Το τηλεσκόπιο Kepler που ανακαλύπτει έξωπλανήτες

 

Η Ιστορία του Kepler

Ο Γιοχάνες Κέπλερ και παλιότερα με τον εξελληνισμένο τύπο Κεπλέρος (γερμ. Johannes Kepler) (27 Δεκεμβρίου 1571 – 15 Νοεμβρίου 1630) ήταν Γερμανός αστρονόμος και καταλυτική φυσιογνωμία στην επιστημονική επανάσταση των νεότερων χρόνων.

Υπήρξε επίσης μαθηματικός και συγγραφέας, ενώ άσκησε κατά καιρούς και την αστρολογία για βιοποριστικούς λόγους. Είναι περισσότερο γνωστός ως ο «Νομοθέτης του ουρανού» από τους φερώνυμους Νόμους που αφορούν την κίνηση των πλανητών γύρω από τον Ήλιο και περιγράφονται στα έργα του Astronomia nova, Harmonices Mundi και Epitome of Copernican. Αυτά τα έργα αποτελούν θεμελίωση της Θεωρίας του Νεύτωνα για την παγκόσμια έλξη.

Κατά τη διάρκεια της καριέρας του, Ο Κέπλερ ήταν καθηγητής μαθηματικών σε ένα γυμνάσιο στο Γκρατς της Αυστρίας όπου και έγινε συνεργάτης του Πρίγκιπα Χανς Ούλριχ φον Έγκενμπεργκ (Hans Ulrich von Eggenberg). Αργότερα έγινε βοηθός του αστρονόμου Τύχο Μπράχε και τελικά ο αυτοκρατορικός μαθηματικός του βασιλιά Ρούντολφ Β΄ (Rudolf II) και των διαδόχων του, Ματίας και Φερδινάνδου Β΄. Ακόμη ήταν καθηγητής μαθηματικών στο Λιντς της Αυστρίας και σύμβουλος του στρατηγού Βαλενστάιν. Επιπλέον, η εργασία υπήρξε θεμελιώδης στον τομέα της οπτικής αφού εφηύρε μια βελτιωμένη έκδοση ενός τηλεσκοπίου διάθλασης (τηλεσκόπιο του Κέπλερ) και ανέφερε τις τηλεσκοπικές εφευρέσεις από τον σύγχρονό του Γαλιλαίο.

Ο Κέπλερ έζησε σε μια περίοδο όπου δεν υπήρχε ένας σαφής διαχωρισμός μεταξύ της αστρονομίας και της αστρολογίας αλλά υπήρχε ένας μεγάλος διαχωρισμός μεταξύ της αστρονομίας (ένας κλάδος των μαθηματικών εντός των ελευθέρων τεχνών) και της φυσικής (ένας κλάδος της φυσικής φιλοσοφίας). Ο Κέπλερ ενσωμάτωσε θρησκευτικά και συλλογιστικά επιχειρήματα στο έργο του, υποκινούμενος από την θρησκευτική πεποίθηση και πίστη ότι ο Θεός δημιούργησε τον κόσμο σύμφωνα με ένα κατανοητό σχέδιο που είναι προσβάσιμο μέσω του φυσικού φωτός της λογικής. Ο Κέπλερ περιγράφει την νέα αστρονομία του ως "ουράνια φυσική", σαν μια "εκδρομή στη Μεταφυσική του Αριστοτέλη" και ως "συμπλήρωμα του Αριστοτέλη του Ουρανού", μετατρέποντας την αρχαία παράδοση της κοσμολογίας με το να χειρίζεται την αστρονομία ως μέρος της καθολικής μαθηματικής φυσικής.

Αριθμός εξωπλανητών

Εξωηλιακός πλανήτης ή εξωπλανήτης ονομάζεται κάθε πλανήτης που δεν ανήκει στο δικό μας Ηλιακό Σύστημα, δεν περιφέρεται δηλαδή γύρω από τον Ήλιο. Μέχρι τη δεκαετία του 1990 οι πλανήτες αυτοί ήταν αποκλειστικά θέμα των θεωρητικών της Μικροκοσμογονίας και των συγγραφέων επιστημονικής φαντασίας. Η ύπαρξή τους ή μη, ήταν από καιρό ένα από τα μεγαλύτερα ζητήματα της Αστρονομίας, όμως δεν υπήρχαν τα τεχνικά μέσα για να εντοπιστούν. Οι ανακαλύψεις όμως της δεκαετίας του 1990 άλλαξαν ριζικά το σκηνικό: Το 1992 ανακαλύφθηκαν οι πρώτοι τέτοιοι πλανήτες, να περιφέρονται γύρω από τον πάλσαρ PSR 1257+12, από τους Wolszczan και Frail, και το 1995 οι πρώτοι εξωηλιακοί πλανήτες γύρω από ένα «συνηθισμένο» αστέρα όπως ο Ήλιος (τον 51 Πηγάσου), από τους Μισέλ Μαγιόρ και Ντιντιέ Κελόζ.

Διαστημικά σώματα με τα ακριβή χαρακτηριστικά εξωηλιακών πλανητών φαίνεται να υπάρχουν και εκτός των ηλιακών συστημάτων και πιθανολογείται πως οι ελεύθεροι αυτοί πλανήτες ακολουθούν διαφορετικό μοντέλο σχηματισμού από αυτό ενός κλασικού πλανήτη που βρίσκεται σε τροχιά

Σήμερα (Ιούνιος 2014) είναι γνωστοί 1.792 εξωηλιακοί πλανήτες σε 1.112 πλανητικά συστήματα. Πρέπει να σημειωθεί ευθύς ότι: 1) Ο αριθμός αυτός μεταβάλλεται γρήγορα, καθώς νέες ανακαλύψεις προστίθενται κάθε λίγο. Ο κλάδος του «κυνηγιού πλανητών» είναι ένας από τους γρηγορότερα αναπτυσσόμενους της αστρονομίας, και συγκεντρώνει το ενδιαφέρον όλο και περισσότερων επιστημόνων, αλλά και σημαντικές επενδύσεις σε εξοπλισμό και κονδύλια. 2) Οι ανακαλύψεις αυτές είναι όλες, πλην μίας, έμμεσες, δηλαδή τα σώματα αυτά δεν είναι παρατηρήσιμα με τηλεσκόπιο, εξαιτίας των τεράστιων αποστάσεών τους από τη Γη (δεκάδες έτη φωτός απέχουν οι πλησιέστεροι). Ανιχνεύσιμες είναι μόνο οι φασματοσκοπικές (συνήθως), φωτομετρικές ή αστρομετρικές μεταβολές που επιφέρει η κίνησή τους γύρω από τους αστέρες τους στο φως ή τη θέση των αστέρων αυτών.

Τρόποι εντοπισμού

Ο εντοπισμός των εξωηλιακών πλανητών σήμερα γίνεται με κυρίως τρεις τρόπους:

• Με μέτρηση στη μεταβολή της ακτινικής ταχύτητας του αστέρα. Ένας πλανήτης που περιστρέφεται γύρω από ένα άστρο ασκεί πάνω του βαρυτική δύναμη και προκαλεί μια μικρή έκκεντρη κίνηση του αστέρα (για σύγκριση, η Γη βγάζει τον Ήλιο 500 km «εκτός θέσης»). Η μεταβολή αυτή γίνεται αντιληπτή καθώς ο αστέρας πλησιάζει και απομακρύνεται εξαιτίας αυτής της κίνησης από τη Γη, κάτι που προκαλεί αλλαγές στο φάσμα του εξαιτίας του φαινομένου Ντόπλερ. Τα σημερινά φασματοσκόπια είναι αρκετά ευαίσθητα ώστε να μπορούν να εντοπίσουν τις μεταβολές αυτές, κυρίως για πλανήτες μεγέθους του Δία που κινούνται γύρω από άστρα σε μέσες αποστάσεις (έως μερικές εκατοντάδες έτη φωτός).
• Με μέτρηση της μείωσης της φωτεινότητας του αστέρα, καθώς ο πλανήτης πραγματοποιεί διάβαση μπροστά από το δίσκο του αστεριού. Η μέθοδος αυτή εξαρτάται από τον (τυχαίο) προσανατολισμό της εκλειπτικής του πλανήτη σε σχέση με τη γη, έτσι ώστε οι διαβάσεις του πλανήτη να είναι παρατηρήσιμες (δηλαδή από τη δική μας θέσει παρατήρησης η τροχιά του πλανήτη να τέμνει το δίσκο του ήλιου του). Υπολογίζεται ότι το 10% των πλανητικών συστημάτων είναι έτσι προσανατολισμένα. Η αποστολή Kepler της NASA, που εκτοξεύτηκε το Μάρτιο του 2009, είναι εξοπλισμένη με ένα πολύ ευαίσθητο φωτόμετρο, που παρατηρεί συνεχώς ένα τμήμα του ουρανού στην κατεύθυνση των αστερισμών του Κύκνου και της Λύρας. Σήμερα (Μάιος 2014) το κέπλερ βάσει των παρατηρήσεων του έχει αναγνωρίσει 3.845 υποψήφιους εξωπλανήτες, ενώ από την επιστημονική ομάδα της αποστολής έχει επιβεβαιωθεί η ύπαρξη 136 νέων εξωπλανητών.   
• Με την παρατήρηση της βαρυτικής μικροεστίασης που προκαλείται από τυχόν πλανήτες που μπορεί να διαθέτει ένα άστρο. Η ύπαρξη πλανητών προκαλεί επιπλέον βαρυτική εκτροπή του φωτός που περνάει κοντά από ένα άστρο, σε σχέση με αυτή που προκαλεί το άστρο μόνο του. Με μέτρηση της διαφοράς στην εκτροπή διαπιστώνεται η ύπαρξη πλανητών. Η μέθοδος αυτή αποκαλύπτει κυρίως πλανητικά συστήματα που βρίσκονται σε μεγάλη απόσταση από το δικό μας (χιλιάδες έτη φωτός).
• Άλλες μέθοδοι για τον εντοπισμό πλανητών είναι αυτή της αστρομετρίας, που βασίζεται στη οπτικά παρατηρούμενη μετατόπιση ενός άστρου από την προβλεπόμενη θέση του λόγω της έλξης από τυχόν πλανήτες, και η χρονομέτρηση πάλσαρ που αξιοποιεί τη μεταβολή στην περίοδο ενός πάλσαρ. Χρήσιμα συμπεράσματα για πιθανή ύπαρξη πλανητών μπορούν να εξαχθούν και από τη μελέτη του περιαστρικού δίσκου ενός άστρου. Κάποια «κενή» ζώνη σε έναν τέτοιο δίσκο μπορεί να έχει προκληθεί από έναν πλανήτη που «απορροφά» το υλικό που βρίσκεται εκεί.
  

Εξωηλιακοί πλανήτες και ζωή

Εκτιμάται σήμερα ότι πάνω από το 10% των αστέρων του τύπου του Ηλίου διαθέτει πλανήτες. Η ανακάλυψη αρκετών εξωηλιακών πλανητών θέτει σε νέες βάσεις το ζήτημα της υπάρξεως εξωγήινης ζωής, καθώς δίνει μια καλύτερη εικόνα της στατιστικής πιθανότητας ανάπτυξης ζωής στο γαλαξία μας (σύμφωνα και με την εξίσωση Ντρέικ). Σήμερα, ο δεύτερος πλανήτης του ερυθρού νάνου αστέρα Gliese 581, που απέχει 20 έτη φωτός από τη Γη, φέρεται ως το καλύτερο μέχρι στιγμής παράδειγμα εξωπλανήτη λίγο μόνο μεγαλύτερου από τη Γη που περιφέρεται σε τέτοια απόσταση από τον αστέρα του (μέσα στη λεγόμενη «κατοικήσιμη ζώνη») ώστε να είναι δυνατή η εμφάνιση και η ανάπτυξη της ζωής πάνω του. Η ύπαρξη ζωής σχεδόν σε όλους τους υπόλοιπους εξωηλιακούς πλανήτες αποκλείεται, καθώς πρόκειται για γίγαντες αερίων με πολύ υψηλές θερμοκρασίες στην ατμόσφαιρά τους.




Το διαστημικό τηλεσκόπιο Kepler τέθηκε σε τροχιά το 2009 για να μελετήσει τα ουράνια σώματα του γαλαξία μας που περιστρέφονται γύρω από αστέρια.