11. december 2013

Jagten på Jordlignende planeter

Kepler missionen:

Planeter udenfor vores solsystem kandes exoplaneter. Den første exoplanet omkring en sollignende stjerne blev sensationelt opdaget i 1995. Efterfølgende fandt man flere exoplaneter, som dog alle var enorme gasplaneter. I 2006 vakte det stor opsigt, de et internationalt hold af astrofysikere med blandt andre den danske forsker på Niels Bohr Institutet, Uffe Gråe Jørgensen fandt den første Jordlignende planet. Siden er jagten for alvor sat ind, og der er nu fundet flere end 3000 exoplaneter.

NASA's Kepler Satellit blev opsendt i marts 2009 og havde som opgave at udforske rummet for at finde stjerner, der kan have kredsende planeter. Kepler skulle observere det samme felt i hele missionens levetid på 3,5 år, men satellitten fortsatte med at fungere i yderligere syv måneder. Ialt blev der opdaget 3.155 mulige exoplaneter og de 123 er blevet bekræftet.

I marts 2009 blev NASA's Kepler satellit opsendt. Dens mission var at udforske vores 'nabolag' i Mælkevejen for Jordlignende planeter i den beboelige zone, det vil sige i den afstand fra værtsstjernen, hvor der kan være flydende vand på overfladen af planeterne.

Observationerne af exoplaneter med Kepler-satellitten foregår ved at måle værtsstjernens lyskurve, og når en planet, der er i bane omkring stjernen, bevæger sig ind foran stjernen, formørkes lyset en anelse.

Kepler er specielt udviklet til at opnå en ekstrem høj præcision i målingerne og kan måle lysændringer på kun 20 milliontedele. Ved at observere, hvordan stjernens lys formørkes, når en planet bevæger sig ind foran den, får forskerne en unik mulighed for at opklare planetens radius. Med efterfølgende observationer kan man også finde ud af dens masse og dermed også dens tæthed, dens temperatur og endda om planeten har en atmosfære.

Sollignende stjerne med planetsystem

Den første Sollignende stjerne med et planetsystem bestående af to store planeter på størrelse med Saturn, som begge formørker stjernen og muligvis endnu en planet af super-Jord størrelse, blev observeret i august 2010 med Kepler Mission af forskere fra blandt andet Niels Bohr Institutet. 

Lars A. Buchhave, astrofysiker på Niels Bohr Institutet ved Københavns Universitet fortæller, at de to store planeter er gasplaneter, hvorimod den tredje planet muligvis kan være en super-Jord med en radius på 1,5 gange Jordens størrelse. Men selv om det måske er en fast planet, vil den være for varm at gå rundt på, for overfladen er cirka 2.000 grader varm.

Planeter dannes af resterne af den gas- og støvsky, der roterer som en skive omkring den nydannede stjerne. I denne protoplanetariske skive begynder stofferne at samle sig og klumpe sammen og langsomt dannes planeterne.

I januar 2011 observerede man en planet, der er cirka 1½ gang Jordens størrelse, og som havde en fast overflade ligesom Jorden. Den nyopdagede planet fik betegnelsen Kepler-10b, og den kredser om en stjerne, der er cirka 564 lysår væk. Mælkevejen er en stor spiralgalakse, som er 100.000 lysår i diameter og 1.000 lysår tyk, så planeten befinder sig i vores galaktiske nabolag.

Men hvor stor er planeten og hvor massiv er den? Det er vældigt interessant at få opklaret, om det 'bare' er en stor gasplanet, eller om det er en fast planet som Jorden, hvor der eventuelt er mulighed for liv, som vi kender det. For at få mere viden om planeten studerede forskere fra Aarhus Universitet den stjerne, som planeten er i kredsløb om med astero-seismologi, hvor man måler dens svingninger. På grund af den gensidige tyngdekraftpåvirkning 'rokker' stjernen en smule, når planeten bevæger sig rundt om den. Og når man nu kender stjernens størrelse og masse, kan man med opfølgende radial hastighedsobservationer beregne, hvor stor og hvor tung og dermed hvor tæt planeten er.

Et planetsystem med fem planeter, hvoraf de to af planeterne har 'superjord'-størrelse og ligger i den beboelige zone blev fundet i april 2013. Kepler-62 planetsystemet ses her sammenlignet med vores eget solsystem. Øverst ses de fem planeter i Kepler-62 systemer, hvor de to planeter længst til venstre, Kepler-62e og Kepler-62f, befinder sig i den beboelige zone. (Kunstnerisk fortolkning: NASA)

Den nyfundne planet viser sig at være 1,4 gange Jordens størrelse, og den er 4,6 gange tungere end Jorden, så konklusionen er, at dens gennemsnitlige tæthed er den samme som jern. Dens omløbstid er 0,84 dage, så dens år er mindre end én dag. Den kan godt have en klippeoverflade som Jorden, men den ligger meget tæt på stjernen, så der er ekstremt varmt – omkring 1560 grader C på overfladen, så der er ikke mulighed for liv, som vi kender det på Jorden.

Planet på størrelse med Jorden

Senere samme år, i december 2011 observerede astronomerne et solsystem med fem planeter, hvoraf to af planeterne er faste planeter. Den ene er mindre end Jorden, mens den anden er på størrelse med Jorden.

Astrofysiker på Niels Bohr Institutet, Lars A. Buchhave, der har været med til at fastslå planeternes radius og temperatur fortæller, at det er et meget spændende fund, som betegnes Kepler-20. Kepler-20 består af fem planeter, som kredser om en stjerne af samme type som Solen. Tre af planeterne er gasplaneter, som er lidt mindre end Neptun. De to andre er små Jordlignende planeter, hvoraf den ene er 0,87 gange Jordens radius, dvs. lidt mindre end Venus og lidt større end Mars. Den anden planet er på størrelse med Jorden (1,03 gange Jordens radius), og det er første gang, man har fundet en planet præcis på Jordens størrelse.

De to faste planeter kredser i baner tæt på deres stjerne. Hvis planeten på størrelse med Jorden blev dannet i den ydre zone af solsystemet, hvor der var vand tilstede, og den derefter bevægede sig tættere indad mod stjernen, kunne den muligvis have bevaret vandet, der vil kunne bibeholdes i adskillige milliarder år. Men dens beliggenhed tæt på stjernen betyder, at overfladetemperaturen på planeten er omkring 430 grader C, så det vil ikke være som flydende vand. Men den kan have en tyk damp, som 'passer på' overfladen, så planeten ikke mister sin atmosfære.

Solsystemet ligger omkring 1.000 lysår væk i vores egen galakse, Mælkevejen, og for en astronom er det nærmest vores egen kosmiske baghave.

Planeter udenfor vores solsystem kaldes exoplaneter. Observationer af exoplaneter med Kepler satellitten sker ved at måle en stjernes lyskurve. Når en planet bevæger sig ind foran stjernen sker der et lille fald i lysstyrken. Hvis det lille dyk i lysstyrken sker regelmæssigt, kan der være tale om en planet, der kredser om stjernen og formørker dens lys.

Tæt på at finde beboelige planeter

I april 2013 har forskere fra bl.a. Niels Bohr Institutet og Aarhus Universitet fundet et planetsystem med fem planeter. De fem planeter er alle små planeter med en radius på mellem ½ og 2 gange Jordens radius. De tre inderste planeter har en omløbstid på henholdsvis 5, 12 og 58 dage, så deres år er meget korte, og de er ekstremt varme. Men to af planeterne har 'superjord'-størrelse og ligger i den beboelige zone.

"De to yderste planeter, der kaldes Kepler-62e og Kepler-62f, har en omløbstid på henholdsvis 122 og 267 dage, og de ligger i et meget interessant område. Hvis den inderste planet har en atmosfære ligesom Jorden, vil den have en temperatur på ca. 30 grader C, og den yderste vil have en temperatur på minus 32 grader C. Det er altså i den beboelige zone med mulighed for liv", fortæller Lars A. Buchhave, der mener, at det er det tætteste, vi er på at finde beboelige planeter.

Krav til planetdannelse

Men det er ikke kun planeterne, der er interessante. Det er også de stjerner, de kredser omkring. For hvad er kravene til planetdannelse?

En stjerne er en stor kugle af glødende gas, der producerer energi ved at sammensmelte brint og helium til tungere og tungere grundstoffer. Når hele kernen er blevet omdannet til jern, kan der ikke udvindes mere energi, og så dør stjernen, og kæmpemæssige støv- og gasskyer bliver slynget ud i rummet.

Der er 300 milliarder stjerner i Mælkevejen. Observationerne viser, at planeter rundt om stjernerne mere er reglen end undtagelsen, og ca. hver tiende af stjernerne har en planet af nogenlunde Jordens størrelse og i en bane, der gør, at hvis der var vand og luft på kloden, så ville temperaturen og klimaet være nogenlunde som på Jorden – vi kunne leve der. ESO/M. Kornmesser

Lyskurverne af de 5 planeter, der kredser omkring stjernen Kepler-62. Dykket i lyskurven forekommer, når planeten bevæger sig ind foran stjernen og dermed formørker lyset fra stjernen. Dykket i lyskurven er proportionalt med planeternes størrelser. De nederste to lyskurver er af de to planeter i den beboelige zone, Kepler-62e og Kepler-62f

De store skyer af gas og støv fortættes og genbruges til nye stjerner og planeter i et gigantisk kosmisk kredsløb. De nye stjerner, der dannes, får et større indhold af tungere grundstoffer end de forrige, og for hver generation af stjernedannelser bliver der flere og flere af de tunge grundstoffer og metaller.

Planeterne dannes af resterne af gas- og støvskyen, der roterer som en skive omkring den nydannede stjerne. I denne protoplanetariske skive begynder stofferne at samle sig og klumpe sammen og langsomt dannes planeterne.

For at der kan dannes planeter omkring en stjerne har man hidtil ment, at stjernerne med et højt indhold af tungere grundstoffer havde en væsentlig større chance for at danne planeter. Men ny forskning fra Niels Bohr Institutet viser, at især små planeter kan dannes omkring vidt forskellige typer stjerner - også stjerner, der er relativt fattige på tunge grundstoffer. Det øger markant mulighederne for, at Jordlignende planeter kan være vidt udbredt i universet.

Der er 300 milliarder stjerner i Mælkevejen, og ca. 80 procent af dem er mindre stjerner, der har lang levetid. Allerede nu har man beregnet, at ca. 16 procent af dem har planeter i den beboelige zone, så der kan altså være 40 milliarder planeter i den beboelige zone – bare i Mælkevejen. Hvis omstændighederne er der, kan der være rige muligheder for liv alle vegne.

 

Emner