωηλιακά μπορεί να είναι κάτι το ξεχωριστό, γιατί ενώ στο δικό μας επικρατούν ήρεμες συνθήκες για την ανάπτυξη της ζωής, δεν συμβαίνει στα άλλα εξωηλιακά συστήματα.

Οι περισσότεροι από τους 160 εξωηλιακούς πλανήτες που ανακαλύφθηκαν την τελευταία δεκαετία έχουν κατ' ασυνήθιστο τρόπο πολύ εκκεντρικές τροχιές. Είναι τόσο επιμήκεις που πολλοί διέρχονται κοντά στο άστρο τους και μετά φεύγουν πολύ μακριά τους. Το φαινόμενο αυτό δεν είναι επιστημονική φαντασία και μπορεί πράγματι να συμβεί, σύμφωνα με μια μελέτη - στην οποία εξηγούν την βίαιη προέλευση αυτής της πλανητικής συμπεριφοράς - ερευνητών από το πανεπιστήμιο της Καλιφόρνιας και το Βορειοδυτικό πανεπιστήμιο.

Αντίθετα, οι πλανήτες στο ηλιακό σύστημά μας ακολουθούν σχεδόν κυκλικές τροχιές, που είναι αναμενόμενο γιατί σχηματίστηκαν από την προσαύξηση του υλικού στον ίδιο δίσκο των συντριμμιών που γέννησε και τον ήλιο μας.

Στη νέα μελέτη, οι επιστήμονες εξέτασαν τις παρατηρήσεις που έγιναν τα τελευταία χρόνια σε τρεις πλανήτες, που στρέφονται γύρω από το άστρο Ύψιλον Ανδρομέδα (Ups And) - παρόμοιο με τον ήλιο μας - κάπου 44 έτη φωτός μακριά μας.

Οι βαρυτικές αλληλεπιδράσεις των τριών πλανητών με έναν τέταρτο πλανήτη στρέβλωσαν την τροχιά αυτού του πλανήτη - που οι αστρονόμοι θεωρούν τώρα ως τον πιο ακραίο του συστήματος. Αυτός ο απόμακρος πλανήτης - ονομάζεται Ups And d - έχει 10-πλάσια μάζα από το Δία και η απόσταση του από το άστρο του είναι 3,75 φορές την απόσταση της γης από τον ήλιο.

Και αυτές οι ίδιες αλληλεπιδράσεις είναι που εκτόξευσαν τον τέταρτο πλανήτη εντελώς έξω από το σύστημα, όμως αυτό δεν ήταν και το τέλος της ιστορίας. Η διαταραγμένη τροχιά του πλανήτη Ups And d έφερε περιοδικές αλλαγές στην τροχιά του τρίτου πλανήτη Ups And c. Ο πλανήτης Ups And c έχει 1,9 φορές τη μάζα του Δία και η απόσταση του από το άστρο του είναι, περίπου,  το 80% της απόστασης της γης από τον ήλιό μας.

Η επιστημονική ομάδα εξέθεσε τα συμπεράσματά της στο Nature.  

"Ενώ οι πλανήτες στο ηλιακό σύστημά μας παραμένουν σταθεροί για δισεκατομμύρια χρόνια, δεν συμβαίνει το ίδιο για τους πλανήτες που στρέφονται γύρω από το άστρο Ύψιλον Ανδρομέδα", λέει ο αστρονόμος Eric Ford, του Μπέρκλευ επικεφαλής της μελέτης. "Ενώ αυτοί οι πλανήτες μπορεί να έχουν διαμορφωθεί με παρόμοιο τρόπο με τον Δία και τον Κρόνο, οι σημερινές τροχιές τους οφείλονται σε μια πρόσφατη φάση χαοτικών και βίαιων αλληλεπιδράσεων".

Οι αστρονόμοι αναφέρονται σε αυτό το φαινόμενο με τον όρο "σκέδαση πλανήτη-πλανήτη", που το μέλος της ομάδας Frederic Rasio του Βορειοδυτικού πανεπιστημίου περιγράφει ως "κάποιο είδος σφεντόνας λόγω της ξαφνικής βαρυτικής έλξης μεταξύ δύο πλανητών, όταν έρχεται πολύ κοντά ο ένας πλανήτης με τον άλλο".

Το φαινόμενο της 'σφεντόνας' μπορεί να εξηγηθεί ως εξής: όταν οι πλανήτες κινούνται γύρω από το ίδιο αστέρι σε ελλειπτικές τροχιές, λόγω των ανώμαλων τροχιών των πλανητών σε κάποιο σημείο έρχονται πολύ κοντά το ένα με το άλλο. Έτσι η βαρυτική έλξη μεταξύ τους γίνεται ισχυρότερη από τη βαρυτική δύναμη που ασκεί πάνω τους το κεντρικό αστέρι του συστήματος. Και καθώς οι δύο πλανήτες έλκουν ο ένας τον άλλον πιο κοντά, ο ένας πλανήτης τελικά θα απομακρυνθεί είτε πηγαίνοντας μακριά στο διάστημα είτε σε μια ακόμα πιο ελλειπτική πορεία.

"Πιστεύουμε η σκέδαση πλανήτη-πλανήτη εμφανίζεται συχνά στα εξωηλιακά πλανητικά συστήματα", αναφέρει ο Rasio. "Έτσι, ενώ τα πλανητικά συστήματα γύρω από άλλα αστέρια είναι κάτι το σύνηθες, τα συστήματα που θα μπορούσαν να υποστηρίξουν ζωή - όπως είναι το ηλιακό μας σύστημα - επειδή πρέπει να παραμείνουν σταθερά για πολύ μεγάλο χρονικό διάστημα, μπορεί και να μην είναι τόσο κοινά, αλλά πολύ σπάνια".

Το πλανητικό σύστημα γύρω από το Ύψιλον Ανδρομέδα είναι από τα πιο καλά μελετημένα μέχρι τώρα. Ο εσωτερικός πλανήτης, Ups And b, είναι ένας "καυτός Δίας", τόσο  κοντά στο αστέρι του που θέλει μόνο 4,6 ημέρες για να ολοκληρώσει την τροχιά του γύρω από το άστρο. Ανακαλύφθηκε το 1996 από τον κυνηγό εξωηλιακών πλανητών Geoff Marcy του Μπέρκλευ και την ομάδα του. Όταν οι δύο εξωτερικοί πλανήτες ανακαλύφθηκαν το 1999, το σύστημα Ups And έγινε το πρώτο γνωστό εξωηλιακό που περιείχε πολλούς πλανήτες γύρω από ένα αστέρι σαν τον ήλιο μας.

Η ασυνήθιστη φύση του Ύψιλον Ανδρομέδα έστρεψε την προσοχή πολλών αστρονόμων. Ο Marcy και η ομάδα του έχουν κάνει σχεδόν 500 παρατηρήσεις. Οι ταλαντεύσεις στην κίνηση του άστρου, που προκαλούνται από τους πλανήτες τους επιτρέπουν στους αστρονόμους να συμπεράνουν τις κινήσεις των πλανητών. Αυτές οι παρατηρήσεις είναι τόσο ακριβείς, λέει ο Ford, "που μπορούμε να προβλέψουμε τι θα συμβεί σε δεκάδες χιλιάδες έτη στο μέλλον."

Οι αστρονόμοι δεν είχαν αρκετά παρατηρητικά στοιχεία για να διακρίνουν ποιο μοντέλο μεταξύ δύο διαφορετικών, περιγράφει καλύτερα το σύστημα Ups And. Ο Renu Malhotra στο πανεπιστήμιο της Αριζόνα πρότεινε αρχικά ότι το φαινόμενο της σκέδασης πλανήτης-πλανήτη μπορεί έχει δημιουργήσει τις μεγάλες έκκεντρε τροχιές σε αυτό το πλανητικό σύστημα. Αλλά υπήρχε και μια εναλλακτική εξήγηση που έλεγε ότι οι αλληλεπιδράσεις μεταξύ των πλανητών και του δίσκου στον οποίο σχηματίστηκαν θα μπορούσαν να έχουν δημιουργήσει ομοίως τις επιμηκυμένες τροχιές.

"Το βασικό ιδιαίτερο χαρακτηριστικό γνώρισμα μεταξύ αυτών των θεωριών ήταν ότι οι αλληλεπιδράσεις με έναν εξωτερικό δίσκο θα ανάγκαζαν τις τροχιές να αλλάξουν πολύ αργά, και μια ισχυρή αλληλεπίδραση με έναν διερχόμενο πλανήτη θα ανάγκαζε τις τροχιές να αλλάξουν πολύ γρήγορα", εξηγεί ο Ford.

Ο τροχιακός κύκλος του Ups And c έχει μια ασυνήθιστη ιδιότητα. Ο μεσαίος πλανήτης αποκτά μια κυκλική τροχιά κάθε 6.700 έτη, κάτι που δύσκολα συμβαίνει αλλού. 

"Και αυτό είναι που καθιστά το σύστημα τόσο ιδιαίτερο", λέει ο Rasio. "Συνήθως, η βαρυτική σύζευξη μεταξύ δύο ελλειπτικών τροχιών δεν θα έκανε ποτέ τη μια τροχιά να αποκτήσει ένα σχεδόν τέλειο κυκλικό σχήμα. Ο κύκλος είναι μια πολύ ειδική τροχιά και μάλιστα συμβαίνει κάθε 6.700 χρόνια. Έτσι αυτή η τροχιακή αλλαγή υπαινίσσεται ότι κάτι άλλο άλλαξε το σύστημα τόσο πολύ γρήγορα".

Ο Rasio ανέπτυξε ένα ακριβές μοντέλο των τροχιών των πλανητών, όπως ακριβώς είναι σήμερα και κατόπιν το ανέπτυξε προς τα πίσω για δεκάδες χιλιάδες χρόνια. Ο σκοπός του ήταν να βρει αν στους εξωτερικούς πλανήτες - που στρέφονταν στο ίδιο επίπεδο - συνέβη κάτι που προκάλεσε την περίεργη συμπεριφορά στις τροχιές τους.  Η ανάλυσή τους έδειξε ότι οφειλόταν στο φαινόμενο της σκέδασης πλανήτη-πλανήτη. Δηλαδή, σε ένα αρχικά σταθερό σύστημα είχε προκληθεί κάποια διαταραχή, με την διαταραχή αυτή να επηρεάζει αποκλειστικά και μόνο τον εξωτερικό πλανήτη. 

Συγχρόνως, οι προσομοιώσεις έδειξαν ότι η γήινη τροχιά δεν θα αλλάξει ούτε σε δύο ή σε τρία δισεκατομμύρια χρόνια. Αλλά εάν ήταν λίγο διαφορετικές οι αρχικές συνθήκες τότε τα πράγματα δεν θα ήταν τα ίδια στο ηλιακό σύστημα. Για παράδειγμα, εάν ο Ουρανός ήταν διπλάσιος τότε η τροχιά της Γης μπορεί να ήταν πολύ διαφορετική. Δεν θέλει και πολύ για να αλλάξει η σταθερότητα του συστήματος ή για να το πούμε διαφορετικά, η σταθερότητά μας μπορεί να είναι μια μάλλον σπάνια ιδιότητα στο σύμπαν.