Πώς δημιουργείται ένα πλανητικό σύστημα;

Ηλιακο συστημα: υπαρχουν και αλλα «εκει εξω»!

Εξηγώντας τη διαδικασία δημιουργίας του ηλιακού μας συστήματος διεθνής ερευνητική ομάδα κατέληξε στο συμπέρασμα ότι πρόκειται για «κλασική συνταγή» στο Σύμπαν

Η πρόσφατη ανακοίνωση της ανακάλυψης ενός εξωηλιακού συστήματος έξι πλανητών που περιφέρονται γύρω από ένα άλλο αστέρι 2.000 έτη φωτός μακριά από τον Ηλιο μας κάνει πιο επίκαιρο από ποτέ το ερώτημα: Πώς δημιουργείται ένα πλανητικό σύστημα; Μια πολυεθνική ερευνητική ομάδα, στην οποία σημαντικό ρόλο παίζει και ένας έλληνας αστρονόμος, πιστεύει ότι έχει την απάντηση τουλάχιστον για τη βασική εικόνα της δημιουργίας του ηλιακού συστήματος, που είναι και το μοναδικό πλανητικό σύστημα για το οποίο έχουμε λεπτομερείς παρατηρήσεις.

Η προσπάθεια κατανόησης της δημιουργίας του ηλιακού συστήματος ξεκινάει υποχρεωτικά από την απάντηση σε ένα «φιλοσοφικό» ερώτημα: η σημερινή μορφή του ήταν άραγε αποτέλεσμα μιας «συγκεκριμένης» αρχικής κατάστασης ή θα κατέληγε σε μια παρόμοια μορφή ακόμη και από μια διαφορετική αρχική κατάσταση; Σήμερα οι αστρονόμοι έχουν καταλήξει οριστικά στις γενικές γραμμές του τρόπου δημιουργίας του Ηλιου και των πλανητών του. Ολα ξεκίνησαν από ένα σύννεφο σκόνης και αερίων, το οποίο άρχισε πριν από 4,5 δισ. χρόνια να συρρικνώνεται υπό την επίδραση της ίδιας της βαρύτητάς του. Κατά τη διαδικασία αυτή το σύννεφο απέκτησε μικρότερες διαστάσεις και επομένως άρχισε να περιστρέφεται ολοένα και ταχύτερα, για τον ίδιο λόγο που ένας παγοδρόμος περιστρέφεται ταχύτερα όταν «μαζεύει» τα χέρια του. Εξαιτίας της φυγόκεντρης δύναμης που αναπτύχθηκε, το σύννεφο απέκτησε τη μορφή πεπλατυσμένου δίσκου. Από την κεντρική συμπύκνωση αυτού του δίσκου δημιουργήθηκε ο Ηλιος, ενώ από το υπόλοιπο τμήμα του δίσκου προήλθαν οι πλανήτες.

Σε τι διαφέρουμε;

Πέρα όμως από αυτό το γενικό σχήμα είναι πολύ δύσκολο να πάρουμε σήμερα περισσότερες πληροφορίες, οι οποίες είναι απαραίτητες αν θέλουμε να ερμηνεύσουμε τη σημερινή «αρχιτεκτονική» του ηλιακού συστήματος. Επομένως η θεωρητική γνώση τού ποιες αρχικές συνθήκες (διαστάσεις του δίσκου, ποσότητα της ύλης, κτλ.) οδηγούν στη δημιουργία πλανητικών συστημάτων όπως το ηλιακό είναι κρίσιμη, προκειμένου να δοθεί απάντηση στο ερώτημα: υπάρχουν άραγε και άλλοι πλανήτες παρόμοιοι με τη Γη μας ή είμαστε το αποτέλεσμα μιας «μοναδικής» εξελικτικής διαδικασίας; Το θέμα αυτό απασχολεί τα τελευταία επτά χρόνια μια διεθνή ερευνητική ομάδα, τα τέσσερα μέλη της οποίας σήμερα εργάζονται σε τέσσερις διαφορετικές χώρες: Γαλλία, Ελλάδα, ΗΠΑ και Βραζιλία. Οι Αlessandro Μorbidelli, Ηarold Levison, Κλεομένης Τσιγάνης και Rodney Gomez ξεκίνησαν όμως τη συνεργασία τους το 2005 στο Αστεροσκοπείο της Νίκαιας, στη Γαλλία.

Τα μέχρι σήμερα αποτελέσματα αυτής της συνεργασίας συνετέλεσαν αποφασιστικά στο να κατανοήσουμε τα κρίσιμα χαρακτηριστικά που κάνουν το δικό μας ηλιακό σύστημα να διαφέρει τόσο σημαντικά από όλα τα υπόλοιπα που έχουν ως σήμερα ανακαλυφθεί. Ενα καλό παράδειγμα αυτής της διαφοράς αποτελεί το σύστημα των έξι πλανητών γύρω από έναν αστέρα παρόμοιο με τον Ηλιο, σε απόσταση 2.000 ετών φωτός, που ανακαλύφθηκε πρόσφατα από τη διαστημική αποστολή Κέπλερ και ονομάστηκε Κepler-11. Ολοι οι πλανήτες αυτού του συστήματος είναι μεγαλύτεροι από τη Γη, ενώ βρίσκονται πιο κοντά στο αστέρι απ΄ ό,τι η Γη στον Ηλιο.

Σε τόσο μικρή απόσταση η θερμοκρασία στην επιφάνειά τους είναι πάνω από 100 βαθμούς Κελσίου και επομένως ακόμη και αν έχουν νερό αυτό θα είναι υπό μορφή υδρατμών. Για τον λόγο αυτό λέμε ότι οι πλανήτες αυτοί βρίσκονται έξω από τη ζώνη βιωσιμότητας, έξω δηλαδή από την περιοχή όπου μπορεί να αναπτυχθεί ζωή με βάση το νερό. Αντιθέτως, το ηλιακό μας σύστημα έχει δύο εντελώς διαφορετικές ομάδες πλανητών: τέσσερις αεριώδεις γίγαντες πλανήτες, με πολύ μεγάλες μάζες και σε πολύ μεγάλες αποστάσεις από τον Ηλιο, και τέσσερις βραχώδεις πλανήτες με μικρές μάζες και σε μικρή απόσταση από τον Ηλιο. Ο τρίτος μάλιστα στη σειρά βραχώδης πλανήτης, η Γη, βρίσκεται ακριβώς μέσα στη ζώνη βιωσιμότητας. Ποια είναι λοιπόν η «συνταγή» για να δημιουργηθεί ένα πλανητικό σύστημα παρόμοιο με το ηλιακό;

Παλιά κλασική συνταγή...

Σύμφωνα με τα αποτελέσματα της πολυεθνικής ερευνητικής ομάδας, η δημιουργία πλανητικών συστημάτων παρόμοιων με το ηλιακό σύστημα δεν θα πρέπει να είναι σπάνια. Αν ο αρχικός δίσκος αερίου και σκόνης έχει διαστάσεις και μάζα με «λογικές» τιμές, η διαδικασία φαίνεται ότι ακολουθεί έναν «μονόδρομο». Για παράδειγμα, όποια «λογική» επιλογή κι αν κάνουμε για τις αρχικές συνθήκες, προκύπτει ότι στο ηλιακό σύστημα πρώτα δημιουργήθηκαν οι τέσσερις αέριοι γίγαντες, αλλά σε αρκετά μικρότερη απόσταση από αυτήν που τους παρατηρούμε σήμερα, στο μεσαίο τμήμα του νέφους και μάλιστα σε συγκεκριμένες «ειδικές» θέσεις.

Στις τροχιές αυτές, σύμφωνα με τους νόμους του Κέπλερ, ο πρώτος περιφερόταν γύρω από τον Ηλιο μιάμιση φορά πιο γρήγορα από τον δεύτερο, ο δεύτερος μιάμιση φορά πιο γρήγορα από τον τρίτο και ο τρίτος 1,33 ή μιάμιση φορά πιο γρήγορα από τον τέταρτο. Την ίδια εποχή είχαν δημιουργηθεί και άλλα σώματα στο εξωτερικό τμήμα του νέφους, οι μικροί πλανητοειδείς. Τα σώματα αυτά, με έναν μηχανισμό που ανακάλυψε η διεθνής ερευνητική ομάδα, ανάγκασαν τους τέσσερις γίγαντες πλανήτες να αρχίσουν να απομακρύνονται από τον Ηλιο, έως ότου έφτασαν στις σημερινές τους θέσεις. Κατά τη διάρκεια αυτής της «μετανάστευσης» δημιουργήθηκαν και οι τέσσερις βραχώδεις πλανήτες από το εσωτερικό τμήμα του δίσκου που απέμεινε. Το σενάριο αυτό ερμηνεύει σχεδόν όλα τα σημερινά παρατηρησιακά χαρακτηριστικά του ηλιακού συστήματος: από το πλήθος και τις τροχιές των αστεροειδών και των δορυφόρων των πλανητών μέχρι το μέγεθος και την εποχή σχηματισμού των κρατήρων που ένα απλό τηλεσκόπιο διακρίνει στη Σελήνη και η αποστολή Αγγελιοφόρος (Μessenger) φωτογράφισε πρόσφατα στον Ερμή.

Είναι ίσως πολύ πιθανόν ότι η διαφορετική μορφή των εξω πλανητικών συστημάτων που έχουν ανακαλυφθεί μέχρι στιγμής οφείλεται στις συγκεκριμένες μεθόδους αναζήτησης πλανητών που χρησιμοποιούμε ως σήμερα, οι οποίες ευνοούν την ανακάλυψη μεγάλων πλανητών σε μικρή απόσταση από τον κεντρικό αστέρα, παρά την ανακάλυψη μικρών πλανητών σε μεγάλες αποστάσεις. Επομένως είναι πολύ πιθανόν ότι κάπου εκεί έξω υπάρχουν πλανητικά συστήματα παρόμοια με το δικό μας, τα οποία περιμένουν να τα ανακαλύψουμε.

Αν δεν καταφέρει να τα ανακαλύψει η αποστολή Κέπλερ, η οποία έχει ήδη καταγράψει περίπου χίλια αστέρια που πιθανόν συνοδεύονται από πλανήτες, θα περιμένουμε τις επόμενες πιο εξελιγμένες διαστημικές αποστολές με τον ίδιο στόχο. Τέτοιες είναι, για παράδειγμα, η αποστολή GΑΙΑ του Ευρωπαϊκού Οργανισμού Διαστήματος, που προβλέπεται να εκτοξευτεί τον Δεκέμβριο του 2011, και το διαστημικό τηλεσκόπιο James Webb της ΝΑSΑ, που θα αντικαταστήσει το Ηubble και αναμένεται να εκτοξευτεί λίγο μετά το 2016.

Ο κ. Χάρης Βάρβογλης είναι καθηγητής του Τμήματος Φυσικής του ΑΠΘ.
http://eleftheriskepsii.blogspot.com/2011/04/blog-post_4619.html