Poltergeist şi Phobetor. 25 de ani de la prima confirmare a unor planete extrasolare

Într-un eseu publicat în 1962, Arthur C. Clarke observa: „Atunci cînd un distins, dar vîrstnic om de ştiinţă enunţă ceva drept posibil, cel mai adesea are dreptate. Pe de altă parte, cînd declară că ceva este imposibil, cel mai adesea se înşală.„[1] Exemplele abundă, unele dintre ele sînt bine documentate – „Călătoria în spaţiu este imposibilă„[2] declara Lee de Forest (inventatorul triodei, supranumit „Părintele Electronicii”, avea 84 de ani în acel moment) cu 4 ani înainte de Gagarin şi cu 12 înainte de prima aselenizare, altele sînt apocrife sau fragmente scoase din context publicate în presa populară („Radioul nu are viitor„, remarcă atribuită lui William Thomson, Lord Kelvin); dar, în ambele instanţe, ne pot da o idee asupra perplexităţii cu care societatea, în ansamblu, priveşte progresele fantastic de rapide ale ştiinţei şi tehnologiei şi dificultăţii de a înţelege viteza reală a progresului cunoaşterii.

Prin anii ’70 şi ’80 ai secolului trecut, două dintre lucrurile declarate „imposibile” erau detectarea unor planete extrasolare şi capacitatea de a îmbunătăţi telescoapele peste standardele curente atunci, văzute drept o limită superioară de nedepăşit. Îmi aduc şi acum aminte iritarea pe care mi-o producea în copilărie suficienţa cu care se declara prin reviste gen Ştiinţă şi Tehnică sau prin diferite cărţi de popularizare „Nu vom şti niciodată dacă există alte planete în afara sistemului solar!…” Anii ’90 vor infirma rapid aceste „imposibilităţi”, primele exoplanete confirmate fiind anunţate în Nature, pe 9 ianuarie 1992.[3]

Planetele sînt corpuri mici, fără lumină proprie, aflate relativ aproape de o stea incomparabil mai luminoasă, iar detectarea lor nu părea a fi posibilă cu tehnologia de realizare a telescoapelor de acum 30 sau 40 de ani.

Una din probleme ţinea de posibilitatea de a construi o oglindă suficient de mare pentru a detecta obiecte cu o luminozitate atît de slabă. A fost nevoie de aproape 150 de ani pentru a se trece de la un telescop cu diametrul oglinzii cu puţin peste 1 m[4] (construit de William Herschel – descoperitorul planetei Uranus – şi inaugurat la 1789) la unul de 2,5 m[5] (telescopul Hooker de la Observatorul de pe Muntele Wilson, instrument ce i-a permis lui Edwin Hubble să dovedească existenţa altor galaxii în afară de Calea Lactee şi să descopere expansiunea Universului); a urmat apoi o scurtă perioadă de progres rapid (5 m în 1948 pentru telescopul Hale de la Observatorul Palomar), urmată din nou de o relativă stagnare (doar 6 m în 1976 pentru BTA-6, construit de sovietici în Caucaz).

Motivul este simplu; oglinzile fiind şlefuite din blocuri compacte de sticlă, pentru a se asigura rigiditatea şi integritatea structurală greutatea piesei ajunge să crească mult mai repede decît diametrul, iar peste o anumită mărime, oglinzile încep să se deformeze sub propria greutate atunci cînd sînt înclinate! La sfîrşitul anilor ’70 se ajunsese astfel la un fel de limită maximă teoretică, situaţie care alimenta scepticismul general.

Mai există un factor care impune o limită maximă mărimii telescoapelor: turbulenţa atmosferică. Atmosfera nu este perfect transparentă, iar fluctuaţiile produse de curenţii de aer introduc distorsiuni care fac inutile telescoapele mult mai mari decît cele construite prin anii ’70 ai secolului trecut. Influenţa atmosferei poate fi minimizată prin amplasarea instrumentelor pe munţi cît mai înalţi (Mauna Kea în Hawaii sau Paranal în Chile, de exemplu), dar şi această îmbunătăţire are o limită; o altă variantă este lansarea unor telescoape spaţiale – aşa a luat naştere proiectul Hubble!, dar intervine o nouă limitare legată de posibilităţile de lansare a unor obiecte foarte grele şi/sau voluminoase…

Din fericire, trăim într-o epocă în care ştiinţa şi tehnologia progresează într-un ritm niciodată atins pînă acum în întreaga istorie a omenirii, iar soluţia a venit dintr-un domeniu aparent fără nici o legătură cu astronomia – noua ştiinţă a calculatoarelor!

În 1953 astronomul american Horace Babcock a propus o soluţie: folosirea unor sisteme optice deformabile, capabile să compenseze distorsiunile induse de atmosferă – aşa numita optică adaptivă.[6] Ideea era genială, funcţiona în teorie…, dar la acel moment nu putea fi pusă în practică – necesita realizarea unui număr uriaş de calcule matematice complexe, în timp real, iar calculatoarele disponibile atunci erau departe de a putea să le facă.

Intră în scenă aşa numita „lege” a lui Moore – unul dintre fondatorii Intel, de fapt o extrapolare a evoluţiei circuitelor integrate bazată pe o analiză a dezvoltării tehnologiei din anii ’50 şi ’60: numărul maxim de tranzistori dintr-un circuit integrat se dublează, cu aproximaţie, la fiecare doi ani, rezultînd astfel o creştere exponenţială a puterii de calcul. Iar fenomenul continuă de peste 50 de ani…[7]

Prin urmare, destul de rapid, optica adaptivă a încetat a fi doar o idee SF. Cum se întîmplă de obicei, iniţial a fost dezvoltată pentru aplicaţii militare – cine altcineva ar fi putut să finanţeze programul de cercetare necesar pentru a o pune în practică (BBC estimează la circa un miliard de dolari totalul investiţiei)?

Folosită la început pentru îmbunătăţirea performanţelor sateliţilor de spionaj, această tehnică de corectare a sistemelor optice a devenit rapid un salvator providenţial pentru astronomie şi, împreună cu noile tehnologii de construcţie a oglinzilor (de exemplu, segmentarea sau folosirea unor structuri tip fagure), stă la baza tuturor telescoapelor actuale sau care urmează a fi inaugurate în viitorul apropiat, permiţînd construcţia unor instrumente de observaţie gigantice în raport cu cele de acum cîteva decenii. Este suficient să pomenim de European Extremely Large Telescope, planificat să între în funcţiune în 2024, cu un diametru al oglinzii principale de 39 de metri![8]

Dar să revenim la anunţul publicat în Nature, ce anunţa descoperirea primelor două planete orbitînd o altă stea decît Soarele de către astronomii Aleksander Wolszczan (polonez) şi Dale Frail (canadian). Surprinzător, nu era vorba de o stea „obişnuită”, ci de un pulsar, o stea neutronică aflată în rotaţie extrem de rapidă, formată în urma exploziei unei supernove. Apoi, detecţia fusese făcută cu un radiotelescop, nu cu un telescop optic, prin măsurarea şi analizarea variaţiilor de durată ale impulsurilor radio emise de aceasta.

Fiind o stea care şi-a epuizat resursele şi nu mai poate produce energie prin obişnuitele procese de fuziune, o stea „moartă”, dar care mai emite totuşi puternice semnale radio, în 2015 pulsarul, cunoscut pînă în acel moment drept PSR B1257+12, a primit numele de Lich – un fel de zombie întîlnit în literatura fantastică, iar cele două planete au fost botezate Poltergeist (Spirit Scandalagiu) şi Phobetor (Zeul Coşmarelor).[9]

Ulterior, ritmul descoperirilor s-a accelerat: 1995 – prima exoplanetă orbitînd o stea „obişnuită” sau, mai precis spus, aflată în secvenţa principală (51 Pegaşi b sau Dimidium, descoperită de elveţienii Michel Mayor şi Didier Queloz)[10], 2002 – prima exoplanetă detectată ca urmare a eclipsării parţiale a stelei în jurul căreia orbitează (metoda tranzitului)[11], 2004 – prima fotografie a unei exoplanete[12],

2012 – descoperirea primului sistem de inele, asemănător celui din jurul lui Saturn, din afara sistemului solar[13], 2009 – Gliese 1214 b, foarte bogată în apă[14], 2014 – prima planetă extrasolară potenţial habitabilă, Kepler-186f[15], 2015 – prima planetă similară Pămîntului, aflată în zona habitabilă a unei stele similare Soarelui, Kepler-452b[16], 2016 – descoperirea unei planete potenţial habitabile aflată pe orbită în jurul stelei celei mai apropiate de noi, Proxima Centauri, la doar 4 ani lumină de sistemul solar[17]…

Dincolo de pura curiozitate, posibilitatea de a confirma existenţa unor planete în afara sistemului solar are implicaţii majore în domenii variate: cosmologie (înţelegerea mecanismului de formare a stelelor şi a planetelor), astronautică (motivaţie pentru dezvoltarea unor noi sisteme de transport), exobiologie (posibilitatea apariţiei vieţii şi inteligenţei extraterestre) etc. Chiar şi teologia ar putea fi interesată – asta dacă ar conta; oricum, capacitatea oamenilor de a-şi păstra un set de credinţe, indiferent cît de absurd, în faţa dovezilor contrarii este uluitoare!

Mă voi limita la un singur exemplu. În 1961, pregătind o conferinţă despre detectarea vieţii extraterestre inteligente (Search for Extraterrestrial Intelligence sau SETI), astronomul american Frank Drake a elaborat celebra ecuaţie ce-i poartă numele, ecuaţie ce permite estimarea numărului de civilizaţii avansate tehnologic din Galaxie.

N = N_s x f_p x n_e x f_l x f_i x f_c x f_L

Ns = numărul de stele din Galaxie;

f_p = procentul de stele cu sisteme planetare;

n_e = numărul mediu de planete favorabile vieţii de tip terestru;

f_l = procentul de astfel de planete pe care viaţa apare;

f_i = procentul de planete cu viaţă pe care evoluează o inteligenţă de tip uman;

f_c = procentul civilizaţiilor care dezvoltă tehnologii ce permit emiterea de semnale electromagnetice în spaţiu, ce ar putea fi detectate de noi;

f_L = procentul acestor civilizaţii care continuă să emită

Cum se întîmplă de multe ori, iniţial Drake a văzut ecuaţia ca pe un simplu ghid în desfăşurarea conferinţei, dar, rapid, folosirea ei s-a generalizat, devenind un instrument esenţial în domeniul astronomiei şi exo-biologiei, rafinat mereu pe măsură ce înţelegerea noastră asupra Cosmosului a crescut.[18] În esenţă, este folosită pentru a planifica programele de cercetare şi a estima efortul necesar pentru a se obţine cel puţin o detecţie a unei civilizaţii extraterestre.

O discuţie amănunţită asupra avantajelor şi limitărilor ecuaţiei lui Drake depăşeşte scopul actualului articol, dar este important de înţeles că N, numărul estimat de civilizaţii extraterestre din galaxia noastră, este calculat în funcţie de o serie de parametri asupra cărora avem o înţelegere foarte diferită. Ca exemplu, ordinul de mărime al lui Ns (numărul total de stele) este cunoscut cu o precizie suficient de bună, despre f_i sau f_c putem doar specula. Dacă sistemul solar este unic în Univers, atunci f_p (procentul de stele cu sisteme planetare) este, practic, zero, iar şansa de a descoperi viaţă extraterestră devine aproape nulă; dacă exoplanetele se dovedesc ceva obişnuit, f_p se duce spre 1, iar probabilitatea creşte.

Astăzi, după 25 de ani, numărul planetelor extrasolare confirmate a ajuns la 3.440[19], la care se adaugă alte cîteva mii de candidaţi ce aşteaptă validarea. Noile telescoape terestre şi spaţiale ce vor intra în funcţiune în deceniul următor vor descoperi zeci sau sute de mii de alte planete, multe dintre ele habitabile, şi vor permite analizarea atmosferelor acestora; probabil că în maximum 20 de ani vom obţine primele dovezi ale existenţei vieţii extraterestre şi, de ce nu?, vom detecta chiar şi semnele caracteristice ale unor civilizaţii tehnologice.

Şi poate, mult mai curînd decît ne-am aştepta – în 50 de ani?, s-ar putea să lansăm primele misiuni de explorare către Proxima Centauri.[20] Dar despre acest subiect vom discuta cu altă ocazie.

NOTE _______________________

[2] https://news.google.com/newspapers?id=KXhfAAAAIBAJ&sjid=my8MAAAAIBAJ&pg=3288,6595098&dq=all-that-constitutes-a-wild-dream-worthy-of-jules-verne&hl=en

[3] http://www.nature.com/nature/journal/v355/n6356/abs/355145a0.html

[4] sursa: Wikipedia; originalul a aparut in Leisure Hour, Nov 2,1867, page 729

[5] sursa: Wikipedia; foto realizata de Ken Spencer, 2005

[6] http://www.bbc.com/news/science-environment-12500626

[7] http://www.intel.com/content/www/us/en/silicon-innovations/moores-law-technology.html

[8] http://www.eso.org/public/teles-instr/e-elt/

[9] http://www.space.com/31386-alien-planet-names-undead-mythological-creatures.html

[10] http://www.nature.com/nature/journal/v378/n6555/abs/378355a0.html

[11] https://www.cfa.harvard.edu/~sasselov/exopl/og56.taf

[12] http://www.eso.org/public/news/eso0515/

[13] https://www.sciencedaily.com/releases/2012/01/120109115830.htm

[14] http://www.space.com/23028-super-earth-water-atmosphere-alien-planet.html

[15] https://www.nasa.gov/ames/kepler/nasas-kepler-discovers-first-earth-size-planet-in-the-habitable-zone-of-another-star

[16] https://www.nasa.gov/press-release/nasa-kepler-mission-discovers-bigger-older-cousin-to-earth

[17] https://www.nasa.gov/feature/jpl/eso-discovers-earth-size-planet-in-habitable-zone-of-nearest-star

[18] http://news.nationalgeographic.com/news/2014/06/140630-drake-equation-50-years-later-aliens-science/

[19] http://exoplanetarchive.ipac.caltech.edu/docs/counts_detail.html

[20] http://www.skyandtelescope.com/astronomy-news/spacecraft-make-proxima-centauri/