Spørgsmål:
20. februar 2025
Hvordan undersøger James Webb exoplaneter?
Spørgsmål:
Jeg har set din youtube kanal, og det er meget interessant. Kan du forklare hvordan det præcist foregår når Webb-teleskopet ”scanner” en exoplanet for grundstoffer og evt. livstegn?
Det er noget med noget lys der afgives, efter hvad der er i atmosfæren..eller hvordan?
Hvor mange exoplaneter tror du Webbteleskopet kan nå at scanne om året? Hvor lang tid vil det tage at scanne de nærmeste exoplaneter?
Hilsen Peter
Svar:
Tusind tak, jeg er glad for at du finder det interessant! 😊 Her er lidt flere detaljer om James Webbs måde at undersøge exoplaneter:
To måder at betragte Universet på
James Webb observerer på flere forskellige måder. Generelt kan man dele astronomiske observationer op i to slags grundliggende metoder, nemlig "imaging" og "spektroskopi".
"Imaging" betyder sådan set bare at tage et billede. Men i modsætning til et almindeligt kamera putter man et filter ind, som filtrerer alt lys fra, bortset fra et bestemt bølgelængdeområde. Vil man se på flere bølgelængdeområder, tager man et nyt billede, med et andet filter.
"Spektroskopi" er, når man sætter en prisme, eller gitter, ind foran detektoren. Så spredes lyset ud i alle dets bølgelængder, og så får man et detaljeret billede af ikke bare hvilke grundstoffer, objektet består af, men også sådan noget som temperatur og objektets bevægelse.
Billeder er flotte — men spektroskopi giver detaljer
James Webb bruger primært spektroskopi til at undersøge exoplaneter. Det man gør er at lede efter planetsystemer som vi "ser fra siden", sådan at planeten indimellem kommer ind foran dens stjerne. Så skygger den for stjernen; kun en lille smule, da planeten er meget lille ift. stjernen, men hvis planeten har en atmosfære, så passerer stjernens lys gennem denne atmosfære, og så absorberes noget af stjernens lys.
Et af de fem første billeder, som der blev afsløret d. 21. juli 2022, var et spektrum af exoplaneten WASP-96 b. Det skete vha. teknikken "transmissions-spektroskopi", hvor planeten kommer ind foran sin stjerne, hvis spektrum dermed ændrer sig. Nedenunder denne illustration af planetens transit, ses stjernens "lyskurve", dvs. hvor meget lys vi modtager fra stjernen henover en rum tid, her 6–7 timer. Udover at lysstyrken falden generelt, fordi selve planeten dækker for stjernens lys, vil en eventuel atmosfære absorbere yderligere en smule lys ved bestemte bølgelængde, alt efter dens kemiske sammensætning. Kredit: NASA, ESA, CSA, STScI.
Atmosfæren består af forskellige molekyler, som hver især absorberer lys ved nogle helt bestemte bølgelængder. Ved at se på, præcis ved hvilke bølgelængder, og præcis hvor kraftig absorptionen er, kan man så måle atmosfærens kemiske sammensætning. Visse molekyler eller kombinationer af molekyler, ser vi kun på Jorden, hvor vi kan se, at det er skabt af liv. Så det er bl.a. disse såkaldte bio-signaturer man kigger efter. Det kan f.eks. være oxygen (O₂), ozon (O₃), methan (CH₄), lattergas (N₂O), svovlgasser [(CH₃)₂S, (CH₃S)₂, CH₃SH], eller methylchlorid (CH₃Cl).
Her ses, hvor meget lys, exoplaneten WASP-96 b's atmosfære blokerer fra dens moderstjerne, WASP-96, i bølgelængdeintervallet 0,75–2,75 mikrometer. Interessant nok er der tegn på vand i atmosfæren. Kredit: NASA, ESA, CSA, STScI.
Udover denne slags "transmissions-spektroskopi", er der også foretaget (nogle få) emissions-spektroskopiske observationer, hvor man ser på spektret af det reflekterede stjernelys fra planetens overflade. Det giver en mere præcis information om planeten, men kan kun lade sig gøre i sjældnere tilfælde. Desuden har vi også billeder (altså imaging) af en del planeter. Her benytter man en supersmart teknik, der kaldes koronografi, hvor en lillebitte skive placeres i billedet for at skygge for stjernens lys, som eller fuldstændigt vil overskinne den svage glød fra planeten.
Denne teknik kræver, at planeten ikke ligger for tæt på stjernen, og at det er en stor, tung og relativt nydannet gasplanet. Jordlignende planeter kan Webb ikke tage billeder af, men det vil forhåbentlig kunne lade sig gøre med fremtidige missioner som HabEx og LUVOIR.
Men… exoplaneter skal være ret tæt på, for at observationerne kan blive gode nok. For at finde biosignaturer skal en exoplanet ligge nærmere end omtrent 100 lysår, plus/minus. Indtil videre — dvs. efter omtrent 2½ års observationer — har Webb kigget på godt 100 exoplaneter, så det er i omegnen af 40–50 stykker om året. Om denne rate fortsætter, er svært at sige; på den ene side kan fremtidige programmer bruge den viden og de teknikker vi har opnået hidtil til at sætte farten op, men på den anden siden kan de satse på at studere de enkelts planeter i længere tid.
James Webb er altså god til at undersøge exoplaneter, men ikke til selv at opdage dem, da dette typisk kræver et langt større udsigtsfelt end Webb har. Desuden er Webbs spektrografer ikke er præcise nok til at måle hastigheds-ændringer af stjerner, som ville kunne afsløre, om der ligger en planet rundt om den og trækker den en lille smule frem og tilbage. Her kræves ultra-høj opløsning, som f.eks. med ESO's HARPS og ESPRESSO. Indtil videre har den så vidt jeg ved kun opdaget en enkelt, nemlig LHS 475 b, som ligger godt 40 lysår væk.
Bedste hilsener,
Peter Laursen, Astrofysiker og videnskabsformidler,
Cosmic Dawn Center, Niels Bohr Institutet.
