iphone app
android app
iphone app android app
Κυριακή 04 Δεκεμβρίου 2016
Κομήτες και αστεροειδείς

Κομήτες και αστεροειδείς στο μικροσκόπιο


Ημερομηνία δημοσίευσης:
Τελευταία ενημέρωση:

Την περασμένη Παρασκευή το διαστημικό σκάφος «Αυγή» (Dawn) της NASA τέθηκε σε τροχιά γύρω από τον νάνο πλανήτη Δήμητρα, το μεγαλύτερο αντικείμενο στη ζώνη αστεροειδών που βρίσκεται ανάμεσα από τον Δία και τον Άρη. 

Η «πρωτιά» αυτή είναι σημαντική, όμως η «Αυγή» δεν είναι η μόνη αποστολή που «βλέπει μακριά». 

Οι πιο πρόσφατες και πλέον φιλόδοξες διαστημικές εξερευνήσεις που έχουν διοργανωθεί τόσο από την αμερικανική διαστημική υπηρεσία όσο και από τον Ευρωπαϊκό Οργανισμό Διαστήματος, όπως οι «Νέοι Ορίζοντες» (New Horizons) και η «Ροζέτα» (Rosetta), στρέφονται πλέον στην εξερεύνηση όχι τόσο των πλανητών του ηλιακού μας συστήματος όσο των μικρότερων εκπροσώπων τους, των αστεροειδών και των κομητών. 

Αυτό γιατί τα συγκεκριμένα σώματα θεωρείται ότι αποτελούν ένα είδος «ψυγείου» όπου έχει διασωθεί άθικτο το πρωτογενές υλικό από το οποίο δημιουργήθηκε το Ηλιακό Σύστημα πριν από 4,5 δισεκατομμύρια χρόνια. 

Έχουν λοιπόν, όπως θα δείτε στις επόμενες σελίδες, να μας προσφέρουν πολύτιμες πληροφορίες τόσο για το σύστημα που περιβάλλει το μητρικό μας άστρο όσο και για την ίδια τη Γη.

Η κατανόηση του τρόπου δημιουργίας του Ηλιακού Συστήματος είναι διαχρονικά ένας από τους πιο σημαντικούς στόχους των αστρονόμων. 

Τα βασικά στοιχεία που πρέπει να ερμηνεύει κάθε σχετική θεωρία είναι δύο: (α) η διάταξη και η μορφή των τροχιών των ουράνιων σωμάτων που περιφέρονται γύρω από τον Ήλιο και (β) η μάζα, η χημική σύσταση και η γεωλογική δομή αυτών των σωμάτων. 

Από τότε που έγινε γενικά δεκτό ότι οι οκτώ «μεγάλοι» πλανήτες έχουν βασικά δημιουργηθεί από συγκρούσεις πάρα πολλών μικρότερων σωμάτων και έχουν από τότε υποστεί ουσιαστικές μεταβολές της δομής τους, η έρευνα στράφηκε στα μικρότερα μέλη του Ηλιακού Συστήματος, κομήτες και αστεροειδείς. 

Τα σώματα αυτά πιστεύεται ότι δεν έχουν υποστεί καμία γεωλογική μεταβολή από την εποχή της δημιουργίας τους και επομένως αποτελούν ένα είδος «ψυγείου» στο οποίο έχει διατηρηθεί άθικτο το πρωτογενές υλικό από το οποίο δημιουργήθηκε το Ηλιακό Σύστημα πριν από 4,5 δισ. χρόνια. 

Πολλές διαστημικές αποστολές έχουν πραγματοποιηθεί με στόχο την επιτόπια μελέτη κομητών και αστεροειδών, με το ενδιαφέρον της επιστημονικής κοινότητας να στρέφεται τον τελευταίο καιρό σε τρεις από αυτές: Ροζέτα (Rosetta), Αυγή(Dawn) και Νέοι Ορίζοντες (New Horizons).

Ροζέτα: Ποιος έφερε το νερό στη γη;Η διαστημική αποστολή Ροζέτα σχεδιάστηκε και εκτελέστηκε από τον Ευρωπαϊκό Διαστημικό Οργανισμό (European Space Agency, ESA). Το μητρικό διαστημόπλοιο έφθασε στον τελικό στόχο του, τον κομήτη 67Ρ Churyumov-Gerasimenko,τον περασμένο Αύγουστο και τα δέκα επιστημονικά όργανα που μεταφέρει άρχισαν τις παρατηρήσεις. Τρεις μήνες αργότερα το διαστημόπλοιο απελευθέρωσε τη διαστημική άκατο Philae, η οποία προσεδαφίστηκε στον κομήτη, σε μια αποστολή που καλύφθηκε εκτενώς από τα ΜΜΕ. Δυστυχώς ο μηχανισμός αγκύρωσης της ακάτου δεν λειτούργησε και αυτή κατέληξε σε μια σκιερή θέση, στην οποία δεν μπορούσαν να λειτουργήσουν οι ηλιακοί συλλέκτες της. Ετσι οι μπαταρίες της ακάτου εκφορτίστηκαν γρήγορα και τα επτά επιστημονικά όργανα που μετέφερε για την εξερεύνηση του κομήτη έπαψαν γρήγορα να λειτουργούν. Στον πολύ κόσμο δημιουργήθηκε η εντύπωση ότι η αποστολή είχε αποτύχει, αυτό όμως δεν είναι καθόλου ακριβές. Σε αντίθεση με την ατυχία της ακάτου, το μητρικό διαστημικό σκάφος εξακολουθεί να λειτουργεί υποδειγματικά και με βάση τις παρατηρήσεις των επιστημονικών οργάνων που μεταφέρει άρχισαν ήδη να δημοσιεύονται τα πρώτα ερευνητικά αποτελέσματα. Το πιο σημαντικό από αυτά, κατά τη γνώμη μας, είναι η διαφορετική χημική σύσταση του νερού του κομήτη από αυτό της Γης.Η προέλευση του νερού στη Γη είναι ένα από τα βασικά στοιχεία που υπεισέρχονται στην κατανόηση της διαδικασίας δημιουργίας του πλανήτη μας. Σύμφωνα με τις παλαιότερες θεωρίες, η πρωτο-Γή είχε ασήμαντες ποσότητες νερού και ο λόγος είναι ότι στο αρχέγονο νέφος αερίου και σκόνης από το οποίο δημιουργήθηκαν ο Ηλιος και οι πλανήτες δεν υπήρχε νερό στην απόσταση των 150 εκατ. χιλιομέτρων από τον Ηλιο όπου βρίσκεται σήμερα η Γη. Ο λόγος είναι ότι οι υδρατμοί, ως «ελαφρύ» συστατικό, ήταν συγκεντρωμένοι στο «επάνω» μέρος του νέφους σκόνης και αερίων από το οποίο δημιουργήθηκαν οι πλανήτες, όπου το «επάνω» αντιστοιχεί σε κατεύθυνση μακριά από τον Ηλιο, αφού το «κάτω» είναι προς τη διεύθυνση που νιώθουμε τη βαρύτητα, δηλαδή προς τον Ηλιο. Το θεωρητικό αυτό συμπέρασμα συμφωνεί με την παρουσία μεγάλων ποσοτήτων νερού, σε μορφή πάγου, στους αεριώδεις γίγαντες (Δία, Κρόνο, Ουρανό και Ποσειδώνα), καθώς και στους κομήτες. Επομένως, αν η Γη είχε δημιουργηθεί μόνο από «τοπικά» υλικά, δεν θα έπρεπε να έχει νερό, οπότε το νερό στη Γη θα πρέπει να είχε μεταφερθεί σε αυτήν με κάποιον τρόπο μετά τη δημιουργία της. Ως σήμερα η θεωρία που διδάσκαμε στην Αστρονομία είναι ότι το νερό μεταφέρθηκε από κομήτες που συγκρούστηκαν με τη Γη. Ενας τρόπος για να ελεγχθεί αυτή η θεωρία είναι η μέτρηση της αναλογίας του βαρέος ύδατος προς το κανονικό στη Γη και στα άλλα σώματα του Ηλιακού Συστήματος. Σε κάθε 10.000 μόρια νερού στη Γη υπάρχουν 3 μόρια «βαρέος ύδατος», στο οποίο ένα από τα δύο υδρογόνα του κανονικού νερού έχει αντικατασταθεί από ένα βαρύτερο ισότοπό του, το δευτέριο. Αν το νερό είχε μεταφερθεί στη Γη με κομήτες, τότε το νερό των κομητών θα έπρεπε να έχει την ίδια περιεκτικότητα σε «βαρύ ύδωρ» με αυτό της Γης. Ομως τα όργανα της Ροζέτας κατέγραψαν ότι η περιεκτικότητα σε βαρύ ύδωρ του νερού του κομήτη Churyumov-Gerasimenko είναι τρεις φορές μεγαλύτερη! Αυτό το αποτέλεσμα, σε συνδυασμό με ενδείξεις από άλλες αποστολές, φαίνεται να συμφωνεί με νεότερες θεωρίες, σύμφωνα με τις οποίες το νερό μεταφέρθηκε στη Γη από έναν ή δύο μεγάλους αστεροειδείς (σαν τη Δήμητρα) κατά τη φάση του σχηματισμού της και όχι μεταγενέστερα.

Αυγή: Δορυφόρος στην πλανητική «γέφυρα»

Οι αστεροειδείς είναι και αυτοί αρχέγονα σώματα του Ηλιακού Συστήματος, το υλικό των οποίων, όπως και των κομητών, μας φανερώνει τη σύσταση του αρχικού νέφους, καθώς και τη στρωμάτωσή του γύρω από τον Ηλιο. Γι' αυτόν τον λόγο αποτελούν και αυτοί έναν από τους πρωταρχικούς στόχους των διαστημικών αποστολών. 

Η ιδέα μιας διπλής αποστολής στους δύο μεγαλύτερους αστεροειδείς, τη Δήμητρα και την Εστία, εμφανίστηκε πριν από περίπου 15 χρόνια και πήρε το όνομα Αυγή (Dawn).

Ο κύριος λόγος της επιλογής αυτών των δύο συγκεκριμένων αστεροειδών ήταν, πέρα από το μέγεθός τους, το γεγονός ότι φαίνονται να είναι εντελώς διαφορετικά ουράνια σώματα, όπως σχολιάζουμε στη συνέχεια. 

Η εκτόξευση έγινε στις 27 Σεπτεμβρίου 2007 και στη συνέχεια το διαστημόπλοιο πλησίασε τον Αρη και επιταχύνθηκε με τη γνωστή μέθοδο της βαρυτικής υποβοήθησης ή «διαστημικής σφεντόνας». 

Η μέθοδος αυτή είναι παρόμοια με την επιτάχυνση που παίρνει η μπάλα του τένις από μια ρακέτα, μόνο που στην περίπτωση των διαστημοπλοίων η δύναμη δεν οφείλεται στο χτύπημα της ρακέτας αλλά στη βαρυτική έλξη του πλανήτη. 

Τον Ιούλιο του 2011 η Αυγή έφτασε στην Εστία και αφιέρωσε περισσότερο από έναν χρόνο στη μελέτη της. Το σώμα αυτό έχει μεταλλικό πυρήνα, όπως η Γη, και σημάδια ύπαρξης νερού στην επιφάνειά του, πολύ σημαντική πληροφορία, δεδομένου ότι στην εποχή μας η Εστία είναι εντελώς άνυδρη. 

Σήμερα πιστεύουμε ότι η Εστία αποτελεί ίσως το μοναδικό αμετάβλητο ως σήμερα δείγμα των πλανητοειδών, δηλαδή των «προγόνων» των σημερινών αστεροειδών, από τις συγκρούσεις των οποίων δημιουργήθηκαν οι τέσσερις βραχώδεις εσωτερικοί πλανήτες του Ηλιακού συστήματος Ερμής, Αφροδίτη, Γη και Αρης.

Τον Σεπτέμβριο του 2012 η Αυγή εγκατέλειψε την Εστία και ξεκίνησε το δεύτερο σκέλος του ταξιδιού της προς τη Δήμητρα. 

Αυτός ο αστεροειδής είναι τόσο μεγάλος ώστε λόγω της βαρύτητάς του έχει αποκτήσει σφαιρικό σχήμα, όπως αυτό των υπόλοιπων πλανητών. Θα μπορούσε λοιπόν να έχει χαρακτηρισθεί πλανήτης αν δεν είχε το «ελάττωμα» να μην έχει ενσωματώσει όλους τους άλλους αστεροειδείς που κινούνται σε παρόμοιες αποστάσεις από τον Ήλιο. 

Γι' αυτόν τον λόγο από το 2007 έχει καταταγεί στην ολιγομελή ομάδα των νάνων πλανητών - ο μόνος στο εσωτερικό Ηλιακό Σύστημα. Στην ίδια ομάδα συγκαταλέγονται ο μακρινός Πλούτωνας και μερικά άλλα σώματα που κινούνται σε παρόμοιες αποστάσεις από τον Ήλιο με αυτόν. 

Οι πρώτες παρατηρήσεις από την Αυγή δείχνουν να επιβεβαιώνουν τα θεωρητικά μοντέλα, σύμφωνα με τα οποία η Δήμητρα αποτελείται από έναν βραχώδη πυρήνα και έναν μανδύα από πάγο. 

Το σώμα αυτό αποτελεί «γέφυρα» μεταξύ των βραχωδών σωμάτων του εσωτερικού Ηλιακού Συστήματος, που είναι βασικά άνυδρα, και των γιγαντιαίων πλανητών και των κομητών, που έχουν μεγάλη περιεκτικότητα σε νερό. Σύμφωνα με όσα αναφέραμε ήδη, σώματα σαν τη Δήμητρα θα μπορούσαν να είναι οι «μεταφορείς» του νερού στη Γη.Από τον Σεπτέμβριο του 2014 η Αυγή ακολουθεί τροχιά παραπλήσια με αυτήν της Δήμητρας. 

Και τα δύο σώματα περιφέρονται γύρω από τον Ηλιο με ταχύτητα που προσεγγίζει τα 65.000 χιλιόμετρα την ώρα, αλλά η Αυγή κινείται λίγο ταχύτερα, έτσι ώστε στα τέλη Φεβρουαρίου προσπέρασε τη Δήμητρα και άρχισε η διαδικασία επιβράδυνσης, στην οποία συνετέλεσαν τόσο ο κινητήρας του διαστημοπλοίου όσο και η βαρυτική έλξη της Δήμητρας. 

Παράλληλα πήρε πολλές φωτογραφίες αυτού του σώματος, μία από τις οποίες δείχνει δύο φωτεινά σημάδια που ίσως να είναι κρατήρες πρόσφατων συγκρούσεων. 

Στις 6 Μαρτίου και ενώ το διαστημόπλοιο βρισκόταν σε απόσταση 25.000 χιλιομέτρων μπροστά από τον νάνο πλανήτη, «συνελήφθη» από το βαρυτικό πεδίο του και έγινε δορυφόρος του. 

Οι συστηματικές παρατηρήσεις θα αρχίσουν στα τέλη Απριλίου, όταν η λειτουργία των κινητήρων προώθησης θα έχει «διορθώσει» την τροχιά της Αυγής γύρω από τη Δήμητρα σε κυκλική, με ακτίνα 14.000 χιλιομέτρων.

Νέοι Ορίζοντες: Σε απόσταση αναπνοής από τον πρώην πλανήτη

Ο Πλούτωνας είναι το μοναδικό μεγάλο σώμα του Ηλιακού Συστήματος που δεν έχουμε παρατηρήσει από κοντά. Ηταν λοιπόν θέμα χρόνου να προταθούν διαστημικές αποστολές για την εξερεύνησή του και τελικά επελέγη η αποστολή Νέοι Ορίζοντες. 

Το διαστημόπλοιο κατασκευάστηκε από το Εργαστήριο Εφαρμοσμένης Φυσικής (APL, Applied Physics Laboratory) του Πανεπιστημίου Johns Hopkins, την εποχή που διευθυντής του Τμήματος Διαστημικών Αποστολών ήταν ο έλληνας ακαδημαϊκός Σταμάτης Κριμιζής. 

Υπεύθυνος της αποστολής ορίστηκε ο Αλαν Στερν από το Τμήμα Αστρονομικών Μελετών του Νοτιοδυτικού Ινστιτούτου Ερευνών. Την εποχή που σχεδιάστηκε, κατασκευάστηκε και εκτοξεύθηκε το διαστημόπλοιο της αποστολής Νέοι Oρίζοντες ο Πλούτωνας εθεωρείτο ο ένατος πλανήτης του Ηλιακού Συστήματος. 

Λίγους μήνες όμως μετά την εκτόξευση του διαστημοπλοίου η Διεθνής Αστρονομική Ενωση, υιοθετώντας έναν πιο σαφή ορισμό για την έννοια «πλανήτης», αποφάσισε να τον κατατάξει στους νάνους πλανήτες, μαζί με τον αστεροειδή Δήμητρα και την Εριδα, ένα σώμα πέρα από την τροχιά του Πλούτωνα.

Ο Πλούτωνας βρίσκεται σε πολύ μεγαλύτερη απόσταση από τον Ηλιο από ό,τι η Δήμητρα, οπότε το διαστημόπλοιο Νέοι Ορίζοντες έχει εντελώς διαφορετική φιλοσοφία κατασκευής από την Αυγή. 

Στην απόσταση του Πλούτωνα το ηλιακό φως είναι πολύ ασθενές και γι' αυτόν τον λόγο οι ηλιακοί συλλέκτες, που αποτελούν την πηγή ηλεκτρικής ενέργειας τηςΑυγής, δεν επαρκούν για τη λειτουργία των οργάνων ενός σκάφους. 

Ετσι στους Νέους Ορίζοντες υπάρχει γεννήτρια που λειτουργεί με πυρηνική ενέργεια. Η μεγάλη απόσταση του Πλούτωνα θέτει επίσης ένα σοβαρό πρόβλημα στον σχεδιασμό της τροχιάς του διαστημοπλοίου. 

Για να φτάσει ένα διαστημόπλοιο τόσο μακριά, δεδομένου ότι η έλξη του Ηλιου το επιβραδύνει διαρκώς, θα πρέπει να έχει πολύ μεγάλη αρχική ταχύτητα, εκτός και αν επιλέξουμε τη στρατηγική των διαδοχικών βαρυτικών υποβοηθήσεων από διάφορους πλανήτες. 

Αλλά τότε η διάρκεια της αποστολής θα ξεπερνούσε τη διάρκεια της ζωής ενός ανθρώπου, οπότε οι επιστήμονες που θα έπαιρναν τα αποτελέσματα της αποστολής δεν θα ήταν αυτοί που την είχαν σχεδιάσει και κανείς δεν θέλει να αφιερώσει χρόνο για μια αποστολή που δεν θα μπορούσε να του αποδώσει τη χαρά της ανακάλυψης! 

Αναγκαστικά λοιπόν επελέγη η «απευθείας» τροχιά και το διαστημόπλοιο εκτοξεύθηκε με την ταχύτητα-ρεκόρ των 58.500 χιλιομέτρων την ώρα. 

Με αυτήν την ταχύτητα ένα αεροπλάνο θα έφτανε από την Αθήνα στη Θεσσαλονίκη σε 20 δευτερόλεπτα! Κατά τη διάρκεια της διαδρομής από τη Γη στον Πλούτωνα, που κράτησε εννέα χρόνια, το διαστημόπλοιο χρειάστηκε μόνο μια «ελαφριά» επιτάχυνση από τον Δία, που του αύξησε την ταχύτητα κατά 14.000 χιλιόμετρα την ώρα.

Επειτα από ένα ταξίδι χωρίς σοβαρά απρόοπτα το διαστημόπλοιο έχει φτάσει «σε απόσταση αναπνοής» από τον στόχο του και άρχισε να παίρνει τις πρώτες φωτογραφίες. 

Στις 14 Ιουλίου αναμένεται να διέλθει «βιαστικά» σε απόσταση μόλις 10.000 χιλιομέτρων από τον Πλούτωνα, αλλά με ταχύτητα 50.000 χιλιομέτρων την ώρα. Αρα η «λογικά» σύντομη διάρκεια του ταξιδιού από τη Γη στον Πλούτωνα είχε ως συνέπεια την περιορισμένη διάρκεια παρατηρήσεων αυτού του νάνου πλανήτη από μικρή απόσταση.

Η αποστολή Νέοι Ορίζοντες όμως δεν θα έχει τελειώσει, καθώς προβλέπεται και η παρατήρηση ενός ή δύο ακόμη σωμάτων της εξωτερικής ζώνης αστεροειδών (πέρα από την τροχιά του Πλούτωνα), παρόμοια με την Εριδα, τα οποία αναμένεται να επιλεγούν σύντομα από έναν προκαταρκτικό κατάλογο. 

Αυτή η παρατήρηση θα πραγματοποιηθεί περίπου έπειτα από τέσσερα χρόνια. 

Στη συνέχεια το διαστημόπλοιο θα διαφύγει από το Ηλιακό Σύστημα και θα είναι η τρίτη αποστολή του Σταμάτη Κριμιζή που θα παίξει τον ρόλο του «πρεσβευτή» της ανθρωπότητας στα εκατοντάδες δισεκατομμύρια αστέρια του Γαλαξία μας μετά τα διαστημόπλοια Voyager 1 και 2.

Ο κ. Χάρης Βάρβογλης είναι καθηγητής του Τμήματος Φυσικής του ΑΠΘ.

Ο κ. Κλεομένης (Μένιος) Τσιγάνης είναι επίκουρος καθηγητής του Τμήματος Φυσικής του ΑΠΘ.

Πηγή: tovima.gr

Κοινοποιήστε

  Εκτύπωση