Φαίδωνα Γ. Καραϊωσηφίδη : TESS Αναζητώντας τη Γη 2.0

Transiting Exoplanet Survey System

Αναζητώντας τη Γη 2.0

 

Του Φαίδωνα Γ. Καραϊωσηφίδη, Αεροναυπηγού, Εκδότη - Διευθυντή του περιοδικού ΠΤΗΣΗ & Διάστημα

Οι αστρονόμοι γνωρίζουν ήδη από χρόνια χιλιάδες άστρα που μπορούμε να διακρίνουμε άμεσα από τα δισεκατομμύρια του Γαλαξία μας, το καθένα από τα οποία είναι ένας ήλιος σαν τον δικό μας που συνοδεύονται από πλανήτες ίσως όπως και η Γη. Για τους «εξωπλανήτες» αυτούς έχουν γίνει σποραδικές προσπάθειες έρευνας απλά τώρα προχωρούν σε μια συντεταγμένη χαρτογράφηση του Ουρανού γι' αυτούς τους κόσμους μια αποστολή που έχει ανατεθεί στον δορυφόρο της NASA TESS (Transiting Exoplanet Survey System) που εκτοξεύθηκε στις 18 Απριλίου 2018.

Τη γνώση μας για άλλα ηλιακά συστήματα και πλανήτες άνοιξε για πρώτη φορά το διαστημικό τηλεσκόπιο Kepler που τοποθετήθηκε ηλιοκεντρική περίγεια τροχιά τον Μάρτιο του 2009 με στόχο την ανακάλυψη βραχωδών πλανητών του μέγεθος της Γης. Το διαστημικό παρατηρητήριο, που εξακολουθεί να κοιτάζει τα άστρα διαθέτει ένα και μοναδικό όργανο: ένα φωτόμετρο που καταγράφει την ένταση της λάμψης 145.000 αστέρων σε ένα συγκεκριμένο κομμάτι του ουρανού. Οι καταγραφές του αναλύονται σε μια προσπάθεια των αστρονόμων να επισημάνουν το απειροελάχιστο εκείνο περιοδικό τρεμούλιασμα του φωτός, που ίσως υποδεικνύει τη Διάβαση ενός πλανήτη από την ήλιο του (τη δίοδο δηλαδή μπροστά από τον δίσκο του άστρου στο πλανητικό σύστημα του οποίου ανήκει). Το πεδίο της θέας όμως του πρωτοπόρου τηλεσκοπίου, παρά τις τεράστιες αποκαλύψεις που εξασφάλισε, ήταν πολύ στενό (μόλις 12 μοίρες σε διάμετρο ή αλλιώς το μέγεθος μιας σφιγμένης γροθιάς όταν κρατάει κάποιος το χέρι του τεντωμένο), ώστε το έργο του να μην μπορεί να θεωρηθεί τίποτε περισσότερο από... δειγματοληπτικό.

Ο δορυφόρος TESS θα αναζητήσει εξωπλανήτες σε περίπου 200.000 αστέρες εγγύτεροι προς τη Γη, αυτούς που βρίσκονται σε αποστάσεις μερικών εκατοντάδων ετών φωτός (αντί των χιλιάδων ετών που ήταν όλες οι περιπτώσει των αστέρων που μελέτησε η αποστολή Kepler). Οι εγγύς αυτοί αστέρες εκπέμπουν περισσότερο φως και είναι έτσι πιθανότερο να επισημανθεί η χαρακτηριστική αποκαλυπτική διακύμανση μιας πλανητικής Διάβασης. Εάν και όταν συμβεί αυτό, το γεγονός ότι οι αστέρες είναι λαμπροί θα επιτρέψει και την καλύτερη περαιτέρω μελέτη τους, οι αστρονόμοι ελπίζουν να αποκομίσουν στοιχεία όπως η μάζα και η σύσταση της ατμόσφαιρας των εξωπλανητών. Η έρευνα ανάμεσα σε λαμπρότερους αστέρες επιτρέπει επίσης στις φωτομετρικές διατάξει του TESS να παραμείνουν σε μικρά μεγέθη, που δεν έχουν καμία σχέση με τα διαφράγματα των μεγάλων (και πανάκριβων) τηλεσκοπίων όπως το Hubble, που έχει διάταξη καθρέφτη 2,4 μέτρα. Οι κάμερες του TESS έχουν διάφραγμα μόλις 10 εκατοστά.

Σύμφωνα με την ανακοίνωση της NASA, κύριος επιστημονικός στόχος του TESS θα είναι η επισήμανση 50 εξωπλανητών με μεγέθη έως και τέσσερες φορές την ακτίνα της Γης και που θα αποτελέσουν αντικείμενο περαιτέρω αστρονομικής μελέτης. Για να γίνει όμως αυτό εφικτό, ο δορυφόρος θα πρέπει να μπορεί να ερευνήσει ένα πολύ μεγαλύτερο κομμάτι του αστρικού θόλου από το παρατηρητήριο Kepler. Έτσι, κάθε κάμερα (με «φωτεινό» φακό f/1.4) έχει πεδίο θέας 24x24 μοίρες ή περίπου την επιφάνεια που θα κάλυπτε 50 φορές η Σελήνη σε φάση πανσελήνου. Με τέσσερις κάμερες προσαρμοσμένες πάνω του o TESS θα καλύπτει μια μεγάλη λωρίδα ουρανού 24x96 μοιρών. Το συγκρότημα τεσσάρων καμερών αντί μίας είναι μια ιδιαιτερότητα της σχεδίασης για να μειωθεί το κόστος με το ίδιο σχεδόν πρακτικό αποτέλεσμα και κάνει τον δορυφόρο μοναδικό ανάμεσα στα διαστημικά τηλεσκόπια.

Για να ολοκληρώσει την ερευνητική αποστολή του, ο δορυφόρος θα καλύπτει σταδιακά τον αστρικό θόλο σε λωρίδες (διαστάσεων 24x96 μοιρών) από τους Πόλους προς τον Ισημερινό και για τα δύο ημισφαίρια. Καθένα από τα τελευταία θα είναι χωρισμένο σε 13 τομείς (λωρίδες), οι οποίοι και θα επικαλύπτονται στους Πόλους. Ο TESS θα «κοιτά» κάθε τομέα για 27 ημέρες και στη συνέχεια θα προσανατολίζεται στον επόμενο έως ότου καλύψει συστηματικά όλο τον ουρανό, ξεκινώντας αρχικά από το νότιο ημισφαίριο για να κινηθεί αργότερα και στο βόρειο. Η επιστημονική ομάδα που θα τον παρακολουθεί εκτιμά ότι στα δύο περίπου χρόνια που θα διαρκέσει η αποστολή θα έχει καλυφθεί το σύνολο του αστρικού θόλου με εξαίρεση ένα μικρό τμήμα πολύ κοντά στο επίπεδο της ελλειπτικής του Ηλίου.

Ωστόσο, η πραγματική εργασία θα ξεκινήσει με τη λήψη του πρώτου «πακέτου» δεδομένων που αρχικά θα υποστεί επεξεργασία μέσω λογισμικού, ώστε να απομειωθεί από τα «σκουπίδια» που προέρχονται από διάφορα αστρικά φαινόμενα και δεν έχουν σχέση με την πιθανή ύπαρξη εξωπλανητών. Στη συνέχεια και μόνο για τα πιο ελπιδοφόρα από αυτά θα υπάρξει αξιολόγηση από αναλυτές. Σύμφωνα με την εμπειρία που υπάρχει μέχρι σήμερα, ακόμη και για τα δεδομένα που ανήκουν στη δεύτερη κατηγορία, οι πιθανότητες «αρχικής επιτυχίας» είναι μία σε δεκάδες χιλιάδες. Οι αστρονόμοι υπογραμμίζουν και τον παράγοντα «αρχική επιτυχία», διότι   ακόμη και όσες από της παρατηρήσει του TESS πληρούν τις παραμέτρους για πλανήτες των προδιαγραφών που αναζητά η αποστολή (παραπλήσιου μεγέθους με τη Γη), θα πρέπει να επαληθευτούν με άλλα μέσα. Αυτά θα είναι κυρίως επίγεια τηλεσκόπια, που θα χρησιμοποιήσουν τις πλέον ακριβείς μεθόδους φωτομετρίας και αξιολόγησης «ακτινικής ταχύτητας», και θα αποδώσουν τελικά τους 50 «κατάλληλους» εξωπλανήτες που υπόσχεται η αποστολή: μικρούς βραχώδες κόσμους σε ευνοϊκή για τη ζωή (όπως υφίσταται στη Γη) απόσταση από άστρα της κατηγορίας των ερυθρών νάνων, όπως είναι και ο Ήλιος στο κέντρο του δικού μας ηλιακού συστήματος και που αποτελούν το πολυπληθέστερο είδος ήλιων στον Γαλαξία μας. Η επιλογή της περιόδου παρατήρησης των 27 ημερών είναι ακριβώς σχεδιασμένη για επισήμανση εξωπλανητών με τροχιακές περιόδου 13 ημερών στις «ευνοϊκές» ζώνες γύρω από αστρικούς ερυθρούς νάνους.

Οι αστρονόμοι βέβαια εκτιμούν ότι εκτός αυτών θα αποκαλυφθούν και πολλοί άλλοι εξωπλανήτες που μπορεί να βρίσκονται εκτός προδιαγραφών, αλλά θα παρουσιάζουν ενδιαφέρον περαιτέρω μελέτης. Για τους «κατάλληλους» εξωπλανήτες και όταν θα έχει επιβεβαιωθεί η ύπαρξη τους, θα αναλάβουν πλέον άλλες επιστημονικές ομάδες ανά τον κόσμο για επιμέρους μελέτη της σύνθεσης της ατμόσφαιρας και των άλλων χαρακτηριστικών τους αναζητώντας τη Γη 2.0!

Φωτογραφίες: NASA, MIT

Τα δικά μας φτερά τ.172