Κεραυνοφόρες καταιγίδες σε εξωγήινους κόσμους

Κεραυνοφόρες καταιγίδες σε εξωγήινους κόσμους

Ενα από τα πιο δυνατά θεάματα της φύσης με κεραυνούς εμφανίζεται στις εκρήξεις ηφαιστείων που εκτοξεύουν μεγάλες ποσότητες στάχτης, όπως το εικονιζόμενο ηφαίστειο Πουγιέχουε Κορντόν Κολ, της Χιλής

Στις 5 Μάρτη 1979, καθώς περνούσε κοντά από το Δία, το διαστημικό σκάφος «Βόγιατζερ» έστειλε στο κέντρο ελέγχου μια όχι πολύ ευκρινή φωτογραφία του γίγαντα πλανήτη, που έδειχνε κάτι που έμοιαζε με κεραυνό. Ηταν η πρώτη απόδειξη ότι το φαινόμενο των αστραπών και των κεραυνών δεν εμφανίζεται μόνο στη Γη. Το γεγονός δεν προκάλεσε έκπληξη. Οι αστραπές και οι κεραυνοί είναι απότομες ροές ηλεκτρονίων που προκαλούν μια ηλεκτρική σπίθα ατμοσφαιρικής κλίμακας (σε οποιαδήποτε ατμόσφαιρα). Στα χρόνια που πέρασαν από το 1979, άλλες διαστημοσυσκευές εντόπισαν το οικείο φαινόμενο στα ανώτερα στρώματα νεφών της Αφροδίτης, στο δορυφόρο Τιτάνα του Κρόνου και σε μια ηλεκτρική καταιγίδα στον ίδιο τον Κρόνο, τόσο μεγάλη και φωτεινή που φαινόταν ακόμα και κατά τη διάρκεια της μέρας (στην πλευρά του Κρόνου που φωτιζόταν από τον Ηλιο).
Είναι σχεδόν βέβαιο ότι ανάλογες απότομες μεγάλες ροές ηλεκτρισμού με τη μορφή αστραπόβροντου θα χαράζουν τους ουρανούς χιλιάδων εξωπλανητών στο Γαλαξία. Λόγω των τεράστιων αποστάσεων, ο μόνος τρόπος που οι επιστήμονες μπορούν να αναζητήσουν ενδείξεις του φαινομένου, είναι μέσω αστρονομικών παρατηρήσεων. Οι κεραυνοί αλλάζουν τη χημική σύνθεση του αέρα που βρίσκεται κατά μήκος της διαδρομής τους. Οι αλλαγές αυτές είναι τόσο σημαντικές, που μπορεί οι κεραυνοί να αποτελούν ζωτικό στοιχείο για την εμφάνιση της ζωής.

Σύννεφα

Αστραπές και κεραυνοί σε περιοχή του Δία σε φωτογραφία του 1996 (μεταξύ των γεωγραφικών πλατών 43 και 46 μοιρών βόρεια)

Οι κεραυνοί, σε όλες τους τις μορφές σχετίζονται με σύννεφα. Στη Γη, η συσσώρευση στατικού ηλεκτρισμού γίνεται συνήθως όταν μικροσκοπικά σταγονίδια ή κρύσταλλοι πάγου τρίβονται μεταξύ τους, καθώς μεγαλώνουν σε μέγεθος και αρχίζουν να πέφτουν υπό την επίδραση της βαρύτητας. Αλλά το νερό δεν είναι απαραίτητο για την εμφάνιση των κεραυνών, είναι απλώς το μέσο, που μεταφέρει τα ηλεκτρόνια από το ένα μέρος στο άλλο. Μικρές κεραυνοφόρες καταιγίδες εμφανίζονται πολύ συχνά όταν ηφαίστεια εκλύουν μεγάλες ποσότητες ηφαιστειακής τέφρας, λόγω της τριβής των σωματιδίων της στάχτης μεταξύ τους.
Το ίδιο φαινόμενο πρέπει να παρουσιάζεται και στους καφέ νάνους, «αποτυχημένα» άστρα, που δεν απέκτησαν αρκετή μάζα, ώστε να γίνει έναυσμα της πυρηνικής σύντηξης. Αυτά τα ουράνια σώματα, που εκπέμπουν λόγω θερμότητας ένα καφεκόκκινο φως, είναι αρκετά θερμά για να χαρακτηριστούν πλανήτες και αρκετά κρύα για να χαρακτηριστούν άστρα (με τη συνήθη έννοια των όρων). Μελετώντας το φάσμα του φωτός που εκπέμπουν, οι επιστήμονες εντόπισαν - μεταξύ άλλων - γραμμές απορρόφησης που αντιστοιχούν σε οξυγόνο, σίδηρο, διοξείδιο του άνθρακα, αλλά και ορυκτά, όπως τα πυριτικά άλατα. Αυτά τα υλικά μπορούν να σχηματίσουν νέφη μικροσκοπικών «ημιπολύτιμων λίθων», καθώς τα πυριτικά άλατα και τα μέταλλα που τα αποτελούν πιθανότατα θα είναι έγχρωμα και γυαλιστερά. Οταν τα σωματίδια αυτών των νεφών φτάσουν να έχουν διαστάσεις μερικών χιλιοστών, τότε η τριβή τους μπορεί να οδηγήσει σε διαχωρισμό μεγάλων ηλεκτρικών φορτίων.

Ο Στάνλεϊ Μίλερ, μαζί με τον Χάρολντ Γιούρεϊ, έδειξαν με πείραμά τους τη δεκαετία του 1950, ότι ο ηλεκτρισμός μπορεί να είναι κρίσιμο στοιχείο για την εμφάνιση της ζωής σε έναν πλανήτη με νερό σε υγρή μορφή

Τα διαφορετικά φορτία μέσα σε ένα νέφος - οποιοδήποτε νέφος, από νερό, σκόνη, ή ημιπολύτιμους λίθους - δημιουργούν ηλεκτρικό πεδίο. Τα συσσωρευμένα ηλεκτρόνια της αρνητικά φορτισμένης περιοχής κάποια στιγμή βρίσκουν δίοδο και εκτοξεύονται προς το θετικό φορτίο μιας άλλης περιοχής, θερμαίνοντας έντονα τη διαδρομή την οποία ακολουθούν, με αποτέλεσμα την παραγωγή φωτός και την απότομη συμπίεση, που δημιουργεί τη βροντή.

Κεραυνοί του σωλήνα

Την τελευταία δεκαετία έχουν ανακαλυφθεί χιλιάδες εξωπλανήτες (πλανήτες σε άλλα αστρικά συστήματα), αρκετοί από τους οποίους είναι θερμοί αεριώδεις γίγαντες, μια πιο ψυχρή εκδοχή μικρών καφέ νάνων. Η φασματική υπογραφή τους δείχνει ότι και σ' αυτούς υπάρχουν τα χημικά στοιχεία, οι χημικές ενώσεις και οι συνθήκες ώστε να εμφανίζονται νέφη «ημιπολύτιμων λίθων». Για τη μελέτη αυτών των νεφών και των ηλεκτρικών καταιγίδων που μπορεί να προκαλέσουν, οι επιστήμονες αναζήτησαν ένα ανάλογο στη Γη και το βρήκαν καταρχήν στις εκρήξεις ηφαιστείων, όταν εκλύουν μεγάλες ποσότητες τέφρας. Η σύνθεση αυτών των νεφών δεν είναι πολύ διαφορετική από εκείνη των νεφών «ημιπολύτιμων λίθων». Το 2013, ηφαιστειολόγοι του πανεπιστημίου του Μονάχου αναπαρήγαγαν σε μικρότερη κλίμακα τους κεραυνούς που εμφανίζονται στην τέφρα πάνω από τα ηφαίστεια, διοχετεύοντας σκόνη μέσα σε γυάλινο σωλήνα υπό εξαιρετικά υψηλή πίεση. Σε φωτογράφηση σε αργή κίνηση, ήταν εμφανείς μικροκεραυνοί μήκους μερικών εκατοστών, μέσα στο ρεύμα των μαύρων κόκκων, καθώς αυτοί εκτινάσσονταν από την άκρη του σωλήνα.
Αξιοποιώντας τα πειραματικά δεδομένα για τους κεραυνούς από τριβή σωματιδίων σκόνης, δημιουργήθηκαν υπολογιστικά μοντέλα για το φαινόμενο σε καφέ νάνους και αεριώδεις εξωπλανήτες. Τα μοντέλα έδειξαν ότι όταν η τριβή είναι έντονη (μεγάλη ταχύτητα ανέμων), μπορούν να δημιουργηθούν και σε αυτά τα ουράνια σώματα κεραυνοί μήκους εκατοντάδων μέτρων. Οσο περισσότερη ακτινοβολία λάμβανε ένας εικονικός εξωπλανήτης από το άστρο του, τόσο πιο ισχυρούς ανέμους είχε και τόσο πιο μεγάλη ήταν η πιθανότητα να εμφανίσει κεραυνοφόρες καταιγίδες.

Κατάλληλες συνθήκες

Απόλυτη επιβεβαίωση των κεραυνών σε εξωπλανήτες θα ήταν η επίσκεψη κάποιου γήινου σκάφους σε αυτούς, αλλά αυτό είναι κάτι που θα αργήσει - αν γίνει ποτέ εφικτό. Μέχρι τότε οι επιστήμονες αναζητούν σημάδια, που ίσως υποδεικνύουν την ύπαρξη κεραυνοφόρων καταιγίδων σε πλανητικό επίπεδο, όπως είναι η ελαφρώς αυξημένη συγκέντρωση μεθανίου και μονοξειδίου του άνθρακα - αν και τα αέρια αυτά μπορεί να έχουν αυξημένη παρουσία και για άλλους λόγους. Οι αστρονόμοι ελπίζουν να αποκτήσουν πολύτιμες πληροφορίες για τους εξωπλανήτες, χρησιμοποιώντας το αμερικανικό Διαστημικό Τηλεσκόπιο Γουέμπ, που θα εκτοξευτεί το 2018.
Το ενδιαφέρον για τους κεραυνούς σε εξωπλανήτες δεν προέρχεται μόνο από την πλευρά της φυσικής, αλλά και της βιολογίας και ειδικότερα της εξωβιολογίας. Οι κεραυνοί ίσως παίζουν καταλυτικό ρόλο στην εμφάνιση της ζωής σε ένα πλανήτη. Στο πείραμα - ορόσημο που έκαναν οι Αμερικανοί βιοχημικοί Στάνλεϊ Μίλερ και Χάρολντ Γιούρεϊ τη δεκαετία του 1950, επιβεβαιώνοντας τη θεωρία που είχε αναπτύξει ο Σοβιετικός Αλεξάντερ Οπάριν, από τη δεκαετία του 1920, διαπίστωσαν ότι οι χημικές ενώσεις που υπήρχαν σε αφθονία στην πρώιμη Γη - νερό, αμμωνία, μεθάνιο και υδρογόνο - είναι κατάλληλη ατμόσφαιρα, ώστε με τη βοήθεια συνεχούς ηλεκτρικής εκκένωσης μεταξύ δύο ηλεκτροδίων, να σχηματιστούν μέσα σε λίγες μέρες αμινοξέα, τα δομικά στοιχεία των πρωτεϊνών. Οι πρωτεΐνες με τη σειρά τους είναι δομικά υλικά για κάθε γνωστό είδος ζωής.
Αυτό δεν σημαίνει ότι κεραυνοί ίσον εμφάνιση ζωής. Το νερό σε υγρή μορφή φαίνεται να είναι σπάνιο στους εξωπλανήτες και είναι πολύ λιγότερο πιθανό να έχει εμφανιστεί ζωή σε αεριώδεις εξωπλανήτες (από τους οποίους έχουν εντοπιστεί πολλοί), σε σύγκριση με τους πετρώδεις (που έχουν εντοπιστεί λιγότεροι). Παρ' όλ' αυτά, η ύπαρξη κεραυνοφόρων καταιγίδων ίσως είναι σημαντικό στοιχείο στην αναζήτηση ιχνών ζωής σε εξωπλανήτες. Ισως εκεί που υπάρχουν κεραυνοί, να υπάρχει κάτι που να τους κοιτάζει.

Επιμέλεια:
Σταύρος ΞΕΝΙΚΟΥΔΑΚΗΣ
Πηγή: «Discover»