Nu exista nici o indoiala ca oamenii si-au pus de multe ori intrebarea daca suntem singurele fiinte inteligente din univers. Astazi, avand dovezi care arata ca planetele se rotesc intr-adevar in jurul altor stele, astronomii s-au intrebat mai exact:Cum sunt acele planete?Din cele 100 miliarde de stele din Calea Lactee, cate planete adapostesc? Printre aceste planete cate reprezinta deserturi aride si bule de hidrogen? Pot unele planete sa aiba paduri si oceane fertile care sa intretina viata?
Pentru prima data in istorie, astronomii pot acum sa adreseze aceste intrebari concret. In ultimii doi ani si jumatate, cercetatorii au detectat 8 planete orbitand in jurul Soarelui. In octombrie 1995 Michel Mayor si Didier Queloz, din Observatorul Geneva au raportat gasirea primei planete. Studiind steaua 51 Pegasi din constelatia Pegasus,au observat un licarit care isi schimba periodic lumina din albastru in rosu catre marginile spectrului. Acesta sugereaza ca steaua licarea datorita unei planete apropiate,care se roteste in jurul stelei in 4,2 zile, cu o viteza de 482.000 km/h, de 4 ori mai mare decat cea de rotatie a Pamantului in jurul Soarelui.
Inca un studiu asupra celor 107 stele asemanatoare Soarelui, facut de echipa la Universitatea din San Francisco si la Universitatea din California la Berkeley, a mai descoperit inca 6 planete.Una dintre acestea, o planeta care se rotea in jurul stelei 16 Cygni B a fost descoperita de astronomii William D. Cochran si Artie P. Hatzes din Texas.
Detectarea celei de-a opta planeta a fost raportata in aprilie 1997, cand un al noualea membru al echipei conduse de Robert W Noyes din Univ Harvard a detectat o planeta orbitand in jurul stelei Rho Coronae Borealis. Un al noualea obiect care orbiteaza in jurul stelei HD114762, a fost deasemenea observat - un obiect detectat prima data in 1989 de astronomul David W.Latham si de colegii lui de la Centrul de Astrofizica Harvard-Smithson . Desi are o masa de 10 ori mai mare decat Jupiter, totusi nu este la fel de mare ca cel descoperit in jurul stelei 70 Virginis,un obiect asemanator, cu o masa de 6,8 ori mai mare decat cea a lui Jupiter. Obiectele care orbiteaza in jurul stelelor HD114762 si 70 Virginis sunt atat de mari incat majoritatea astronomilor nu stiu daca sa le considere planete uriase sau mici pitici maronii, a caror masa se intinde intre cea a unei planete si cea a unei stele.
Detectarea planetelor extrasolare
Detectarea planetelor extrasolare a durat foarte mult timp deoarece observarea lor de pe Pamant, chiar si folosind tehnologia cea mai avansata, este extrem de dificila. Spre deosebire de stele,in care au loc reactii nucleare, planetele reflecta lumina si emit radiatii infrarosii. In sistemul nostru solar, spre exemplu, Soarele lumineaza planetele sale de un miliard de ori in lumina vizibila si de un milion de ori in infrarosu.Din cauza distantelor mici dintre planete astronomii au trebuit sa inventeze metode speciale pentru a le localiza.
Principala apopiere curenta este detectarea tehnica a planetelor, care include analizarea oscilatiilor stelei in miscarea sa.
Iata cum functioneaza: O planeta exercita o forta gravitationala fata de "steaua gazda", o forta care determina traiectoria circulara sau ovala-care oglindeste in miniatura orbita planetei. Precum doi dansatori care se invartesc unul pe altul in cercuri, oscilatiile stelei indica prezenta unei planete care orbiteaza in jurul sau, chiar daca noi nu le putem vedea direct.
Problema o constitue faptul ca miscarea stelei se observa foarte greu de la o distanta mare. Cu alte cuvinte, Soarele este mic, iar oscilatiile sale circulare apar la fel de mari precum o moneda vazuta de la 10.000 km distanta.
Miscarea unei stele este observata cu ajutorul efectului Doppler al luminii stelei. In urma unor modificari periodice, astronomii au refacut traiectoria stelei si cu ajutorul legii de miscare a lui Newton s-a calculat masele si traiectoria lor, precum si distantele de la "steaua gazda". Modificarile Doppler, care au loc periodic raman foarte mici: undele de lumina se maresc si se micsoreaza din cauza influentei unei planete foarte mari, precum Jupiter. Soarele, de exemplu, oscileaza cu o viteza de 12,5 m/s, pivotand in jurul unui punct aflat in exteriorul suprafetei sale. pentru a detecta planete in jurul altor stele, masuratorile trebuie sa fie foarte detaliate, cu erori in viteza stelelor sub 10m/s.
Utilizand tehnica Doppler, grupul nostru poate masura acum miscarile stelei cu o precizie de plus sau minus 3 m/s . Pentru acest lucru, se foloseste o celula de absorbtie de iod - o sticla cu vapori de iod - plasata aproape de centrul telescopului. Lumina stelara ce trece prin iod are o anumita lungime de unda, cu mici modificari. Aceasta tehnica poate masura micile modificari in lungimea de unda.
Inregistrate de spectometre si analizate de catre computere, lumina unei stele arata oscilatiile produse de planetele care orbiteaza in jurul ei. De exemplu, Jupiter, cea mai mare planeta din sistemul nostru solar, reprezinta o mica parte din masa Soarelui. De aceea, la fiecare 11,8 ani, Soarele oscileaza intr-un cerc care este a o mia parte din orbita lui Jupiter. Celelalte 8 planete produc si ele mici oscilatii. Pamantul, care are 1/318 din masa lui Jupiter si o orbita de 5 ori mai apropiata, determina soarele sa se miste numai 9 cm intr-o secunda.
Exista insa anumite incertitudini cu privire la masa planetelor extrasolare. Astronomii au determinat masa reala a acestor planete . Dar inclinatiie orbitelor reduc ciclul Doppler datorita unor miscari, dupa cum s-a vazut de pe Pamant. Acest efect poate face ca masa sa para mai mica decat este. Fara a cunoaste inclinatia orbitei unei planete, astronomii pot calcula o masa probabila a planetei,ea putand insa sa fie mult mai mare.
Astfel, folosind tehnica Doppler pentru a analiza lumina de la 300 de stele asemanatoare Soarelui , toate aflate la o distanta mai mica de 50 de ani lumina, astronomii au descoperit 8 planete care au o masa si o marime asemanatoare cu cea a lui Jupiter si Saturn.
Mai precis, variaza de la o jumatate la una de 7 ori mai mare decat cea a lui Jupiter, perioadele lor de rotatie se intind de la 3,3 zile pana la 3 ani iar distantele de la planete la stelele gazda de la mai putin de 1/20 din distanta de la Pamant la Soare, pana la mai mult de 2 ori aceasta distanta.
Spre surprinderea noastra, cele opt planete recent descoperite dau dovada de caracteristici neasteptate. In primul rand, spre deosebire de planetele din sistemul nostru solar , care au orbite circulare, 2 dintre planetele noi au orbite ovale. In al doilea rand , 5 dintre ele sunt foarte aproape de steaua gazda. Motivul pentru care aceste planete uriase orbiteaza atat de aproape, inca nu se stie. Aceste descoperiri sunt misterioase, dat fiind faptul ca orbita lui Jupiter este de 5 ori mai mare decat a Pamantului. Aceste observatii dau nastere intrebarilor cu privire la originea sistemului nostru solar , motivand unii astronomi sa corecteze explicatia cu privire la formarea planetelor.
Reconsiderarea modului de formare al planetelor.
Ceea ce am aflat despre cele 9 planete din sistemul nostru solar a constituit baza teoriei conventionale cu privire la formarea planetelor. Teoria sustine ca planetele s-au format dintr-un disc de gaz si de praf, care s-a umflat in planul ecuatorial al stelei, precum aluatul de pizza atunci cand e invartit. Acest model arata ca materia discului orbiteaza circular in aceeasi directie si plan, precum cele 9 planete din sistemul nostru solar. Conform acestei teotii, planetele nu se pot forma prea aproape de stea deoarece este prea putin material si prea cald , dar nici nu se ingramadesc prea departe de stea deoarece materia este rara si foarte rece .
Luand in considerare ceea ce stim, sperantele cu privire la planetele din restul universului par limitate. Planeta care orbiteaza in jurul stelei 47 Ursae Majoris din constelatia Big Dipper reprezinta singura asemanare la care se astepta, avand o masa minima de 2,4 ori mai mare decat Jupiter, o orbita circulara, cu o raza de 2,1 unitati astronomice ce reprezinta cele 150 milioane de km dintre Pamant si Soare. Cu o masa putin mai mare decat cea a lui Jupiter, aceasta planeta orbiteaza intr-un cerc la o distanta mai mare decat cea dintre Marte si Soare. Daca am plasa-o in sistemul nostru solar, aceasta noua planeta poate fi considerata o sora mai mare pentru Jupiter.
Celelalte planete care insoesc stelele creeaza confuzii. Doua planete au orbitele ovale(0,68 si 0,40). Spre deosebire, in sistemul nostru solar, planetele Mercur si Pluto au orbitele putin ovale(0,2); celelalte planete au orbite aproape circulare. Aceste orbite ciudate I-au determinat pe astronomi sa revizuiasca teoria formarii planetelor. In mai putin de 2 luni de la descoperirea primei planete , au aparut noi idei care au modificat aceasta teorie.
Spre exemplu, astronomii Pawel Artymowicz si Patrick M. Cassen au recalculat forta gravitationala existenta atunci cand planetele apar din discuri de praf si gaz, cand se invart in jurul stelelor. Calculele au aratat ca forta gravitationala exercitata de protoplanete fata de discul din gaz si praf creeaza o alternanta in “undele de densitate”. Aceste unde exercita o forta impotriva formarii planetelor, deviindu-le de la miscarea lor circulara. Dupa milioane de ani, planetele pot devia cu usurinta de la orbita lor circulara intr-una ovala.
O a doua teorie explica prezenta orbitelor mari. Presupunand ca Saturn ar fi mult mai mare decat este in realitate. Cele 4 planete gigant din sistemul nostru solar - Jupiter, Uranus, Saturn si Neptun - ar forma planete mult mai mari daca discul protoplanetar ar fi avut o masa mai mare sau daca ar fi existat mai mult. In acest caz, sistemul solar ar fi continut 4 superplanete care exercita forte gravitationale intre ele, perturbandu-si reciproc orbitele si determinand ciocnirea lor.
Eventual, unele planete ar fi aruncate in interior, altele in exterior, unele chiar aruncate din sistemul planetelor. Precum bilele de biliard care ricosaza, planetele gigante imprastiate pot avea orbite necirculare, asa cum se observa la 3 dintre cele 4 planete noi. Acest model al biliardului demonstreaza faptul ca putem detecta planetele masive care au orbitele neregulate.
Cele mai ciudate lucruri la planetele noi le reprezinta cele 4 planete numite 51 Peg, care au perioade orbitale mai scurte de 15 zile. Cele 4 planete, 51 Peg, Tau Bootis, 55 Cancri si Upsilon Andromedae, au perioadele de rotatie respectiv 4,2 ; 3,3 ; 14,7 si 4,6 zile.
Aceste orbite sunt mici, cu o raza mai mica decat o zecime din distanta Pamant- Soare. Aceste planete sunt la fel de mari sau mai mari decat cele din sistemul nostru solar. 51 Peg si Tau Bootis au masele de 0,44, respectiv 3,64 din masa lui Jupiter. Ciclul Doppler sugereaza faptul ca au orbite circulare.
Misterioasele planete 51 Pegasi
Planetele 51 Pegasi sfideaza teoria cu privire la formarea planetelor care presupune ca planetele mari precum Jupiter, Uranus, Neptun si Saturn se formeaza la periferia discului protoplanetar, unde este mai rece, la o distanta de 5 ori mai mare decat cea Pamant – Soare.
Pentru a justifica ciudateniile planetelor, o noua teorie se elaboreaza. Astronomii Douglas N. C. Lui si Peter Bodenheimer, de la Universitatea din California, si Derek C. Richardson de la Universitatea din Washington au extins modelul initial explicand faptul ca protoplanetele creaza un sant in disc, separandu-l intr-o sectiune interioara si una exterioara. Conform acestei teorii, discul interior radiaza energie datorita frictiunii dinamice, determinand materia discului si protoplaneta sa urce in spirala si eventual sa se prabusasca in steaua gazda.
Salvarea unei planete provine din viteza mare de rotatie, rotindu-se in numai 5 – 10 zile. Apropiindu-se de stea, o planeta ar trebui sa provoace aparitia unor maree, precum Luna asupra Pamantului. Cu viteza de rotatie mai mare decat cea a protoplanetei, steaua ar trebui sa produca o umflatura a carei gravitatie ar impinge planeta in fata. Acest efect ar determina marirea orbitei planetei.
In acest model, protoplaneta are o orbita stabila. Chiar inainte de descoperirea planetelor 51 Peg, Lin a prezis ca Jupiter va urca in spirala catre Soare in timpul formarii sale. Daca acest lucru ar fi adevarat, Jupiter de ce a supravietuit ? Poate ca sistemul nostru solar avea mai multe planete Jupiter care s-au prabusit in Soare , lasand aceasta planeta ca singura supravietuitoare. De ce planete mari precum 51 Pegasi nu orbiteaza aproape de Soare ? Probabil Jupiter s-a format aproape de finalul duratei de viata a discului protoplanetar.
Astronomul David F. Gray, de la Universitatea din Ontario, Canada, a contestat existenta planetelor 51 Pegasi. El crede ca asazisele planete orientate de stele oscileaza precum bulele de apa. In viziunea sa, ciclul Doppler al acestor stele provine din oscilatiile stelei.
Avand noi date, astronomii au respins existenta oscilatiilor. Cel mai solid argument impotriva oscilatiilor provine dintr-o singura perioada, vazuta frecvent in oscilatiile Doppler ale stelei. Cele mai multe oscilatii ale sistemului, ca cele ale unui diapazon, manifesta o serie de oscilatii armonice sau diferite, de diferite frecvente. Dar stelele 51 Peg arata fiecare numai o oscilatie, precum oscilatiile armonice.
Mai mult, modelele fizice obisnuite arata ca cele mai puternice oscilatii au loc la frecvente mai inalte decat acelea observate la aceste stele. Pe langa aceasta, stelele 51 Peg nu prezinta nici o variatie in lumina, fapt ce sugereaza ca marimea si forma lor nu se schimba.
Comparatia planetelor
Cu toate ca suntem tentati sa comparam cele 8 noi planete cu cele 9 din sistemul nostru solar, comparatia este, din nefericire, o adevarata provocare. Nimeni nu poate sa traga concluzii studiind numai cele 8 planete. Pana acum posibilitatea noastra de a observa alte tipuri de planete ramane limitata. In prezent, aparatura nu poate detecta planete de marimea Pamantului. Chiar daca planetele extrasolare gasite pana astazi au perioadele orbitale mai mari de 3 ani, aceste descoperiri nu reprezinta neaparat sistemul planetar in general. Mai degraba aparitia ei a rezultat din faptul ca astronomii au cercetat planete indepartate cu tehnici imbunatatite, de mai bine de un deceniu. Cu trecerea timpului si imbunatatirea preciziei Doppler, mai mlte planete cu perioade orbitale mai mari au fost descoperite.
In mod curios, gasirea acestor noi planete demonstreaza faptul ca istoria noastra ar fi putut evolua foarte diferit. Se presupune ca diviziunea gravitatiei planetelor se intampla in mod simultan intre planete. Se vede in sistemul nostru solar evidentiat faptul ca in timpul primului miliard de ani , corpuri planetare au ratacit in spatiu. Craterul Lunii si inclinarea mare a axei lui Uranus – aproape perpendiculara pe axa vecinilor sai – demonstreaza frecventa mare a coleziunilor, unele implicand corpuri de marimea unei planete.
Ar trebui sa ne consideram norocosi pentru ca Jupiter are o orbita circulara. Daca ar fi avut o orbita ovala, Jupiter ar fi lovit Pamantul , scotandu-l din sistemul nostru solar. Fara orbitele stabile ale Pamantului si ale lui Jupiter, viata nu ar fi aparut.
Viitorul vanatoarei de planete.
In iulie 1996 s-a inceput un nou studiu Doppler asupra altor 400 de planete , folosind telescopul Keck de 10 m la Observatorul Mauna Kea din Hawaii. Mayor si Queloz din Observatorul Geneva au triplat mai recent marimea Emisferei Nordice Doppler, astfel ca poate masura aproape 400 de stele , si in curand ei vor incepe o marire si in Emisfera Sudica, ce va fi capabila sa masoare mai mult de 500 de stele. In cursul anului urmator studiile Doppler asupra catorva sute de stele se vor realiza cu telescopul Hobley-Eberly de 9 m, aflat in Observatorul McDonald.
Pana in anul 2000, 2 telescoape Keck de la Mauna Kea, si un telescop binocular de la Universitatea din Arizona vor deveni suficient de precise pentru a detecta planete extrasolare. Planurile NASA constau in lansarea a cel putin 3 telescoape in spatiu care sa detecteze planetele cu lumina infrarosie.
Un telescop performant produs de NASA ce reprezinta a doua generatie cunoscuta sub numele de Detectorul de Planete, ar trebui sa obtina imagini ale planetelor departate de stele. Se spune ca cel mai bun telescop construit vreodata, Detectorul de Planete , ar putea detecta alta planete precum Pamantul incepand din 2010. Folosind un spectometru, ar putea analiza lumina de la planetele indepartate pentru a determina compozitia chimica a atmosferei – fiind capabil sa determine activitatea biologica posibila. Acest monumental telescop, aflat in spatiu, pote acoperi un teren de fotbal. Arhivand datele despre planetele gasite pana acum, putem crede ca alte planete orbiteaza in jurul unor stele asemanatoare, multe de marimea lui Jupiter, altele de marimea Pamantului. Este posibil ca 10% din toate stelele din galaxia noastra sa gazduiasca astfel de companii planetare. Bazandu-se pe aceasta estimare, in Calea Lactee ar trebui sa existe 10 miliarde de astfel de planete.
Gasind infatisarea ideala a unei alte planete Pamant, pe care viata ar putea prospera, astronomii vor cauta planete care nu sunt nici prea calde, nici pre reci, suficient de temperate pentru a sustine apa lichida ce va servi ca solvent pentru chimia organica si pentru biochimie. Planetele cu un amestec perfect molecular au orbitele la o distanta exacta de Soare, pe care astronomii o numesc orbita Goldilocks.
Vederea unei astfel de planete va provoca aparitia unui sir nesfarsit de intrebari: Atmosfera sa contine oxigen, nitrogen si oxid de carbon, precum Pamantul, sau acid sulfuric si dioxid de carbon, combinatia letala de pe Venus ? Exista un strat protector de ozon, sau suprafata planetei este arsa de razele ultraviolete ? Chiar daca planeta are oceane, apa are un PH neutru care sa permita cresterea celulelor ?
Pot exista alte organisme care se pot dezvolta in acid sulfuric, avand chiar nevoie de acesta pentru a se hrani. Intr-adevar, daca viata primitiva s-ar naste pe un alt Pamant, ar putea evolua catre inteligenta, sau tehnologia umana reprezinta o sansa a norocului Darwinian ? Suntem noi oamenii o ciudatenie a naturii, menite sa apara pe planete precum Pamantul o singura data in univesul in care altfel ar fi numai viata primitiva ?
Oricat ar fi de surprinzator, raspunsurile la aceste intrebari pot aparea in timpul vietii noastre, folosind instrumente asemenea telescoapelor deja existente sau in plan de lucru. Ne putem imagina cu greu ceea ce generatiile urmatoare vor vedea in viziunea noastra referitoare la galaxiile invecinate. Destinul oamenilor consta in explorarea galaxiilor si gasirea drumurilor noastre, biologice si chimice, foarte departe de stele.
Pentru prima data in istorie, astronomii pot acum sa adreseze aceste intrebari concret. In ultimii doi ani si jumatate, cercetatorii au detectat 8 planete orbitand in jurul Soarelui. In octombrie 1995 Michel Mayor si Didier Queloz, din Observatorul Geneva au raportat gasirea primei planete. Studiind steaua 51 Pegasi din constelatia Pegasus,au observat un licarit care isi schimba periodic lumina din albastru in rosu catre marginile spectrului. Acesta sugereaza ca steaua licarea datorita unei planete apropiate,care se roteste in jurul stelei in 4,2 zile, cu o viteza de 482.000 km/h, de 4 ori mai mare decat cea de rotatie a Pamantului in jurul Soarelui.
Inca un studiu asupra celor 107 stele asemanatoare Soarelui, facut de echipa la Universitatea din San Francisco si la Universitatea din California la Berkeley, a mai descoperit inca 6 planete.Una dintre acestea, o planeta care se rotea in jurul stelei 16 Cygni B a fost descoperita de astronomii William D. Cochran si Artie P. Hatzes din Texas.
Detectarea celei de-a opta planeta a fost raportata in aprilie 1997, cand un al noualea membru al echipei conduse de Robert W Noyes din Univ Harvard a detectat o planeta orbitand in jurul stelei Rho Coronae Borealis. Un al noualea obiect care orbiteaza in jurul stelei HD114762, a fost deasemenea observat - un obiect detectat prima data in 1989 de astronomul David W.Latham si de colegii lui de la Centrul de Astrofizica Harvard-Smithson . Desi are o masa de 10 ori mai mare decat Jupiter, totusi nu este la fel de mare ca cel descoperit in jurul stelei 70 Virginis,un obiect asemanator, cu o masa de 6,8 ori mai mare decat cea a lui Jupiter. Obiectele care orbiteaza in jurul stelelor HD114762 si 70 Virginis sunt atat de mari incat majoritatea astronomilor nu stiu daca sa le considere planete uriase sau mici pitici maronii, a caror masa se intinde intre cea a unei planete si cea a unei stele.
Detectarea planetelor extrasolare
Detectarea planetelor extrasolare a durat foarte mult timp deoarece observarea lor de pe Pamant, chiar si folosind tehnologia cea mai avansata, este extrem de dificila. Spre deosebire de stele,in care au loc reactii nucleare, planetele reflecta lumina si emit radiatii infrarosii. In sistemul nostru solar, spre exemplu, Soarele lumineaza planetele sale de un miliard de ori in lumina vizibila si de un milion de ori in infrarosu.Din cauza distantelor mici dintre planete astronomii au trebuit sa inventeze metode speciale pentru a le localiza.
Principala apopiere curenta este detectarea tehnica a planetelor, care include analizarea oscilatiilor stelei in miscarea sa.
Iata cum functioneaza: O planeta exercita o forta gravitationala fata de "steaua gazda", o forta care determina traiectoria circulara sau ovala-care oglindeste in miniatura orbita planetei. Precum doi dansatori care se invartesc unul pe altul in cercuri, oscilatiile stelei indica prezenta unei planete care orbiteaza in jurul sau, chiar daca noi nu le putem vedea direct.
Problema o constitue faptul ca miscarea stelei se observa foarte greu de la o distanta mare. Cu alte cuvinte, Soarele este mic, iar oscilatiile sale circulare apar la fel de mari precum o moneda vazuta de la 10.000 km distanta.
Miscarea unei stele este observata cu ajutorul efectului Doppler al luminii stelei. In urma unor modificari periodice, astronomii au refacut traiectoria stelei si cu ajutorul legii de miscare a lui Newton s-a calculat masele si traiectoria lor, precum si distantele de la "steaua gazda". Modificarile Doppler, care au loc periodic raman foarte mici: undele de lumina se maresc si se micsoreaza din cauza influentei unei planete foarte mari, precum Jupiter. Soarele, de exemplu, oscileaza cu o viteza de 12,5 m/s, pivotand in jurul unui punct aflat in exteriorul suprafetei sale. pentru a detecta planete in jurul altor stele, masuratorile trebuie sa fie foarte detaliate, cu erori in viteza stelelor sub 10m/s.
Utilizand tehnica Doppler, grupul nostru poate masura acum miscarile stelei cu o precizie de plus sau minus 3 m/s . Pentru acest lucru, se foloseste o celula de absorbtie de iod - o sticla cu vapori de iod - plasata aproape de centrul telescopului. Lumina stelara ce trece prin iod are o anumita lungime de unda, cu mici modificari. Aceasta tehnica poate masura micile modificari in lungimea de unda.
Inregistrate de spectometre si analizate de catre computere, lumina unei stele arata oscilatiile produse de planetele care orbiteaza in jurul ei. De exemplu, Jupiter, cea mai mare planeta din sistemul nostru solar, reprezinta o mica parte din masa Soarelui. De aceea, la fiecare 11,8 ani, Soarele oscileaza intr-un cerc care este a o mia parte din orbita lui Jupiter. Celelalte 8 planete produc si ele mici oscilatii. Pamantul, care are 1/318 din masa lui Jupiter si o orbita de 5 ori mai apropiata, determina soarele sa se miste numai 9 cm intr-o secunda.
Exista insa anumite incertitudini cu privire la masa planetelor extrasolare. Astronomii au determinat masa reala a acestor planete . Dar inclinatiie orbitelor reduc ciclul Doppler datorita unor miscari, dupa cum s-a vazut de pe Pamant. Acest efect poate face ca masa sa para mai mica decat este. Fara a cunoaste inclinatia orbitei unei planete, astronomii pot calcula o masa probabila a planetei,ea putand insa sa fie mult mai mare.
Astfel, folosind tehnica Doppler pentru a analiza lumina de la 300 de stele asemanatoare Soarelui , toate aflate la o distanta mai mica de 50 de ani lumina, astronomii au descoperit 8 planete care au o masa si o marime asemanatoare cu cea a lui Jupiter si Saturn.
Mai precis, variaza de la o jumatate la una de 7 ori mai mare decat cea a lui Jupiter, perioadele lor de rotatie se intind de la 3,3 zile pana la 3 ani iar distantele de la planete la stelele gazda de la mai putin de 1/20 din distanta de la Pamant la Soare, pana la mai mult de 2 ori aceasta distanta.
Spre surprinderea noastra, cele opt planete recent descoperite dau dovada de caracteristici neasteptate. In primul rand, spre deosebire de planetele din sistemul nostru solar , care au orbite circulare, 2 dintre planetele noi au orbite ovale. In al doilea rand , 5 dintre ele sunt foarte aproape de steaua gazda. Motivul pentru care aceste planete uriase orbiteaza atat de aproape, inca nu se stie. Aceste descoperiri sunt misterioase, dat fiind faptul ca orbita lui Jupiter este de 5 ori mai mare decat a Pamantului. Aceste observatii dau nastere intrebarilor cu privire la originea sistemului nostru solar , motivand unii astronomi sa corecteze explicatia cu privire la formarea planetelor.
Reconsiderarea modului de formare al planetelor.
Ceea ce am aflat despre cele 9 planete din sistemul nostru solar a constituit baza teoriei conventionale cu privire la formarea planetelor. Teoria sustine ca planetele s-au format dintr-un disc de gaz si de praf, care s-a umflat in planul ecuatorial al stelei, precum aluatul de pizza atunci cand e invartit. Acest model arata ca materia discului orbiteaza circular in aceeasi directie si plan, precum cele 9 planete din sistemul nostru solar. Conform acestei teotii, planetele nu se pot forma prea aproape de stea deoarece este prea putin material si prea cald , dar nici nu se ingramadesc prea departe de stea deoarece materia este rara si foarte rece .
Luand in considerare ceea ce stim, sperantele cu privire la planetele din restul universului par limitate. Planeta care orbiteaza in jurul stelei 47 Ursae Majoris din constelatia Big Dipper reprezinta singura asemanare la care se astepta, avand o masa minima de 2,4 ori mai mare decat Jupiter, o orbita circulara, cu o raza de 2,1 unitati astronomice ce reprezinta cele 150 milioane de km dintre Pamant si Soare. Cu o masa putin mai mare decat cea a lui Jupiter, aceasta planeta orbiteaza intr-un cerc la o distanta mai mare decat cea dintre Marte si Soare. Daca am plasa-o in sistemul nostru solar, aceasta noua planeta poate fi considerata o sora mai mare pentru Jupiter.
Celelalte planete care insoesc stelele creeaza confuzii. Doua planete au orbitele ovale(0,68 si 0,40). Spre deosebire, in sistemul nostru solar, planetele Mercur si Pluto au orbitele putin ovale(0,2); celelalte planete au orbite aproape circulare. Aceste orbite ciudate I-au determinat pe astronomi sa revizuiasca teoria formarii planetelor. In mai putin de 2 luni de la descoperirea primei planete , au aparut noi idei care au modificat aceasta teorie.
Spre exemplu, astronomii Pawel Artymowicz si Patrick M. Cassen au recalculat forta gravitationala existenta atunci cand planetele apar din discuri de praf si gaz, cand se invart in jurul stelelor. Calculele au aratat ca forta gravitationala exercitata de protoplanete fata de discul din gaz si praf creeaza o alternanta in “undele de densitate”. Aceste unde exercita o forta impotriva formarii planetelor, deviindu-le de la miscarea lor circulara. Dupa milioane de ani, planetele pot devia cu usurinta de la orbita lor circulara intr-una ovala.
O a doua teorie explica prezenta orbitelor mari. Presupunand ca Saturn ar fi mult mai mare decat este in realitate. Cele 4 planete gigant din sistemul nostru solar - Jupiter, Uranus, Saturn si Neptun - ar forma planete mult mai mari daca discul protoplanetar ar fi avut o masa mai mare sau daca ar fi existat mai mult. In acest caz, sistemul solar ar fi continut 4 superplanete care exercita forte gravitationale intre ele, perturbandu-si reciproc orbitele si determinand ciocnirea lor.
Eventual, unele planete ar fi aruncate in interior, altele in exterior, unele chiar aruncate din sistemul planetelor. Precum bilele de biliard care ricosaza, planetele gigante imprastiate pot avea orbite necirculare, asa cum se observa la 3 dintre cele 4 planete noi. Acest model al biliardului demonstreaza faptul ca putem detecta planetele masive care au orbitele neregulate.
Cele mai ciudate lucruri la planetele noi le reprezinta cele 4 planete numite 51 Peg, care au perioade orbitale mai scurte de 15 zile. Cele 4 planete, 51 Peg, Tau Bootis, 55 Cancri si Upsilon Andromedae, au perioadele de rotatie respectiv 4,2 ; 3,3 ; 14,7 si 4,6 zile.
Aceste orbite sunt mici, cu o raza mai mica decat o zecime din distanta Pamant- Soare. Aceste planete sunt la fel de mari sau mai mari decat cele din sistemul nostru solar. 51 Peg si Tau Bootis au masele de 0,44, respectiv 3,64 din masa lui Jupiter. Ciclul Doppler sugereaza faptul ca au orbite circulare.
Misterioasele planete 51 Pegasi
Planetele 51 Pegasi sfideaza teoria cu privire la formarea planetelor care presupune ca planetele mari precum Jupiter, Uranus, Neptun si Saturn se formeaza la periferia discului protoplanetar, unde este mai rece, la o distanta de 5 ori mai mare decat cea Pamant – Soare.
Pentru a justifica ciudateniile planetelor, o noua teorie se elaboreaza. Astronomii Douglas N. C. Lui si Peter Bodenheimer, de la Universitatea din California, si Derek C. Richardson de la Universitatea din Washington au extins modelul initial explicand faptul ca protoplanetele creaza un sant in disc, separandu-l intr-o sectiune interioara si una exterioara. Conform acestei teorii, discul interior radiaza energie datorita frictiunii dinamice, determinand materia discului si protoplaneta sa urce in spirala si eventual sa se prabusasca in steaua gazda.
Salvarea unei planete provine din viteza mare de rotatie, rotindu-se in numai 5 – 10 zile. Apropiindu-se de stea, o planeta ar trebui sa provoace aparitia unor maree, precum Luna asupra Pamantului. Cu viteza de rotatie mai mare decat cea a protoplanetei, steaua ar trebui sa produca o umflatura a carei gravitatie ar impinge planeta in fata. Acest efect ar determina marirea orbitei planetei.
In acest model, protoplaneta are o orbita stabila. Chiar inainte de descoperirea planetelor 51 Peg, Lin a prezis ca Jupiter va urca in spirala catre Soare in timpul formarii sale. Daca acest lucru ar fi adevarat, Jupiter de ce a supravietuit ? Poate ca sistemul nostru solar avea mai multe planete Jupiter care s-au prabusit in Soare , lasand aceasta planeta ca singura supravietuitoare. De ce planete mari precum 51 Pegasi nu orbiteaza aproape de Soare ? Probabil Jupiter s-a format aproape de finalul duratei de viata a discului protoplanetar.
Astronomul David F. Gray, de la Universitatea din Ontario, Canada, a contestat existenta planetelor 51 Pegasi. El crede ca asazisele planete orientate de stele oscileaza precum bulele de apa. In viziunea sa, ciclul Doppler al acestor stele provine din oscilatiile stelei.
Avand noi date, astronomii au respins existenta oscilatiilor. Cel mai solid argument impotriva oscilatiilor provine dintr-o singura perioada, vazuta frecvent in oscilatiile Doppler ale stelei. Cele mai multe oscilatii ale sistemului, ca cele ale unui diapazon, manifesta o serie de oscilatii armonice sau diferite, de diferite frecvente. Dar stelele 51 Peg arata fiecare numai o oscilatie, precum oscilatiile armonice.
Mai mult, modelele fizice obisnuite arata ca cele mai puternice oscilatii au loc la frecvente mai inalte decat acelea observate la aceste stele. Pe langa aceasta, stelele 51 Peg nu prezinta nici o variatie in lumina, fapt ce sugereaza ca marimea si forma lor nu se schimba.
Comparatia planetelor
Cu toate ca suntem tentati sa comparam cele 8 noi planete cu cele 9 din sistemul nostru solar, comparatia este, din nefericire, o adevarata provocare. Nimeni nu poate sa traga concluzii studiind numai cele 8 planete. Pana acum posibilitatea noastra de a observa alte tipuri de planete ramane limitata. In prezent, aparatura nu poate detecta planete de marimea Pamantului. Chiar daca planetele extrasolare gasite pana astazi au perioadele orbitale mai mari de 3 ani, aceste descoperiri nu reprezinta neaparat sistemul planetar in general. Mai degraba aparitia ei a rezultat din faptul ca astronomii au cercetat planete indepartate cu tehnici imbunatatite, de mai bine de un deceniu. Cu trecerea timpului si imbunatatirea preciziei Doppler, mai mlte planete cu perioade orbitale mai mari au fost descoperite.
In mod curios, gasirea acestor noi planete demonstreaza faptul ca istoria noastra ar fi putut evolua foarte diferit. Se presupune ca diviziunea gravitatiei planetelor se intampla in mod simultan intre planete. Se vede in sistemul nostru solar evidentiat faptul ca in timpul primului miliard de ani , corpuri planetare au ratacit in spatiu. Craterul Lunii si inclinarea mare a axei lui Uranus – aproape perpendiculara pe axa vecinilor sai – demonstreaza frecventa mare a coleziunilor, unele implicand corpuri de marimea unei planete.
Ar trebui sa ne consideram norocosi pentru ca Jupiter are o orbita circulara. Daca ar fi avut o orbita ovala, Jupiter ar fi lovit Pamantul , scotandu-l din sistemul nostru solar. Fara orbitele stabile ale Pamantului si ale lui Jupiter, viata nu ar fi aparut.
Viitorul vanatoarei de planete.
In iulie 1996 s-a inceput un nou studiu Doppler asupra altor 400 de planete , folosind telescopul Keck de 10 m la Observatorul Mauna Kea din Hawaii. Mayor si Queloz din Observatorul Geneva au triplat mai recent marimea Emisferei Nordice Doppler, astfel ca poate masura aproape 400 de stele , si in curand ei vor incepe o marire si in Emisfera Sudica, ce va fi capabila sa masoare mai mult de 500 de stele. In cursul anului urmator studiile Doppler asupra catorva sute de stele se vor realiza cu telescopul Hobley-Eberly de 9 m, aflat in Observatorul McDonald.
Pana in anul 2000, 2 telescoape Keck de la Mauna Kea, si un telescop binocular de la Universitatea din Arizona vor deveni suficient de precise pentru a detecta planete extrasolare. Planurile NASA constau in lansarea a cel putin 3 telescoape in spatiu care sa detecteze planetele cu lumina infrarosie.
Un telescop performant produs de NASA ce reprezinta a doua generatie cunoscuta sub numele de Detectorul de Planete, ar trebui sa obtina imagini ale planetelor departate de stele. Se spune ca cel mai bun telescop construit vreodata, Detectorul de Planete , ar putea detecta alta planete precum Pamantul incepand din 2010. Folosind un spectometru, ar putea analiza lumina de la planetele indepartate pentru a determina compozitia chimica a atmosferei – fiind capabil sa determine activitatea biologica posibila. Acest monumental telescop, aflat in spatiu, pote acoperi un teren de fotbal. Arhivand datele despre planetele gasite pana acum, putem crede ca alte planete orbiteaza in jurul unor stele asemanatoare, multe de marimea lui Jupiter, altele de marimea Pamantului. Este posibil ca 10% din toate stelele din galaxia noastra sa gazduiasca astfel de companii planetare. Bazandu-se pe aceasta estimare, in Calea Lactee ar trebui sa existe 10 miliarde de astfel de planete.
Gasind infatisarea ideala a unei alte planete Pamant, pe care viata ar putea prospera, astronomii vor cauta planete care nu sunt nici prea calde, nici pre reci, suficient de temperate pentru a sustine apa lichida ce va servi ca solvent pentru chimia organica si pentru biochimie. Planetele cu un amestec perfect molecular au orbitele la o distanta exacta de Soare, pe care astronomii o numesc orbita Goldilocks.
Vederea unei astfel de planete va provoca aparitia unui sir nesfarsit de intrebari: Atmosfera sa contine oxigen, nitrogen si oxid de carbon, precum Pamantul, sau acid sulfuric si dioxid de carbon, combinatia letala de pe Venus ? Exista un strat protector de ozon, sau suprafata planetei este arsa de razele ultraviolete ? Chiar daca planeta are oceane, apa are un PH neutru care sa permita cresterea celulelor ?
Pot exista alte organisme care se pot dezvolta in acid sulfuric, avand chiar nevoie de acesta pentru a se hrani. Intr-adevar, daca viata primitiva s-ar naste pe un alt Pamant, ar putea evolua catre inteligenta, sau tehnologia umana reprezinta o sansa a norocului Darwinian ? Suntem noi oamenii o ciudatenie a naturii, menite sa apara pe planete precum Pamantul o singura data in univesul in care altfel ar fi numai viata primitiva ?
Oricat ar fi de surprinzator, raspunsurile la aceste intrebari pot aparea in timpul vietii noastre, folosind instrumente asemenea telescoapelor deja existente sau in plan de lucru. Ne putem imagina cu greu ceea ce generatiile urmatoare vor vedea in viziunea noastra referitoare la galaxiile invecinate. Destinul oamenilor consta in explorarea galaxiilor si gasirea drumurilor noastre, biologice si chimice, foarte departe de stele.
Niciun comentariu:
Trimiteți un comentariu