Δαρβίνος

Γενικά

Η διαστημοσυσκευή Δαρβίνος

Το δεύτερο Λαγκρατζιανό σημείο

Μεταξύ των μελλοντικών αποστολών της Ευρωπαϊκής Υπηρεσίας Διαστήματος (ESA), βρίσκεται και η αποστολή Δαρβίνος. Στόχος της αποστολής θα 'ναι να ανακαλύψει εάν πλανήτες σαν τη Γη που περιφέρονται σε κοντινά αστέρια είναι σε θέση να φιλοξενήσουν ζωή. Tα τηλεσκόπια του προγράμματος θα είναι έτοιμα για την εκτόξευση το 2015-2020.

Το πρόγραμμα Δαρβίνος θα αναλύει το ανακλώμενο φως από τους βραχώδεις, στο μέγεθος της Γης, πλανήτες που είναι σε τροχιά γύρω από αστέρια, κατά προσέγγιση στην ίδια απόσταση που είμαστε εμείς από τον Ήλιο.

Η αποστολή σχεδιάζεται από την ESA από την δεκαετία του '90, και η ομάδα του Δαρβίνου έχει έναν κατάλογο 500 αστεριών στόχων γύρω από τα οποία θα ψάξουν για πλανήτες. Το πρόβλημα των επιστημόνων είναι ότι το φως των πλανητών μπορεί να είναι 10.000 εκατομμύρια φορές πιο εξασθενημένο από το άμεσο φως από το γονικό αστέρι. Η πρόταση είναι να χρησιμοποιηθούν τέσσερα ή τρία διαστημικά σκάφη που να πετούν σε ένα εξαιρετικά στενό σχηματισμό σε ύψος 1.5 εκατομμύρια χλμ από τη Γη (στο δεύτερο Λαγκρατζιανό σημείο-δείτε στην εικόνα), όπου η συνολική βαρυτική έλξη από τον Ήλιο, τη Γη και το Σελήνη είναι μηδέν. Κάθε ένα από αυτά τα σκάφη θα εξοπλιστεί με ένα τηλεσκόπιο διαμέτρου 3.5 m.

Προκλήσεις

Υπάρχουν δύο μεγάλες προκλήσεις στην προσπάθεια να ληφθούν εικόνες των πλανητών γύρω από άλλα αστέρια.

Πρώτον, ο πλανήτης θα είναι πολύ κοντά στο γονικό αστέρι του, οπότε το φως από το αστέρι θα επισκιάσει το φως από τον πλανήτη κατά έναν παράγοντα ένα εκατομμύριο ή ακόμα και ένα δισεκατομμύριο. Άρα απαιτείται ο Δαρβίνος να έχει μεγάλη ανάλυση. Δηλαδή να μπορεί να διαχωρίσει με το τηλεσκόπιο του πολύ κοντινά ουράνια αντικείμενα κι όχι να τα βλέπει σαν ένα.

Για να δούμε όμως πλανήτες γύρω από κοντινά μας άστρα απαιτείται ένα διαστημικό τηλεσκόπιο με κάτοπτρο, κατά προσέγγιση, 30 μέτρων κάτι που είναι πάνω από τα όρια της σημερινής τεχνολογίας μας. Για παράδειγμα το διαστημικό τηλεσκόπιο Hubble έχει κάτοπτρο ακριβώς 2,3 μέτρων. Ενώ ακόμη και το προγραμματισμένο διαστημικό τηλεσκόπιο της επόμενης γενεάς (JWST) θα είναι περίπου 6,5 μέτρα. Τα μεγαλύτερα τηλεσκόπια στη Γη έχουν (προς το παρόν) διάμετρο 10 μέτρων. Για να υπερνικήσει αυτόν τον περιορισμό, ο Δαρβίνος θα χρησιμοποιήσει μια τεχνική γνωστή ως συμβολομετρία. Η μέθοδος παρουσιάστηκε κατά τη διάρκεια της δεκαετίας του '50 από αστρονόμους στο Cambridge, αρχικά για να χρησιμοποιηθεί στα ραδιοτηλεσκόπια. Με την τεχνική αυτή χρησιμοποιούνται διάφορα μικρότερα τηλεσκόπια που συνδυάζοντας τα μεμονωμένα σήματά τους είναι σαν να έχουμε ένα πολύ μεγαλύτερο τηλεσκόπιο. Η τεχνική μπορεί επίσης να εφαρμοστεί στα οπτικά και υπέρυθρα τηλεσκόπια και θα χρησιμοποιηθεί επίσης και στο Δαρβίνο. Τέσσερα ή τρία χωριστά διαστημικά τηλεσκόπια θα συνδυάσουν τα μεμονωμένα σήματά τους για να παραγάγουν μια τελική, υψηλής ευκρίνειας εικόνα.

Το δεύτερο πρόβλημα που παρουσιάζεται είναι ότι ο Δαρβίνος πρέπει να αποκόψει το εκτυφλωτικό φως από το κεντρικό αστέρι. Ένα συμβολόμετρο μπορεί να το κάνει αυτό, εάν τα σήματα από μερικά από τα τηλεσκόπια έχουν μια ελαφρώς χρονική καθυστέρηση. Αν ρυθμίσουμε αυτή την καθυστέρηση, το κεντρικό φωτεινό αντικείμενο "ακυρώνεται", επιτρέποντας έτσι στον εξασθενημένο, κοντινό πλανήτη να ξεχωρίσει. Αυτό το όργανο είναι γνωστό ως ακυρωτικό συμβολόμετρο. Η ομάδα του Δαρβίνου έχει αναπτύξει μια τεχνική που λέγεται "ακυρωτική συμβολομετρία", η οποία αφού συνδυάσει το φως από δύο τηλεσκόπια (σε απόσταση 10 έως 100 μέτρα) τα οποία στοχεύουν στο γονικό αστέρι, μηδενίζει ή ακυρώνει το άμεσο φως που δέχονται από αυτό. Με αυτό τον τρόπο το εξασθενημένο ανακλώμενο φως από τον πλανήτη γίνεται ορατό

Γιατί η αποστολή πρέπει να γίνει στο Διάστημα;

Η αποστολή για την ανακάλυψη πλανητών πρέπει να είναι στο διάστημα για δύο λόγους. Πρώτον, στη Γη, η ατμόσφαιρα εμποδίζει τα υπέρυθρα μήκη κύματος που πρέπει να συλλέξει ο Δαρβίνος.

Δεύτερον, στη θερμοκρασία δωματίου, τα ίδια τα τηλεσκόπια θα εξέπεμπαν μια υπέρυθρη ακτινοβολία, πλημμυρίζοντας με θόρυβο τις παρατηρήσεις τους. Επειδή όμως στο διάστημα επικρατεί πολύ ψύχος το τηλεσκόπιο μπορεί να σχεδιαστεί έτσι ώστε η θερμοκρασία του να είναι ακριβώς 40 Κ ή -233 Κελσίου, ενώ ο πραγματικός ανιχνευτής μπορεί να φτάσει σε θερμοκρασία ακριβώς 8 Κ ή -265 Κελσίου. Έτσι, το μόνο υπέρυθρο σήμα που θα λαμβάνει το τηλεσκόπιο θα είναι από το εξασθενημένο φως των απόμακρων πλανητών.

Στη Γη, η βιολογική δραστηριότητα παράγει αέρια που βρίσκονται στην ατμόσφαιρά μας. Για παράδειγμα, τα φυτά δίνουν οξυγόνο και τα ζώα αποβάλλουν διοξείδιο του άνθρακα και μεθάνιο. Αυτά τα αέρια, μαζί και άλλα, όπως το νερό, αφήνουν τα δακτυλικά αποτυπώματά τους, απορροφώντας ορισμένα μήκη κύματος του υπέρυθρου φωτός. Έπειτα ένα φασματόμετρο στο Δαρβίνο θα διαχωρίζει το φως που ανακλάται από τον πλανήτη στα υπέρυθρα μήκη κύματος, επιτρέποντας έτσι στην επιστημονική ομάδα να ψάξει για τα ίχνη των αερίων στην ατμόσφαιρα (πχ διοξείδιο του άνθρακα, μονοξείδιο άνθρακα, όζον), που συνδέονται με τις διαδικασίες της ζωής στη Γη. Εάν δούμε ένα αέριο που συνδέεται με τα βακτηρίδια, όπως το μεθάνιο τότε εκεί θα υπάρχει μια μεγάλη πιθανότητα να συμβαίνει κάποια βιογονική διαδικασία και θα έχουν βρεθεί ίσως τα πρώτα στοιχεία για τη ζωή σε έναν άλλο κόσμο.