Τις τελευταίες δεκαετίες, ο αριθμός των ηλιακών πλανητών που έχουν εντοπιστεί και επιβεβαιωθεί έχει αυξηθεί εκθετικά. Προς το παρόν, επιβεβαιώθηκε η ύπαρξη 3.778 εξωπλανητών σε 2.818 πλανητικά συστήματα, ενώ επιπλέον 2.737 υποψήφιοι αναμένουν επιβεβαίωση. Με αυτόν τον όγκο πλανητών που είναι διαθέσιμοι για μελέτη, το επίκεντρο της έρευνας εξωπλανητών έχει αρχίσει να μετατοπίζεται από την ανίχνευση στον χαρακτηρισμό.
Για παράδειγμα, οι επιστήμονες ενδιαφέρονται όλο και περισσότερο να χαρακτηρίσουν την ατμόσφαιρα των εξωπλανητών, έτσι ώστε να μπορούν να πουν με αυτοπεποίθηση ότι έχουν τα κατάλληλα συστατικά για τη ζωή (δηλαδή άζωτο, διοξείδιο του άνθρακα κ.λπ.). Δυστυχώς, αυτό είναι πολύ δύσκολο χρησιμοποιώντας τις τρέχουσες μεθόδους. Ωστόσο, σύμφωνα με μια νέα μελέτη μιας διεθνούς ομάδας αστρονόμων, τα όργανα επόμενης γενιάς που βασίζονται στην άμεση απεικόνιση θα είναι ένα παιχνίδι αλλαγής.
Η μελέτη, «Άμεση απεικόνιση σε ανακλαστικό φως: Χαρακτηρισμός παλαιότερων, εύκρατων εξωπλανητών με τηλεσκόπια 30 μέτρων», εμφανίστηκε πρόσφατα στο διαδίκτυο. Η μελέτη διεξήχθη από τους Michael Fitzgerald και Ben Mazin - αναπληρωτή καθηγητή αστροφυσικής στο Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνια Λος Άντζελες (UCLA) και την Worster Chair στην Πειραματική Φυσική στο Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνια Santa Barbara (UCSB), αντίστοιχα.
Συμμετείχαν ερευνητές από το Ινστιτούτο Έρευνας για τους Εξωπλανήτες του Πανεπιστημίου του Μόντρεαλ (iREX), το Jet Propulsion Laboratory της NASA, τα Carnegie Observatories, το Steward Observatory, το Εθνικό Αστρονομικό Παρατηρητήριο της Ιαπωνίας, το Massachusetts Institute of Technology (MIT), την Καλιφόρνια Ινστιτούτο Τεχνολογίας (Caltech) και πολλά πανεπιστήμια.
Όπως δείχνουν στη μελέτη τους, οι ικανότητές μας να χαρακτηρίζουμε εξωπλανήτες είναι προς το παρόν περιορισμένες. Για παράδειγμα, οι τρέχουσες μέθοδοι μας - οι πιο ευρέως χρησιμοποιούμενες είναι η Μέθοδος Διαμετακόμισης και οι μετρήσεις Ακτινικής ταχύτητας - έχουν οδηγήσει σε χιλιάδες πλανήτες βραχείας περιόδου που ανακαλύπτονται (πλανήτες που βρίσκονται σε τροχιά κοντά στον ήλιο τους με περίοδο περίπου 10 ημερών). Ωστόσο, η ευαισθησία αυτών των μεθόδων αρχίζει να πέφτει ουσιαστικά όσο περισσότερο εξωπλανήτης βρίσκεται από τον ήλιο του.
Επιπλέον, οι πλανήτες μεγάλης διάρκειας είναι επίσης σε μεγάλο βαθμό απρόσιτοι όσον αφορά τα φάσματα τους. Αυτός ο τύπος ανάλυσης περιλαμβάνει τη μέτρηση του φωτός που περνά μέσα από την ατμόσφαιρα ενός πλανήτη καθώς διέρχεται από το αστέρι του. Μετρώντας τα φάσματα του για να προσδιορίσουν τη σύνθεσή του, οι επιστήμονες μπορούν να χαρακτηρίσουν την ατμόσφαιρα του εξωπλανήτη και να καθορίσουν εάν ένας πλανήτης θα μπορούσε στην πραγματικότητα να κατοικήσει.
Για να αντιμετωπιστεί αυτό, η ομάδα προτείνει ότι η άμεση ανίχνευση (γνωστή και ως άμεση απεικόνιση) θα είναι μια πιο αποτελεσματική μέθοδος για τον χαρακτηρισμό της ατμόσφαιρας των εξωπλανητών. Όπως εξήγησε ο Dr. Étienne Artigau, ερευνητής iREX και συν-συγγραφέας της μελέτης στο Space Magazine μέσω email (μεταφράστηκε από τα γαλλικά)
«Δεν έχει βρεθεί πλανήτης προς το παρόν στο« ανακλώμενο φως ». Όταν βλέπουμε τους πλανήτες του ηλιακού μας συστήματος, είναι επειδή φωτίζονται από τον Ήλιο που μπορούμε να τους δούμε. Με τον ίδιο τρόπο, οι πλανήτες των άλλων αστεριών αντανακλούν το φως και πρέπει να είναι δυνατή η ανίχνευση αυτού του φωτός με ένα αρκετά ισχυρό τηλεσκόπιο. Η αναλογία ροής μεταξύ των πλανητών και του αστεριού τους είναι τεράστια, της τάξης του 1 δισεκατομμυρίου, σε σύγκριση με τους πλανήτες που ανιχνεύονται από τις θερμικές εκπομπές τους, ή αυτός ο λόγος είναι μάλλον της τάξης του 1 εκατομμυρίου. "
Προς το παρόν, η άμεση απεικόνιση είναι το μόνο μέσο για τη λήψη φασμάτων μη διερχόμενων εξωπλανητών, ειδικά εκείνων που βρίσκονται σε ενδιάμεσες και μεγάλες αποστάσεις από τον ήλιο τους. Σε αυτήν την περίπτωση, οι αστρονόμοι λαμβάνουν φάσματα από το φως που ανακλάται από την ατμόσφαιρα του εξωπλανήτη για να προσδιορίσουν τη σύνθεσή του. Μόνο μια χούφτα εξωπλανητών έχουν απεικονιστεί άμεσα μέχρι στιγμής, που ήταν όλοι αυτοφωτιζόμενοι σούπερ-Δία που περιστρέφονταν γύρω από τα αστέρια τους σε απόσταση εκατοντάδων ή χιλιάδων AU.
Αυτοί οι πλανήτες ήταν πολύ νέοι και είχαν θερμοκρασίες άνω των 500 ° C (932 ° F), γεγονός που τους καθιστά μια μάλλον σπάνια κατηγορία πλανητών. Ως αποτέλεσμα, οι αστρονόμοι δεν έχουν καμία πληροφορία σχετικά με την ποικιλομορφία των ατμοσφαιρών του εξωπλανήτη, ειδικά όταν πρόκειται για μικρότερους, βραχώδεις πλανήτες που έχουν θερμοκρασίες πιο παρόμοιες με εκείνες της Γης - όπου οι θερμοκρασίες της επιφάνειας είναι κατά μέσο όρο περίπου 15 ° C (58,7 ° F).
Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι τα υπάρχοντα τηλεσκόπια απλά δεν έχουν την ευαισθησία να απεικονίζουν άμεσα μικρότερους πλανήτες που περιστρέφονται πιο κοντά στα αστέρια. Όπως διαπίστωσαν στη μελέτη τους, χαρακτηρίζοντας την ατμόσφαιρα των πλανητών που βρίσκονται εντός 5 AU από τα αστέρια τους (όπου οι έρευνες ακτινικής ταχύτητας αποκάλυψαν πολλούς πλανήτες) θα απαιτούσαν ένα τηλεσκόπιο με διάφραγμα 30 μέτρων σε συνδυασμό με προηγμένα προσαρμοστικά οπτικά, ένα στεφάνι και σουίτα φασματόμετρων και φανταστών.
«Εν ολίγοις, κανένα τρέχον τηλεσκόπιο δεν μπορεί να ανιχνεύσει αυτούς τους πλανήτες, ακόμη και γύρω από τα αστέρια που βρίσκονται πλησιέστερα σε εμάς, αλλά υπάρχει κάθε λόγος να πιστεύουμε ότι η επόμενη γενιά τηλεσκοπίων με διάμετρο 30 μέτρων και άνω θα είναι σε θέση να το πράξει», είπε. Αρτίκουα. "Δεν είναι βέβαιο ότι κάποιος θα μπορεί να εντοπίσει, αρχικά, πλανήτες όπως η Γη, αλλά τουλάχιστον κάποιος θα πρέπει να μπορεί να ανιχνεύει πλανήτες συγκρίσιμους με τον Ουρανό και τον Ποσειδώνα, κάτι που θα ήταν ήδη ένα θαυμάσιο αποτέλεσμα."
Τέτοιες εγκαταστάσεις επόμενης γενιάς και προσαρμοστικά όργανα οπτικής περιλαμβάνουν το Planetary Systems Imager (PSI) στο τηλεσκόπιο Thirty Meter (TMT), το οποίο προτείνεται για κατασκευή στη Mauna Kea της Χαβάης. Και υπάρχει το όργανο GMagAO-X στο Giant Magellan Telescope (GMT), το οποίο βρίσκεται υπό κατασκευή στο Παρατηρητήριο Las Campanas και έχει προγραμματιστεί να ολοκληρωθεί το 2025.
Όπως ανέφερε ο Artigau, έρευνες που διεξήχθησαν με αυτά τα όργανα επόμενης γενιάς θα επιτρέψουν στους αστρονόμους να εντοπίσουν και να χαρακτηρίσουν ένα ευρύτερο φάσμα πλανητών, καθώς και να αναζητήσουν πιθανά σημάδια ζωής (γνωστές και ως βιογραφίες), όπως ποτέ πριν:
«Αυτό θα μας επιτρέψει να μελετήσουμε άμεσα το φως που προέρχεται από πλανήτες λίγο μεγαλύτερο από τη Γη (και ίσως σαν τη Γη αν είμαστε αισιόδοξοι). Αυτή είναι μια από τις καλύτερες πιθανότητες να αναζητήσουμε υπογραφές ζωής σε αυτές τις ατμόσφαιρες. Ακόμα κι αν δεν βρούμε μια υπογραφή ζωής, θα καταστήσει δυνατή την κατανόηση ολόκληρων τάξεων πλανήτη που βλέπουμε έμμεσα (διέλευση, ακτινική ταχύτητα) αλλά των οποίων δεν γνωρίζουμε τίποτα ... Η σημασία της άμεσης απεικόνισης είναι ότι επιτρέπει την άμεση ανίχνευση την ατμόσφαιρα, ακόμη και την επιφάνεια αυτών των πλανητών. Η προσθήκη ενός φασματογράφου υψηλής ανάλυσης παρέχει επίσης μια ιδέα για τους ανέμους και την παγκόσμια κυκλοφορία του ανέμου, καθώς και για την ανίχνευση της παρουσίας διαφορετικών μορίων. "
Φυσικά, θα εξακολουθούν να υπάρχουν όρια στο τι μπορούν να μάθουν οι επιστήμονες χρησιμοποιώντας τη μέθοδο άμεσης απεικόνισης, ακόμη και με αυτά τα όργανα και τηλεσκόπια επόμενης γενιάς που έχουν στη διάθεσή τους. Αλλά οι δυνατότητες και οι συνέπειες για την έρευνα στον εξωπλανήτη δεν είναι καθόλου τεράστιες. Για αρχάριους, οι αστρονόμοι θα μπορούσαν να πάρουν μια καλύτερη ιδέα για τα δημογραφικά των μικρότερων, βραχώδων πλανητών που περιστρέφονται στις αντίστοιχες κατοικήσιμες ζώνες των αστεριών τους.
«Η ανίχνευση« δυνητικά κατοικήσιμων »πλανητών είναι σίγουρα η πιο συναρπαστική περίπτωση εδώ, αλλά είναι σημαντικό να έχουμε κατά νου ότι θα παραμείνει αρκετά δύσκολο ακόμη και με το τηλεσκόπιο των 30 μέτρων», δήλωσε η Artigua. "Όταν κάνουμε μια στατιστική πρόβλεψη, θα πρέπει να υπάρχουν μόνο μερικοί (πιθανώς λιγότεροι από 10) επίγειοι πλανήτες που θα είναι προσβάσιμοι και θα έχουν θερμοκρασία συγκρίσιμη με τη δική μας."
Μέσα σε αυτό το εύρος πλανητών, ο Artigau και οι συνάδελφοί του μπορούν να φανταστούν πολλά ενδιαφέροντα σενάρια. Για παράδειγμα, μερικά μπορεί να μοιάζουν με την Αφροδίτη, όπου οι πυκνές ατμόσφαιρες και μια σχετικά κοντινή τροχιά οδηγούν σε ένα φαινόμενο θερμοκηπίου που δραπετεύει. Άλλοι μπορεί να είναι όπως ο Άρης, όπου ο ηλιακός άνεμος ή οι εκρήξεις έχουν απομακρύνει την ατμόσφαιρα των πλανητών. Από εκεί και πέρα, μπορεί να υπάρχουν χερσαίοι πλανήτες που δεν μπορούμε καν να φανταστούμε.
«Εν ολίγοις, οι κατοικήσιμοι πλανήτες θα μπορούσαν πολύ να έχουν περισσότερη φαντασία από εμάς», κατέληξε ο Δρ Artiqau. «Αυτή η ποικιλία των εξωπλανητών σημαίνει επίσης ότι πρέπει να είμαστε προσεκτικοί όταν προβλέπουμε ότι θα είναι κατοικήσιμος».
"[Η] κατώτατη γραμμή είναι ότι μπορούμε να κάνουμε καταπληκτικά πράγματα στη μελέτη των εξωπλανητών από το έδαφος με τηλεσκόπια 30 μέτρων, αλλά απαιτείται σημαντική επένδυση στην τεχνολογία για να ετοιμαστούμε να κατασκευάσουμε αυτά τα όργανα για τηλεσκόπια 30 μέτρων", πρόσθεσε ο Mazin.
Η μελέτη κατέστη δυνατή χάρη στην πρόσθετη βοήθεια που παρείχε το Εθνικό Συμβούλιο Έρευνας του Καναδά (NRC) και η Giant Magellan Telescope Organization (GMTO) Corporation.
