ΑΣΤΡΙΚΑ ΣΚΙΑΣΤΡΑ

ΑΣΤΡΙΚΑ ΣΚΙΑΣΤΡΑ

Τεχνική για την απευθείας παρατήρηση κοντινών εξωπλανητών

Καλλιτεχνική απεικόνιση αστρικού σκίαστρου και διαστημικού τηλεσκοπίου που επιτρέπει την απευθείας παρατήρηση εξωπλανητών, σε πλανητικά συστήματα που απέχουν μέχρι λίγες δεκάδες έτη φωτός από τη Γη

Μέχρι σήμερα έχουν ανακαλυφθεί χιλιάδες εξωπλανήτες (πλανήτες που περιφέρονται γύρω από άλλα άστρα), όλοι όμως με έμμεσες και πολύπλοκες τεχνικές (μικρές μεταβολές στη φωτεινότητα του άστρου κ.τ.λ.). Οι τεχνικές αυτές αποδίδουν περισσότερο για τους μεγάλους πλανήτες και λιγότερο για τους πλανήτες, που έχουν μέγεθος ανάλογο με της Γης. Σε καμία περίπτωση, όμως, δεν έχει γίνει απευθείας, άμεση τηλεσκοπική παρατήρηση κάποιου εξωπλανήτη, ούτε δίνεται αυτή η δυνατότητα με κάποια από τις χρησιμοποιούμενες τεχνικές.
Ενας αστρονόμος που αναζητεί εξωγήινους κόσμους και ένας άνθρωπος που παρακολουθεί την πορεία μιας μικρής μπάλας μπροστά από τον ήλιο που δύει αντιμετωπίζουν το ίδιο πρόβλημα: το ζήτημα της αντίθεσης. Το αντικείμενο που ψάχνουν δεν είναι μόνο μικρό, αλλά και εντελώς αμυδρό σε σύγκριση με το άστρο που λάμπει ακριβώς δίπλα του. Η λύση για τον άνθρωπο που παρακολουθεί το μπαλάκι στο ηλιοβασίλεμα είναι να κρύψει τον ήλιο με το χέρι του. Η ίδια λύση θα μπορούσε να εφαρμοστεί και για τον αστρονόμο που αναζητά εξωπλανήτες.

Πυγολαμπίδα

Φυσικά, για τον αστρονόμο τα πράγματα είναι αρκετά πιο δύσκολα. Στο ηλιακό σύστημα, η Γη είναι 10 δισεκατομμύρια φορές πιο αμυδρή σε σχέση με τον Ηλιο. Η προσπάθεια να δει κανείς έναν πλανήτη σαν τη Γη, που περιφέρεται γύρω από ένα κοντινό άστρο, μοιάζει με την προσπάθεια να δει μια πυγολαμπίδα που πετάει 20 εκατοστά μακριά από έναν τεράστιο προβολέα, όταν ο προβολέας αυτός βρίσκεται σε απόσταση 4.000 χιλιομέτρων... Θα χρειαζόταν ένα τέλεια τοποθετημένο σκίαστρο, κατάλληλων διαστάσεων για να μπλοκάρει το φως του προβολέα, αλλά όχι της πυγολαμπίδας.

Πείραμα στην έρημο της Νεβάδα με ανάλογο αστρικού σκιάστρου υπό κλίμακα. Δίπλα στο ισχυρό φως (στο βάθος) υπήρχαν 4 αμυδρά γαλάζια LED, τα οποία μπορούσαν να διακριθούν καθαρά με το τηλεσκόπιο (σε πρώτο πλάνο)

Πριν από δέκα χρόνια, ο αστρονόμος Γουέμπστερ Κας του πανεπιστημίου του Κολοράντο, σχεδίασε ένα σκίαστρο που θα μπορούσε να πετύχει κάτι τόσο δύσκολο. Το σκίαστρο, που μοιάζει σαν παιδικός μύλος, ή σαν μαργαρίτα και θα διαθέτει αυτόνομο πυραυλικό σύστημα για την αλλαγή της θέσης του στο Διάστημα, θα μετακινείται, ώστε να σκιάζει ένα μακρινό άστρο - στόχο, σε σχέση με ένα διαστημικό τηλεσκόπιο. Το τηλεσκόπιο θα μπορεί τότε να παρατηρήσει με ακρίβεια το χώρο γύρω από το μακρινό άστρο, δίχως να «τυφλώνεται» από το φως του.
Το πρόβλημα με τα αστρικά σκίαστρα είναι η περίθλαση, η τάση του φωτός να εκτρέπεται από την ευθεία πορεία του, όταν περνάει δίπλα από τα όρια ενός οπτικού εμποδίου, τορπιλίζοντας τη δυνατότητα να ληφθούν καθαρές φωτογραφίες, ικανοποιητικής ανάλυσης, ενός εξωπλανήτη. Οπως τα θαλάσσια κύματα διαδίδονται και πίσω από τον κυματοθραύστη, όταν περνάνε από τα άκρα του, ή όπως τα ηχητικά κύματα «λυγίζουν» γύρω από τις γωνίες ενός κτιρίου, έτσι και τα φωτεινά κύματα αλλάζουν πορεία όταν π.χ. περάσουν από μια λεπτή σχισμή. Ο Κας καταπιάστηκε με το πρόβλημα και κατέληξε στο μαθηματικό του ανάλογο. Πειραματίστηκε με 100 διαφορετικές εξισώσεις, που η καθεμιά αντιστοιχούσε σε ένα σχήμα που μοιάζει με κάποιο λουλούδι. Τελικά διαπίστωσε ότι το σχήμα που μοιάζει με το άνθος της μαργαρίτας, με ένα δίσκο στο κέντρο και πέταλα που εκτείνονται απ' αυτό προς τα έξω, είναι το πιο αποτελεσματικό. Απέδειξε ότι θεωρητικά ένα τέτοιο σκίαστρο μπορεί να επιτρέψει τον εντοπισμό ενός σώματος 10 δισεκατομμύρια φορές λιγότερο φωτεινού από κάποιο άλλο που βρίσκεται σε μικρή απόσταση δίπλα του.

Επίγειες δοκιμές

Το κλειδί στα αστρικά σκίαστρα είναι το κατάλληλο σχήμα, που επιτρέπει τον αποκλεισμό του μεγαλύτερου μέρους του φωτός από το μακρινό άστρο, αλλά αφήνει να περάσει το φως από τον κατά πολύ λιγότερο λαμπρό εξωπλανήτη

Σε επίγειες δοκιμές της τεχνικής των αστρικών σκίαστρων, ερευνητές τοποθέτησαν μικρού μεγέθους σκίαστρα (διαμέτρου 30-60 εκατοστών) στο μέσο της απόστασης ανάμεσα σε πέντε φωτεινές πηγές LED και ένα τηλεσκόπιο τοποθετημένο 2 χιλιόμετρα μακριά απ' αυτές. Το λευκό και πιο λαμπρό LED από τα 5 προσομοίωνε το άστρο, ενώ τα 4 μικρής φωτεινότητας γαλάζια LED, τους πλανήτες γύρω του. Με αυτήν τη διάταξη, οι επιστήμονες μπόρεσαν να διακρίνουν έναν «πλανήτη» 100 εκατομμύρια φορές λιγότερο φωτεινό σε σχέση με το ψευδοάστρο. Υψηλότερη διακριτική ικανότητα θα έχει ένα πραγματικό αστρικό σκίαστρο και διαστημικό τηλεσκόπιο, καθώς στο Διάστημα δεν υπάρχει σκόνη, ούτε αέρας, που κάνει κυματισμούς.
Τα αστρικά σκίαστρα ήρθαν στο προσκήνιο το 2013, όταν η NASA παρήγγειλε μελέτη για το εφικτό μιας μελλοντικής αποστολής που ονομάζει Exo-S (σύντμηση της ονομασίας στα αγγλικά: Εξωπλανήτης - Αστρικό Σκίαστρο), αποτελούμενης από ένα αστρικό σκίαστρο διαμέτρου 30 μέτρων και ένα τηλεσκόπιο διαμέτρου 1,1 μέτρων. Ο Κας είχε προτείνει παλιότερα ένα σκίαστρο 50 μέτρων σε συνδυασμό με το Διαστημικό Τηλεσκόπιο Τζέιμς Γουέμπ, διαμέτρου 6,5 μέτρων, που πρόκειται να τεθεί σε τροχιά το 2018. Ενα τέτοιο σύστημα θα επέτρεπε την άμεση παρατήρηση πλανητών σε άστρα που απέχουν μέχρι και 30 έτη φωτός από τη Γη.
Από τους πρώτους στόχους διερεύνησης ενός μελλοντικού τοποθετημένου σε τροχιά αστρικού σκίαστρου και διαστημικού τηλεσκοπίου θα μπορούσε να είναι φυσικά το σύστημα των άστρων Α και Β του Αλφα Κενταύρου, των κοντινότερων γειτόνων του Ηλιου. Αν διαθέτουν πλανήτες και μάλιστα στην κατοικήσιμη ζώνη γύρω τους, αυτοί θα μπορούσαν να φωτογραφηθούν, έστω και θολά, ακόμα και να αναλυθεί φασματοσκοπικά η ατμόσφαιρά τους για αέρια (οξυγόνο, μεθάνιο, υδρατμοί), που θεωρούνται ενδείξεις ύπαρξης ζωής.

Επιμέλεια:
Σταύρος ΞΕΝΙΚΟΥΔΑΚΗΣ
Πηγή: «Discover»