Υπάρχει ένας μακρινός κόσμος όπου κρύσταλλοι χαλαζία επιπλέουν πάνω από μια φλεγόμενη καυτή, φουσκωμένη ατμόσφαιρα. Εξατμισμένοι κόκκοι άμμου, όχι σταγονίδια νερού, σχηματίζουν τα σύννεφα που γεμίζουν τον ουρανό στο Wasp-107b, έναν πλανήτη που απέχει 1.300 έτη φωτός από τη Γη.
Μετά υπάρχει ο GJ1214, ο πλανήτης της σάουνας. Με μάζα οκτώ φορές μεγαλύτερη από τη Γη, περιφέρεται γύρω από το μητρικό του άστρο σε απόσταση ένα εβδομήντα του χάσματος μεταξύ Γης και Ήλιου και φαίνεται να περιβάλλεται από μια παχιά, πυκνή ατμόσφαιρα που περιέχει μεγάλες ποσότητες ατμών.
Ή υπάρχουν οι γιγάντιοι πλανήτες του Νεφελώματος του Ωρίωνα στο μέγεθος του Δία που έχουν ανακαλυφθεί να επιπλέουν ελεύθερα στο διάστημα, αδίστακτοι κόσμοι που φαίνεται να μην συνδέονται με κανένα γονικό αστέρι – προς έκπληξη των αστρονόμων.
Αυτοί οι παράξενοι, απομακρυσμένοι πλανήτες δεν θα μπορούσαν να είναι πιο διαφορετικοί ή δραματικά διαφορετικοί – αν και μοιράζονται ένα κοινό χαρακτηριστικό. Τα θαύματά τους αποκαλύπτονται τώρα από το διαστημικό τηλεσκόπιο James Webb (JWST).
Το ρομποτικό παρατηρητήριο 10 δισεκατομμυρίων δολαρίων ξεκίνησε την ημέρα των Χριστουγέννων του 2021 και αυτή τη στιγμή μεταμορφώνει τις γνώσεις μας για τους πλανήτες του γαλαξία μας. “Χρειάστηκαν έξι μήνες για να τοποθετηθεί το τηλεσκόπιο και να τεθεί σε λειτουργία τα συστήματά του σωστά – που σημαίνει ότι το 2023 ήταν το πρώτο πλήρες ημερολογιακό έτος λειτουργίας”, δήλωσε ο αστροφυσικός Dr. Hannah Wakeford από το Πανεπιστήμιο του Μπρίστολ. «Τα αποτελέσματα ξεπέρασαν όλες τις προσδοκίες μας».
Το JWST αποτελείται από έναν επιχρυσωμένο καθρέφτη μήκους 6,5 μέτρων. ένα σκίαστρο στο μέγεθος ενός γηπέδου τένις. και μια σειρά από πολύπλοκα όργανα που ψύχονται σε θερμοκρασίες μόλις μερικούς βαθμούς πάνω από το απόλυτο μηδέν. Αυτά τα χαρακτηριστικά επιτρέπουν στο τηλεσκόπιο να παρατηρεί τον ουρανό με υπέρυθρο φως, αποκαλύπτοντας λεπτομέρειες του σύμπαντος αμέσως μετά τη γέννησή του στο Big Bang πριν από 13,8 δισεκατομμύρια χρόνια, καθώς και εικόνες αστεριών που γεννιούνται σε σύννεφα σκόνης.
Ωστόσο, το JWST δίνει στην επιστήμη ένα άλλο δώρο: η υπέρυθρη ακτινοβολία αποδεικνύεται επίσης ιδανική για τη μελέτη εξωηλιακών πλανητών, τους λεγόμενους εξωπλανήτες, όπως ονομάζονται οι κόσμοι που βρίσκονται σε τροχιά γύρω από άλλα αστέρια. Το τηλεσκόπιο πυροδοτεί έτσι μια αστρονομική επανάσταση.
Για αιώνες, οι μόνοι πλανήτες που γνωρίζαμε εμείς οι άνθρωποι ήταν οι λίγοι που μπορούσαμε να δούμε στο ηλιακό μας σύστημα. Ήταν όμως τυπική η οικογένεια του ήλιου, αναρωτήθηκαν οι επιστήμονες; Υπήρχαν πολλοί πλανήτες αλλού στον γαλαξία ή ήταν σπάνιοι; Αυτά τα ερωτήματα ήταν κρίσιμα γιατί το τελευταίο σενάριο – μια κοσμική έλλειψη πλανητών – θα σήμαινε ότι η εξωγήινη ζωή θα ήταν επίσης πιθανό να είναι σε έλλειψη.
Το πρόβλημα για τους αστρονόμους ήταν το απλό γεγονός ότι τα αστέρια είναι πολύ φωτεινά, αλλά οι πλανήτες είναι πολύ μικρότεροι και πολύ πιο αμυδροί και δεν μπορούσαν να εντοπιστούν δίπλα στους φωτεινούς ουράνιους γονείς τους. Μόλις στα τέλη του περασμένου αιώνα μια νέα γενιά εξαιρετικά ευαίσθητων καμερών που ήταν προσαρτημένες σε τηλεσκόπια και σε τροχιά παρατηρητήρια κατάφεραν να εντοπίσουν την ελαφριά θαμπάδα των εξωπλανητών καθώς περνούσαν μπροστά από αστέρια.
Αφού έγιναν οι πρώτες λίγες από αυτές τις παρατηρήσεις διέλευσης, οι ανακαλύψεις άρχισαν να αυξάνονται δραματικά. Σήμερα, ο συνολικός αριθμός των παρατηρηθέντων εξωπλανητών ανέρχεται σε 5.566, σύμφωνα με το αρχείο Extrasolar Planets της NASA.
Αυτό που έχει σημασία είναι ότι αρκετές εκατοντάδες βρίσκονται σχετικά κοντά στη Γη και είναι τώρα ώριμες για μελέτη με το JWST, λένε οι αστρονόμοι. Το Wasp-107b και τα σύννεφα χαλαζία του καθώς και οι απατεώνες του νεφελώματος του Ωρίωνα έχουν ήδη μελετηθεί, μαζί με μια ποικιλία άλλων εξωπλανητών.
«Έχοντας βρει όλους αυτούς τους κόσμους, βρισκόμαστε τώρα στην τυχερή θέση να τους μελετήσουμε λεπτομερώς, να αναλύσουμε την ατμόσφαιρά τους και ακόμη και να χαρτογραφήσουμε τα χαρακτηριστικά τους, όταν πριν από τρεις δεκαετίες δεν ξέραμε με βεβαιότητα αν υπήρχαν», είπε ο αστροφυσικός. Καθ. Jayne Birkby από το Πανεπιστήμιο της Οξφόρδης.
Ένας πρώιμος στόχος για τους αστρονόμους που χρησιμοποιούσαν το JWST ήταν ο Trappist-1, ένα μικρό, δροσερό αστέρι ενός τύπου που είναι γνωστός ως κόκκινος νάνος. Σαράντα έτη φωτός από τη Γη, φιλοξενεί μια οικογένεια επτά μικρών βραχωδών κόσμων, τρεις από τους οποίους βρίσκονται σε μια περιοχή γνωστή ως κατοικήσιμη ζώνη. Εδώ, οι συνθήκες δεν είναι ούτε πολύ ζεστές ούτε πολύ κρύες για να αποτρέψουν την ύπαρξη νερού σε υγρή μορφή, προϋπόθεση για να ευδοκιμήσει η ζωή, λένε οι αστροβιολόγοι.
Ωστόσο, οι αναλύσεις – χρησιμοποιώντας το JWST – δύο από τους πιο εσωτερικούς πλανήτες του άστρου, του Trappist-1b και του Trappist-1c, έδειξαν ότι είτε δεν έχουν ατμόσφαιρα είτε πολύ λεπτή ατμόσφαιρα. Επί του παρόντος σχεδιάζονται περαιτέρω μελέτες JWST για το υπόλοιπο σύστημα. «Το σύστημα Trappist-1 εξακολουθεί να φαίνεται πολλά υποσχόμενο όταν ψάχνουμε για έναν κόσμο που θα μπορούσε να υποστηρίξει τη ζωή», δήλωσε ο αστρονόμος Δρ. Jo Barstow από το Ανοικτό Πανεπιστήμιο.
Ωστόσο, ένα ιδιαίτερο πρόβλημα αφορά τις μελέτες για αστέρια όπως ο Trappist-1. Οι κόκκινοι νάνοι είναι κηλιδωτοί. Αυτό μπορεί να μην ακούγεται σαν μια ανίατη ασθένεια, αλλά έχει σοβαρές συνέπειες, πρόσθεσε ο Barstow. «Ο δικός μας Ήλιος έχει ηλιακές κηλίδες που σχετίζονται με έντονη ηλιακή δραστηριότητα, αλλά είναι σχετικά λίγες σε αριθμό. Αντίθετα, το Trappist-1 έχει δεκάδες μπαλώματα που αλλάζουν συνεχώς και αυτό καθιστά πολύ δύσκολη τη διάκριση μεταξύ αυτών και των χαρακτηριστικών της ατμόσφαιρας ενός πλανήτη. Το σύστημα Trappist-1 δεν θα εγκαταλείψει εύκολα τα μυστικά του».
Τελικά, οι αστρονόμοι που χρησιμοποιούν το JWST για να αναζητήσουν σημάδια εξωγήινης ζωής αναζητούν ένα σύνολο βιολογικών δεικτών γνωστών ως Big Four: οξυγόνο, διοξείδιο του άνθρακα, νερό και μεθάνιο. Η παρουσία τους στην ατμόσφαιρα ενός εξωπλανήτη θα ήταν ένα ισχυρό σημάδι ότι υπάρχει ζωή εκεί.
«Ωστόσο, οι ακριβείς αναλογίες θα ποικίλουν», είπε ο Birkby. «Η Γη έχει μια ατμόσφαιρα που περιέχει 21% οξυγόνο, αλλά θα ήταν πολύ διαφορετική πριν από 2,5 δισεκατομμύρια χρόνια, όταν θα υπήρχε πολύ λίγο οξυγόνο. Το κύριο γεγονός οξείδωσης – το οποίο συνέβη όταν τα κυανοβακτήρια στους ωκεανούς άρχισαν να παράγουν οξυγόνο μέσω της φωτοσύνθεσης – δεν είχε ακόμη ξεκινήσει. Ωστόσο, υπήρχε ακόμα ζωή στη Γη τότε».
Μένει να δούμε τι θα κάνουν οι επιστήμονες για έναν κόσμο του οποίου η ατμόσφαιρα περιέχει όλα τα Big Four. «Με τις σημερινές ποσότητες που μοιάζουν με τη Γη, θα ήταν δύσκολο να μην ενθουσιαστείς», πρόσθεσε ο Birkby.
Ωστόσο, άλλοι συνιστούν προσοχή. «Ακόμα κι αν έχετε ένα τέλειο προφίλ αερίων και υδρατμών στην ατμόσφαιρα ενός εξωπλανήτη, θα συνεχίσετε να κάνετε μόνο έμμεσες μετρήσεις και το να πείτε ότι σίγουρα βρήκατε ζωή σε αυτή τη βάση είναι δύσκολο να δικαιολογηθεί», είπε ο Barstow.
«Ακόμη και αν ήσασταν 99% σίγουροι για τον ισχυρισμό, θα υπήρχε ακόμα μια γκρινιάρικη αμφιβολία ότι αυτό που παρατηρήσατε οφειλόταν σε μη βιολογικά φαινόμενα».
Η διάρκεια ζωής του διαστημικού τηλεσκοπίου James Webb υπόσχεται να είναι συναρπαστική – και μεγάλη. Η πτήση του JWST με έναν πύραυλο Ariane 5 από την εξέδρα εκτόξευσης της Ευρωπαϊκής Διαστημικής Υπηρεσίας στο Kourou, στη Γαλλική Γουιάνα, στην τρέχουσα θέση του σε τροχιά γύρω από τον Ήλιο ήταν ουσιαστικά χωρίς σφάλματα. Το παρατηρητήριο χρησιμοποίησε πολύ λίγα καύσιμα για να ελιχθεί στον ακριβή προορισμό του – και αυτό σημαίνει ότι θα υπάρχουν περισσότερα καύσιμα για να κρατήσει το τηλεσκόπιο ευθυγραμμισμένο για πολύ περισσότερο από το αναμενόμενο. Οι μηχανικοί του διαστήματος υπολόγισαν ότι η αναμενόμενη διάρκεια ζωής του JWST για 10 χρόνια θα μπορούσε να διπλασιαστεί.
«Από πολλούς τρόπους αυτά είναι πολύ καλά νέα», δήλωσε ο αστρονόμος καθηγητής Stephen Wilkins του Πανεπιστημίου του Sussex. «Θα είμαστε πλέον σε θέση να κάνουμε πολύ περισσότερη επιστήμη με αυτό. Ωστόσο, το τηλεσκόπιο θα φθαρεί με τα χρόνια καθώς χτυπιέται από μετεωρίτες και κοσμικές ακτίνες. Αυτό θα υποβαθμίσει σιγά σιγά την απόδοση, επομένως θα πρέπει να το αξιοποιήσουμε στο έπακρο ενώ λειτουργεί σε σχεδόν βέλτιστες συνθήκες.”
Η ειδικότητα του Wilkins είναι η μελέτη των γαλαξιών και των μαύρων τρυπών. «Παρόλα αυτά, νομίζω ότι η πιο συναρπαστική επιστήμη που θα κάνει το JWST περιλαμβάνει εξωπλανήτες», είπε. «Θα μάθουμε τόσα πολλά για τη χημεία της ατμόσφαιράς τους και θα βρούμε μερικούς πολύ περίεργους και παράξενους κόσμους εκεί έξω. Είναι απίστευτα συναρπαστικό.”