Ένα νέο διαστημικό αστεροσκοπείο της NASA ξεκίνησε τη λειτουργία του στις 30 Αυγούστου: πρόκειται για το Διαστημικό Τηλεσκόπιο Nancy Grace Roman, το οποίο είναι εξοπλισμένο με ένα όργανο υψηλής τεχνολογίας ικανό να φωτογραφίζει απευθείας πλανήτες πέρα από το ηλιακό μας σύστημα. Το όργανο αυτό ονομάζεται στεμματογράφος (κορωνογράφος). Με απλά λόγια, ο στεμματογράφος είναι μια συσκευή που προσαρμόζεται σε ένα τηλεσκόπιο και αποκλείει το φως του άστρου που παρατηρεί το τηλεσκόπιο, επιτρέποντας τη μελέτη χαρακτηριστικών γύρω από αυτό το άστρο. Χωρίς μια τέτοια συσκευή, το φως του άστρου μπορεί να είναι τόσο έντονο που επισκιάζει τις λεπτομέρειες που βρίσκονται κοντά του. Μπορείτε να φανταστείτε τον στεμματογράφο ως έναν τρόπο αναπαράστασης μιας ολικής έκλειψης Ηλίου, με τη διαφορά ότι, αντί για τη Σελήνη που κρύβει τον Ήλιο, τη δουλειά αυτή την κάνει ένα τεχνητό διάφραγμα.
Αν και οι στεμματογράφοι έχουν χρησιμοποιηθεί πολλές φορές στο παρελθόν, αυτός που μόλις εκτοξεύτηκε στο διάστημα είναι πρωτοποριακός. «Το Διαστημικό Τηλεσκόπιο Roman μεταφέρει τον πιο εξελιγμένο στεμματογράφο που έχει στείλει ποτέ η ανθρωπότητα στο διάστημα», δήλωσε στο Space.com ο Dominic Benford, επιστήμονας του προγράμματος του τηλεσκοπίου.
Το Ηλιακό και Ηλιοσφαιρικό Παρατηρητήριο (SOHO) της NASA παρατηρεί συνεχώς τις εξωτερικές περιοχές του ηλιακού στέμματος χρησιμοποιώντας έναν στεμματογράφο, ο οποίος αποκρύπτει τον λαμπρό ηλιακό δίσκο. (Πηγή εικόνας: ESA/NASA/SOHO)
Πώς λειτουργεί ο στεμματογράφος;
Οι στεμματογράφοι δεν αποτελούν καινοτομία. Συχνά χρησιμοποιούνται ακόμη και για τη μελέτη του δικού μας Ήλιου. Αυτό το όργανο αποκλείει το φως του Ήλιου μας, ώστε να αποκαλυφθούν οι λεπτές, νηματοειδείς δομές της εξωτερικής ατμόσφαιρας του άστρου, δηλαδή του στέμματος.
«Στην πραγματικότητα, πριν από περισσότερα από 100 χρόνια, οι αστρονόμοι χρησιμοποιούσαν στεμματογράφους για να δημιουργήσουν μια τεχνητή έκλειψη και να μελετήσουν το ηλιακό στέμμα», δήλωσε η Vanessa Bailey, επιστήμονας υπέυθυνη για τον στεμματογράφο του Roman, κατά τη διάρκεια ενημέρωσης τύπου στις 29 Αυγούστου, μία ημέρα πριν από την εκτόξευση του Roman στο διάστημα. «Από εκεί προέρχεται και η ονομασία τους».
Ωστόσο, όσον αφορά τα άλλα άστρα, οι στεμματογράφοι εξυπηρετούν έναν διαφορετικό σκοπό. Μπορούν να αποκλείσουν το φως ενός άστρου με τέτοιον τρόπο, ώστε να γίνουν ορατοί οι πλανήτες που περιφέρονται γύρω από αυτό. «Μπορούμε να αποκλείσουμε το φως του άστρου σε τέτοιο βαθμό, ώστε να απομένει μόνο ένα κλάσμα της τάξης των λίγων μερών ανά δισεκατομμύριο από την αρχική του ένταση», ανέφερε ο Benford σχετικά με τον στεμματογράφο του Roman. Ως αποτέλεσμα, εξήγησε, «μπορούμε να δούμε απευθείας το φως που ανακλάται από έναν πλανήτη —παρόμοιο με τον Δία— που περιφέρεται γύρω από ένα άλλο άστρο, κάτι που δεν είχαμε καταφέρει ποτέ στο παρελθόν». Προχωρώντας ένα βήμα παραπέρα, οι επιστήμονες θα μπορούν επίσης να αναλύσουν το φως που ανακλάται από τον θεωρητικό Δία, ώστε να αποκαλύψουν και τη φύση της ατμόσφαιρας αυτού του κόσμου. Πρέπει να διευκρινιστεί ότι το Roman δεν είναι το μοναδικό αστρονομικό εργαλείο που διαθέτουμε και το οποίο χρησιμοποιεί στεμματογράφο (coronagraph) για παρατηρήσεις πέρα από το ηλιακό μας σύστημα. Στην πραγματικότητα, τόσο το Διαστημικό Τηλεσκόπιο James Webb όσο και το Διαστημικό Τηλεσκόπιο Hubble διαθέτουν επίσης δικούς τους στεμματογράφους. Ωστόσο, ο στεμματογράφος του Roman είναι πολύ πιο σύνθετος.
Μια ψηφιακή αναπαράσταση δείχνει τη διαδικασία ανάπτυξης του τηλεσκοπίου Roman στο διάστημα. (Πηγή εικόνας: NASA’s Goddard Space Flight Center Conceptual Image Lab
Καταρχάς, ο στεμματογράφος του Roman δεν «αποκλείει» απλώς το φως του άστρου με τον τρόπο που το κάνει ένας τυπικός στεμματογράφος. Για να δημιουργήσει το «φεγγάρι» που απαιτείται για τις τεχνητές εκλείψεις του, χρησιμοποιεί έναν συνδυασμό δίσκων με ειδικά μοτίβα και ειδικών φίλτρων, προκαλώντας καταστρεπτική συμβολή στο φως του άστρου-στόχου. Η καταστρεπτική συμβολή σημαίνει ότι τα αντίρροπα φωτεινά κύματα αλληλοεξουδετερώνονται, με αποτέλεσμα το πλάτος του κύματος να μηδενίζεται. Στην πράξη, αυτό αποκλείει το φως του άστρου όσο χρειάζεται και επιτρέπει μόνο στο φως που ανακλάται από τους πλανήτες ενδιαφέροντος να διέλθει και να φτάσει στα κάτοπτρα του στεμματογράφου.
Το επόμενο ιδιαίτερο χαρακτηριστικό του στεμματογράφου του Roman είναι ότι πρόκειται για τον πρώτο «ενεργό» στεμματογράφο που θα ταξιδέψει στο διάστημα. Αυτό σημαίνει ότι μπορεί να ρυθμίζει τα κάτοπτρά του σε πραγματικό χρόνο, διασφαλίζοντας ότι οι παρατηρήσεις εξωπλανητών που πραγματοποιεί είναι όσο το δυνατόν πιο καθαρές. Το στοιχείο αυτό είναι σημαντικό, διότι καθώς το φως ανακλάται στα κάτοπτρα του στεμματογράφου, ενδέχεται να δημιουργηθούν μικρές παραμορφώσεις που διαταράσσουν τη λεπτή διαδικασία της καταστρεπτικής συμβολής. Απαιτούνται ρυθμίσεις για την αποκατάσταση της ισορροπίας, και αυτές καθίστανται δυνατές χάρη στα εκατοντάδες μικροσκοπικά έμβολα που είναι ενσωματωμένα στα κάτοπτρα του στεμματογράφου του Roman. Χάρη σε αυτά, τα κάτοπτρα είναι παραμορφώσιμα, δηλαδή μπορούν να αλλάζουν σχήμα για να αντισταθμίζουν τις παραμορφώσεις.
Εφόσον όλα εξελιχθούν ομαλά, ο συγκεκριμένος στεμματογράφος θα είναι σε θέση να εντοπίζει εξωπλανήτες που είναι περίπου 100 εκατομμύρια φορές πιο αμυδροί από τα άστρα τους. «Αυτά τα παραμορφώσιμα κάτοπτρα αποτελούν πραγματικό επίτευγμα μηχανικής», δήλωσε h Bailey κατά τη διάρκεια της ενημέρωσης τύπου. «Μπορούμε να τα ελέγχουμε με ακρίβεια που πλησιάζει το μέγεθος ενός ατόμου, και αυτό είναι που μας επιτρέπει ουσιαστικά να επιτύχουμε αυτές τις επαναστατικές επιδόσεις». Όσον αφορά τις συγκεκριμένες προσδοκίες για τον στεμματογράφο του Roman, η Bailey εξήγησε ότι υπάρχουν ορισμένα γειτονικά αστρικά συστήματα τα οποία η ομάδα ενδιαφέρεται ιδιαίτερα να εξετάσει, καθώς υπάρχουν ενδείξεις για την ύπαρξη πλανητών παρόμοιων με τον Δία που περιφέρονται σε αυτά, αλλά δεν έχουν ακόμη απεικονιστεί. «Ή», όπως ανέφερε, «μπορεί να υπάρχουν εξαιρετικά ενδιαφέροντα υπολείμματα σκόνης και συντριμμιών από τη διαδικασία σχηματισμού πλανητών». Ίσως αυτή η σκόνη να εντοπίζεται στις κατοικήσιμες ζώνες των άστρων που θα παρατηρεί το Roman, παρέχοντάς μας ενδεχομένως περισσότερες πληροφορίες για τη γένεση της Γης.
«Αυτό παρουσιάζει ενδιαφέρον αφενός καθαυτό και αφετέρου ως προάγγελος του Habitable Worlds Observatory (HWO)», δήλωσε η Bailey, αναφερόμενη στο επόμενο μεγάλο εγχείρημα της NASA, το οποίο θα διαθέτει μια πιο εξελιγμένη έκδοση του στεμματογράφου του Roman. «Μπορούμε να μελετήσουμε την ποσότητα σκόνης σε αυτά τα γειτονικά συστήματα και να διαπιστώσουμε αν κάποια από αυτά περιέχουν υπερβολική σκόνη, εμποδίζοντάς μας έτσι να παρατηρήσουμε έναν πλανήτη παρόμοιο με τη Γη στο μέλλον». Ενώ το Roman θα εστιάζει κυρίως σε κόσμους παρόμοιους με τον Δία —καθώς είναι αρκετά μεγάλοι ώστε να εντοπίζονται με τις τρέχουσες δυνατότητές του— το HWO θα μπορούσε κάλλιστα να ανακαλύψει κάποια στιγμή μια άλλη Γη.
Από τους 6.000 εξωπλανήτες στους 100.000
Τέλος, οφείλουμε να αναφέρουμε εν συντομία το συμπληρωματικό όργανο αυτού του νεοσύστατου «κυνηγού εξωπλανητών»: το εντυπωσιακότατο Wide Field Instrument (WFI), το οποίο έχει τη δυνατότητα να σαρώνει τεράστιες εκτάσεις του ουρανού με μία μόνο λήψη. Χάρη στη συνεργασία μεταξύ του WFI και του στεμματογράφου του, το Roman θα διευρύνει θεαματικά τον κατάλογο των γνωστών εξωπλανητών, όπως επισημαίνει η Nicky Fox, αναπληρώτρια διαχειρίστρια της Διεύθυνσης Επιστημονικών Αποστολών της NASA. Ο στεμματογράφος δεν θα εντοπίζει νέους εξωπλανήτες αυτόνομα, αλλά θα εστιάζει σε μεγαλύτερο βάθος σε εκείνους που θα έχει εντοπίσει προηγουμένως το WFI.
Το WFI θα χρησιμοποιήσει δύο διαφορετικές τεχνικές για να εμπλουτίσει τη συλλογή μας. Η πρώτη ονομάζεται «τεχνική της διάβασης» (transit technique) και είναι η ίδια μέθοδος που αξιοποίησαν αποστολές-ορόσημα όπως το Kepler και το TESS. Περιλαμβάνει την παρατήρηση μικρών μειώσεων στη φωτεινότητα ενός άστρου, οι οποίες συμβαίνουν όταν ένας πιθανός πλανήτης διέρχεται μπροστά από τον δίσκο του άστρου, όπως αυτός φαίνεται από το τηλεσκόπιο. «Αν παρατηρήσεις κάτι τέτοιο να συμβαίνει επανειλημμένα», δήλωσε η Fox, «μπορείς να συμπεράνεις ότι πρόκειται για πλανήτη και, από αυτή την παρατήρηση, να προσδιορίσεις την ακτίνα και το μέγεθός του».
Η δεύτερη τεχνική αφορά τη βαρυτική εστίαση (gravitational lensing), ένα φαινόμενο κατά το οποίο αντικείμενα με μάζα στο διάστημα (και, κατά συνέπεια, βαρυτική επίδραση) μπορούν να παραμορφώσουν τον ίδιο τον ιστό του χωροχρόνου και να μεταβάλουν την πορεία του φωτός που διέρχεται από την επηρεαζόμενη περιοχή. Στο μυαλό μας μπορεί να έρχεται η εικόνα ενός τεράστιου σμήνους γαλαξιών που στρεβλώνει τον χωρόχρονο σαν σατέν ύφασμα, αλλά και μικρότερα αντικείμενα, όπως άστρα και πλανήτες, μπορούν να προκαλέσουν το ίδιο αποτέλεσμα. Το φαινόμενο της «μικροεστίασης» (microlensing) —όπου μικρότερα αντικείμενα παραμορφώνουν τον χωρόχρονο— οδηγεί σε αύξηση της φωτεινότητας αντικειμένων που βρίσκονται στο βάθος (στο υπόβαθρο).
Η Fox συνοψίζει τις δύο τεχνικές του WFI με απλά λόγια: «Αν παρατηρήσεις μια μικρή μείωση της φωτεινότητας, αυτό μπορεί να υποδηλώνει την ύπαρξη πλανήτη που πραγματοποιεί διάβαση. Αν δεις μια μικρή αύξηση της φωτεινότητας, αυτό μπορεί να υποδηλώνει την ύπαρξη πλανήτη μέσω του φαινομένου της μικροεστίασης». Όσον αφορά το WFI, η τεχνική της μικροεστίασης θα είναι ευαίσθητη στον εντοπισμό πλανητών με μέγεθος παρόμοιο της Γης που βρίσκονται στις κατοικήσιμες ζώνες των άστρων τους, ενώ η τεχνική της διάβασης θα είναι πιο αποτελεσματική στον εντοπισμό πλανητών που βρίσκονται πιο κοντά στα άστρα τους. Και, όπως μας υπενθυμίζει η Bailey, υπάρχει τεράστιος αριθμός πλανητών πάνω στους οποίους μπορεί να δοκιμαστεί το τηλεσκόπιο Roman: «Όταν κοιτάζεις τον νυχτερινό ουρανό, τα περισσότερα από αυτά τα άστρα διαθέτουν πλανήτες». Προς το παρόν, γνωρίζουμε την ύπαρξη περίπου 6.000 τέτοιων κόσμων. Η Fox εκτιμά ότι αυτό το νέο διαστημικό τηλεσκόπιο θα μπορούσε να αποκαλύψει άλλους 100.000.
Περισσότερα εδώ
Πηγή: https://www.space.com/astronomy/exoplanets/nasas-newly-launched-roman-space-telescope-will-directly-image-exoplanets-but-what-does-that-mean
