TRAPPIST-1: Διαθέτουν οι πλανήτες του ατμόσφαιρες;

Τον Φεβρουάριο του 2017, η επιστημονική κοινότητα ενθουσιάσθηκε, καθώς η NASA ανακοίνωσε ότι ένα κοντινό αστέρι (το TRAPPIST-1) είχε ένα σύστημα με όχι λιγότερους από επτά βραχώδεις πλανήτες. Από τότε, οι αστρονόμοι έχουν πραγματοποιήσει κάθε είδους παρατηρήσεις και μελέτες με την ελπίδα να μάθουν περισσότερα για αυτούς τους εξωπλανήτες. Συγκεκριμένα, προσπαθούν να μάθουν εάν κάποιοι από τους πλανήτες που βρίσκεται στην κατοικήσιμη ζώνη του άστρου θα μπορούσε πράγματι να είναι κατοικήσιμος.

Πολλές από αυτές τις μελέτες ασχολούνται με το εάν οι πλανήτες του TRAPPIST-1 έχουν αρκετό νερό στις επιφάνειές τους. Όμως εξίσου σημαντικό είναι το ζήτημα αν υπάρχουν ή όχι βιώσιμες ατμόσφαιρες. Σε μια πρόσφατη μελέτη που παρέχει μια επισκόπηση όλων των παρατηρήσεων μέχρι σήμερα στους πλανήτες του TRAPPIST-1, μια ομάδα διαπίστωσε ότι η πιθανότητα ύπαρξης ή μη ατμόσφαιρας εξαρτάται από τον κάθε πλανήτη.

Η μελέτη, η οποία δημοσιεύθηκε πρόσφατα στο περιοδικό Astrobiology, διεξήχθη από μια διεθνή ομάδα ερευνητών από το Αστρονομικό Παρατηρητήριο της Γενεύης (GAO), το Πανεπιστήμιο της Βέρνης, το Laboratoire d'astrophysique de Bordeaux (LAB), την ομάδα έρευνας αστροφυσικής στο Imperial College London, και το Εργαστήριο Ατμοσφαιρικής και Διαστημικής Φυσικής (LASP) του Πανεπιστημίου του Κολοράντο.

Αρχικά, ήταν μια ομάδα αστρονόμων από το Πανεπιστήμιο της Λιέγης στο Βέλγιο, η οποία ανίχνευσε τρεις από τους εξωπλανήτες του συστήματος χρησιμοποιώντας φασματοσκοπία διέλευσης. Με αυτήν τη μέθοδο, οι αστρονόμοι παρακολουθούν τα αστέρια για πτώσεις στη φωτεινότητά τους, η οποία είναι το αποτέλεσμα των πλανητών που περνούν μπροστά από το αστέρι σε σχέση με τον παρατηρητή.

Το σύστημα ονομάστηκε TRAPPIST-1 προς τιμήν του οργάνου που χρησιμοποιήθηκε για την ανίχνευσή τους, του Transiting Planets and Planetesimals Small Telescope (TRAPPIST), που βρίσκεται στο Παρατηρητήριο La Silla της ESO στη Χιλή και το Observatoire de l'Oukaïmeden στο Μαρόκο. Τον Φεβρουάριο του 2017, επιβεβαιώθηκε η ύπαρξη τεσσάρων επιπλέον εξωπλανητών, καθώς και το γεγονός ότι τρεις ήταν σε τροχιά εντός της κατοικήσιμης ζώνης του αστεριού.

Από τότε, το σύστημα TRAPPIST-1 θεωρείται εξαιρετικός στόχος από τους αστρονόμους για την μελέτη των εξωπλανητών. Υπάρχουν πολλοί λόγοι για αυτό, τον οποίο ο Martin Turbet (μεταδιδακτορικός ερευνητής στο GAO και ο κύριος συγγραφέας της μελέτης) εξήγησε στο Universe Today μέσω email: «Το σύστημα TRAPPIST-1 είναι κατάλληλο για μελέτες βιωσιμότητας, επειδή είναι ένα πλανητικό σύστημα αποτελούμενο από δυνητικά κατοικήσιμους εξωπλανήτες και είναι εύκολο να παρατηρηθεί και να μελετηθεί με τηλεσκόπια. Αυτό οφείλεται κυρίως στο γεγονός ότι 1) το TRAPPIST-1 είναι πολύ κοντά, ‘μόλις’ 39 έτη φωτός από εμάς, 2) οι πλανήτες διέρχονται (συχνά) μπροστά από το αστέρι τους, και 3) το αστέρι TRAPPIST-1 είναι ένας εξαιρετικά ψυχρός νάνος με μικρή ακτίνα».

Με λίγα λόγια, η ύπαρξη επτά εξωπλανητών γύρω από ένα αστέρι σημαίνει ότι θα υπάρχουν πολλές ευκαιρίες να τους εντοπίσουμε όταν κάνουν διέλευση μπροστά από το αστέρι. Σε αυτές τις περιπτώσεις, οι αστρονόμοι είναι σε θέση να συγκεντρώσουν φάσματα από τον πλανήτη καθώς το φως από το αστέρι περνά γύρω από τον πλανήτη και μέσω της ατμόσφαιρας του (μια διαδικασία γνωστή ως φασματοσκοπία μετάδοσης). Οι επιστήμονες μπορούν στη συνέχεια να εξετάσουν αυτά τα δεδομένα για να προσδιορίσουν ποια χημικά στοιχεία υπάρχουν στην ατμόσφαιρα του πλανήτη.

Επειδή το TRAPPIST-1 είναι ένα αστέρι τύπου Μ (κόκκινος νάνος) - το οποίο έχει χαμηλή μάζα  και χαμηλή φωτεινότητα σε σύγκριση με άλλους τύπους αστεριών - η φασματοσκοπία μετάδοσης που λαμβάνεται από τους πλανήτες του είναι λιγότερο πιθανό να υπόκειται στην λεγόμενη "αστρική μόλυνση". Αυτό συμβαίνει όταν τα φάσματα που λαμβάνονται από τους πλανήτες μπερδεύονται με τα φάσματα από το ίδιο το αστέρι.

Εχουν διεξαχθεί πολλές μελέτες που έδειξαν ότι για ορισμένους από τους πλανήτες του TRAPPIST-1, το νερό μπορεί να αποτελεί μεγάλο μέρος της μάζας τους (καθιστώντας τους «υδάτινους κόσμους»). Όμως λόγω της φύσης των κόκκινων νάνων, οι οποίοι είναι επιρρεπής σε εκρήξεις, τυχόν ατμόσφαιρα θα μπορούσε να καταστραφεί.

Ωστόσο, άλλες μελέτες έχουν διαπιστώσει ότι εξωπλανήτες που βρίσκονται σε τροχιά γύρω από ερυθρούς νάνους θα μπορούσαν να είναι κατοικήσιμοι, αρκεί να έχουν επαρκή ατμόσφαιρα και μεγάλη νεφοκάλυψη για να αντιμετωπίσουν την ακτινοβολία. Για να εκτιμήσει την πιθανότητα οι πλανήτες του TRAPPIST-1 έχουν τέτοιες ατμόσφαιρες, ο Turbet και οι συνεργάτες του εξέτασαν όλα τα δεδομένα που έχουν ληφθεί από το σύστημα μέχρι σήμερα.

Αυτό περιλαμβάνει παρατηρήσεις διέλευσης των πλανητών, καθώς και μετρήσεις πυκνότητας, φασματοσκοπία μετάδοσης, ακτινοβολία του συστήματος, θεωρίες σχετικά με τον σχηματισμό και τη μετανάστευση των πλανητών, την τροχιακή σταθερότητα των πλανητών, κλιματικά μοντέλα και μοντέλα που εξετάζουν πόσο αέριο χάνουν οι πλανήτες προς το διάστημα.

«Ελέγξαμε όλες τις υπάρχουσες εργασίες σχετικά με το θέμα, κυμαινόμενες από παρατηρήσεις με τα καλύτερα διαθέσιμα τηλεσκόπια έως τα πιο εξελιγμένα θεωρητικά μοντέλα, όπως τρισδιάστατα αριθμητικά μοντέλα κλίματος» είπε ο Turbet.

Αυτά που βρήκαν ήταν αρκετά ενθαρρυντικά. Αρχικά, μπόρεσαν να προσδιορίσουν ότι οι περισσότεροι από τους πλανήτες του TRAPPIST-1 έχουν ατμόσφαιρες χαμηλού μοριακού βάρους χωρίς όμως σύννεφα, παρόμοιες με την αρχέγονη ατμόσφαιρα της Γης. Στην συνέχεια όμως, βρήκαν ενδείξεις ότι οι πλανήτες που έχουν ατμόσφαιρες πιθανότατα αποτελούνται από στοιχεία που έχουν υψηλότερα ατομικά βάρη. Ο Turbet είπε, «Προσδιορίσαμε ότι οι επτά πλανήτες  του TRAPPIST-1 είναι απίθανο να έχουν ατμόσφαιρες υδρογόνου. Πιθανότατα οι ατμόσφαιρες (εάν υπάρχουν) κυριαρχούνται από διοξείδιο του άνθρακα, οξυγόνο και υδρατμούς».

Με άλλα λόγια, από τους επτά πλανήτες, αυτοί που έχουν ατμόσφαιρα είναι πιθανό να έχουν το είδος που είναι ευνοϊκό για τη ζωή (τουλάχιστον όπως την γνωρίζουμε). Αυτό σημαίνει διοξείδιο του άνθρακα ως σταθεροποιητή του κλίματος και απαραίτητο για φωτοσυνθετικούς οργανισμούς, οξυγόνο, άζωτο και πτητικά στοιχεία όπως το νερό. Οι υδρατμοί,  δεν είναι μόνο ένδειξη νερού, αλλά δημιουργούν σύννεφα που παρέχουν προστασία από την αστρική ακτινοβολία.

Δυστυχώς, ο Turbet και οι συνάδελφοί του δεν μπορούν να πουν με σιγουριά ότι οι πλανήτες του TRAPPIST-1 έχουν ατμόσφαιρες με όλα αυτά τα στοιχεία. Αυτή η μελέτη, ωστόσο, αναλύει σε βάθος όλα όσα γνωρίζουμε για το σύστημα μέχρι τώρα. Για να βεβαιωθούμε εάν κάποιος από τους εξωπλανήτες αυτού του συστήματος είναι κατοικήσιμος, θα πρέπει να περιμένουμε τα τηλεσκόπια επόμενης γενιάς. Ο Turbet είπε, «Οι αποστολές επόμενης γενιάς - ιδίως το διαστημικό τηλεσκόπιο James Webb και οι φασματογράφοι εδάφους με υπέρυθρες ακτίνες - θα έχουν τη δύναμη να ανιχνεύουν βαριά μόρια όπως διοξείδιο του άνθρακα, οξυγόνο, μεθάνιο κ.λπ. και έτσι μπορεί να έχουν τη δυνατότητα να καθορίσουν εάν οι πλανήτες του TRAPPIST-1 έχουν ατμόσφαιρες ή όχι, και εάν ναι, από τι είναι φτιαγμένες». Με αυτά και ακόμη πιο ισχυρά όργανα που έχουν προγραμματιστεί για το μέλλον, οι αστρονόμοι αναμένουν τελικά να γνωρίσουν με βεβαιότητα εάν υπάρχει ζωή πέρα από τη Γη.

ΠΗΓΗ: phys.org

ΦΩΤΟΓΡΑΦΙΑ: Καλλιτεχνική απόδοση του συστήματος TRAPPIST-1. Credit: ESO/N. Bartmann/spaceengine.org. (CC BY 2.0).

ΔΙΑΒΑΣΤΕ ΕΠΙΣΗΣ: TRAPPIST-1: Η μελέτη του δυνητικά κατοικήσιμου συστήματος συνεχίζεται. Μετρήθηκε η κλίση των τροχιών των πλανητών!