Når du ser på himmelen en klar natt, kan du være sikker på hva våre forfedre ikke engang mistenkte: minst en planet dreier seg om nesten alle stjerner.
Verdener i banene til andre stjerner kalles "eksoplaneter" og spenner fra gigantiske gasskjemper større enn Jupiter til små steinete planeter som Jorden eller Mars. Fjernplaneter kan være varme nok til at metall smelter på overflaten, eller isete snøballer. Mange av dem dreier seg så raskt og tett rundt stjernene sine at året varer flere jorddager. Noen kan ha to soler. Det er vandrere utvist fra systemene deres, de som vandrer i mørket over galaksen.
Melkeveien er en stor familie av stjerner, som strekker seg over 100.000 lysår. Dens spiralstruktur inneholder omtrent 400 milliarder innbyggere, og vår sol er blant dem. Hvis hver av disse stjernene ikke har en planet i sin bane, men flere, som i solsystemet, er antall verdener i Melkeveien ganske enkelt astronomisk: tellingen går til billioner.
Stjernesystemene som lever i Melkeveien. Kreditt: ESA / Hubble / ESO / M. Kornmesser.
I flere århundrer har menneskeheten tenkt på muligheten for eksistens av planeter rundt fjerne stjerner, og nå sier vi med tillit at det eksisterer ekstrasolare verdener. Vår nærmeste nabo, Proxima Centauri, fikk nylig oppdaget en steinete planet, og den er sannsynligvis ikke alene. Avstanden til den er omtrent 4,5 lysår eller 40 billioner kilometer. Imidlertid ligger de fleste av de funnet eksoplanetene hundrevis eller tusenvis av lysår unna.
Dårlige nyheter: vi har ingen måte å komme til dem ennå. Den gode nyheten er at vi kan se på dem, estimere temperaturer, "føle" atmosfæren og kanskje snart oppdage tegn på liv gjemt i det svake lyset fra disse fjerne verdenene.
Den første eksoplaneten som kom inn på verdensarenaen var 51 Pegasi b, en "varm Jupiter" 50 lysår fra oss som kretser rundt en stjerne på fire jorddager. Vendepunktet etter at ekstrasolare planeter ble vanlig kom i 1995.
Kunstnerisk fremstilling av varm jupiter. Kreditt: ESO.
Kampanjevideo:
Før 51 Pegasi b var det flere kandidater. Eksoplaneten kjent i dag som Tadmor ble oppdaget i 1988. Selv om dets eksistens ble stilt spørsmålstegn i 1992 på grunn av utilstrekkelig bevis, bekreftet ytterligere observasjoner ti år senere at en planet kretset rundt Gamma Cepheus A. I 1992 ble det oppdaget et system med "pulsarplaneter". Disse verdenene dreier seg om en død stjerne, den pulserende PSR 1257 + 12, som ligger 2.300 lysår fra jorden.
Vi lever nå i et univers av eksoplaneter. Antallet deres øker stadig, og for øyeblikket har antallet bekreftede planeter utenfor solsystemet krysset linjen 3700, men i det neste tiåret kan tidsplanen hoppe til titusenvis.
Hvordan kom vi til dette?
Vi er på randen til store funn. Tiden med tidlig leting og de første bekreftede eksoplaneter satte scenen for neste fase: jakten på fjerne verdener med mer "årvåken" og sofistikert teleskop i verdensrommet og på jorden. Noen av dem har fått i oppgave å gjennomføre en nøyaktig folketelling, beregne de forskjellige størrelsene og typene av exoplaneter. Andre gransker individuelle verdener, deres atmosfærer og deres potensiale til å opprettholde livet.
Direkte visualisering av eksoplaneter, det vil si deres faktiske bilder, spiller en stadig viktigere rolle, selv om forskere har nådd dagens kunnskapsnivå hovedsakelig ved indirekte midler. De to hovedmetodene er wobble og formørkelse.
Animasjon samlet fra bilder av fire massive eksoplaneter som kretser om ungstjernen HR 8799. Kreditt: Jason Wang / Christian Marois.
Den første er basert på å fikse forskjellige svingninger av stjerner under påvirkning av tyngdekraften til en planet i bane. Disse avvikene karakteriserer massen til eksoplaneten. Metoden gjorde det mulig å bekrefte de første kandidatene, inkludert 51 Pegasi b, og totalt ble det oppdaget rundt 700 verdener ved å måle den radiale hastigheten.
Men de aller fleste exoplaneter blir funnet ved transittmetoden, som er basert på å fange en utrolig liten dråpe i lysstyrken til en stjerne når en planet krysser disken. Denne søkestrategien indikerer størrelsen på objektet. NASAs Kepler-romteleskop, som ble lansert i 2009, har funnet rundt 2700 bekreftede eksoplaneter på denne måten. Han oppdager fremdeles nye verdener den dag i dag, men dessverre vil jakten hans snart ta slutt, ettersom drivstoff går tom.
Hver metode har sine egne fordeler og ulemper. Måling av radiell hastighet viser massen til planeten, men gir ikke informasjon om dens diameter. Transitten snakker om størrelsen på den ekstrasolare verdenen, men tillater ikke å bestemme massen.
Men når flere metoder brukes sammen, kan vi innhente viktige data om planetsystemet uten direkte visualisering. Det beste eksemplet er TRAPPIST-1, omtrent 40 lysår unna, der syv jordstørrelsesplaneter kretser rundt en liten rød dverg.
Planeter som kretser rundt den ultrakule røde dvergen TRAPPIST-1 sammenlignet med jorden. Kreditt: ESO / M. Kornmesser.
TRAPPIST-1-familien er studert av bakkebaserte og romteleskoper. Forskning har ikke bare vist diametrene til de syv tettpakkete planetene, men også deres subtile gravitasjonsinteraksjoner med hverandre. Nå vet vi massene og diametrene, vi kan estimere temperaturen på overflaten og til og med gjette himmelfargen på hver av dem. Mens mye fortsatt er ukjent om disse syv planetene, inkludert om de er dekket av hav eller en isskorpe, har TRAPPIST-1 blitt det mest studerte stjernesystemet foruten vårt eget.
Hva blir det neste?
Det neste trinnet blir en ny generasjon romteleskoper. Først og fremst TESS, som etter planen skal lanseres 16. april 2018. Dette moderne instrumentet vil gjennomføre en nesten fullstendig kartlegging av nærliggende lyse stjerner på jakt etter transittplaneter.
TESS vil velge de beste kandidatene for nærmere inspeksjon av James Webb Space Telescope, som skal ut i verdensrommet i 2020. Hubbles etterfølger, med sitt enorme speil, vil samle lys direkte fra planetene selv, som deretter kan spaltes i et spektrum, en slags strekkode som viser hvilke gasser som er tilstede i eksoplanets atmosfære. Hovedmålene til teleskopet vil være "superjord".
"Hunter" for eksoplaneter TESS. Kreditt: NASA.
Det er lite kjent om denne klassen av ekstrasolare verdener i dag, inkludert om de er beboelige. Årsaken til dette er mangelen på analoger av superjorden i solsystemet. Hvis vi er heldige, vil en av dem vise tegn på oksygen, karbondioksid og metan i atmosfæren. Imidlertid må jakten på atmosfærene til jordstørrelsesplaneter utsettes til neste generasjon romteleskoper i 2030-årene.
Takket være Kepler-teleskopet vet vi nå at stjernene over oss er omgitt av planeter. Og vi kan være sikre på ikke bare et stort utvalg av eksoplanetære naboer, men også at eventyret bare begynner.
Roman Zakharov
