Ny satellit skal jagte jordlignende planeter

Findes der andre kloder i Universet som Jorden? Forskerne ved det stadig ikke, men nu får de et uhyre stærkt redskab til at lede efter et svar.

Lørdag den 7. marts 2009 klokken 04.50 dansk tid skyder NASA nemlig den såkaldte Kepler-satellit af sted fra affyringsrampe 17B og dirigerer den ind i kredsløb omkring Solen.

Så snart satellitten er kommet på plads, vil den rette sit skarpe blik mod intet mindre end 170.000 stjerner på én gang, og i løbet af nogle år vil den kunne udpege de solsystemer, der er omgivet af jordlignende planeter.

Keplersatellittens klare styrke er, at den måler betydeligt mere nøjagtigt end eksisterende satellitter og teleskoper. Det gør den til det første instrument nogen sinde, der direkte vil kunne finde planeter på størrelse med Jorden i kredsløb om andre stjerner.

Satellitten vil samtidigt kunne studere stjernerne igennem meget længere tid og vil derfor være i stand til at finde planeter, der ligesom Jorden bruger et år på at kredse én gang rundt om deres moderstjerne.

Ud over at jagte jordlignende planeter i de fremmede solsystemer skal Kepler også kigge nærmere på 5.000 af stjernerne.

Igennem 3,5 år vil satellitten overvåge stjernerne nonstop og registrere selv de mindste variationer i deres lysstyrke. Det vibrerende stjernelys kan give astronomerne en enestående ny indsigt i stjernernes opbygning og udvikling.

Danskere astronomer skal lede projekt

Jagten på de jordlignende planeter styrer NASA selv. Til gengæld har rumfartsorganisationen håndplukket danske astronomer fra Aarhus Universitet til at lede projektets anden del, der går ud på at studere stjernesvingninger. De danske astrofysikere er ganske enkelt verdens bedste, når det gælder om at bruge sådanne målinger til at fravriste stjernerne deres hemmeligheder.

»Det er en meget stor anerkendelse af vores forskergruppe, at den er blevet inviteret til at deltage i Kepler-projektet, så det er vi selvfølgelig lidt stolte af for at sige det på jysk. Samtidigt giver Kepler os fri adgang til meget omfattende data fra en satellit til 3,5 milliarder kroner for en beskeden investering fra dansk side i vores arbejde,« pointerer professor Jørgen Christensen-Dalsgaard fra Institut for Fysik & Astronomi, Aarhus Universitet, der leder den del af projektet. Sammen med flere af sine kolleger er han for længst fløjet over på den anden side af Atlanten for at følge de sidste forberedelser inden opsendelsen.

Gammel gåde

Selv om de to projekter har hver deres mål, så er de også flettet ind i hinanden, og faktisk vil de danske astronomer komme til at spille en afgørende rolle i NASA’s intense jagt på jordlignende planeter.

»Det er jo et meget gammelt spørgsmål, hvorvidt der findes andre jordkloder eller ej, og specielt om der findes andre kloder med mulighed for liv. Og dette spørgsmål har været måske den vigtigste motivation for Kepler. Satellitten vil kunne hjælpe os med at finde svar på, om der overhovedet findes andre planeter som Jorden,« fortæller lektor i astronomi Hans Kjeldsen fra Aarhus Universitet, hvorefter han forklarer, at satellitten vil kunne spotte planeter i den såkaldte beboelige zone – det er defineret som det område omkring stjernen, hvor der kan eksistere flydende vand, som er en betingelse for, at liv overhovedet kan opstå.

De danske astronomer skal blandt andet hjælpe NASA med at beregne præcis, hvor stor hver enkelt stjerne er.

Keplers direkte målinger kan nemlig kun afsløre størrelsesforholdet mellem den fundne planet og den stjerne, som planeten kredser om. Derfor kan det kun lade sig gøre at beregne planetens faktiske størrelse, hvis man præcis ved, hvor stor stjernen er – og det er lige præcis dét, som de danske astronomer kan regne sig frem til ved at analysere seismiske målinger af stjernen.

Stjerner ringer som en klokke

Den opgave, som de danske astronomer vil være mest optagede af, er deres egen del af projektet, der går ud på at studere stjerneskælv på stjernernes overflade. Stjerner, der ligner vores egen sol, vibrerer som en ringeklokke på grund af turbulens i stjernernes indre, og turbulensen får stjernens overflade til med jævne mellemrum at svuppe op og ned som kogende havregrød.

Disse rystelser kan Kepler-satelitten se som små ændringer i stjernens lysstyrke, og ved at følge variationerne igennem uger, måneder eller år kan astronomerne fastslå længden af de perioder, hvormed stjernerne skælver. Periodens længde vil sladre om stjernernes størrelse, rotationshastighed og deres kemiske sammensætning, og det giver et godt billede af, hvad det er for en slags stjerne, man kigger på.

Men ikke nok med det. Perioderne kan også løfte sløret for, hvor gamle stjernerne er, og det er specielt interessant viden, når det gælder de stjerner, der er omgivet af planeter.

»Vi ønsker at forstå, hvordan stjerner og planeter dannes og udvikler sig, dvs. at forstå de fysiske processer, der ligger til grund for systemernes opståen,« siger lektor i astronomi Torben Arentoft ligeledes fra Aarhus Universitet.

Vores solsystem er atypisk

Indtil for få år siden kendte astronomerne kun til ét planetsystem, nemlig vores eget.

I løbet af det seneste årti har astronomerne imidlertid opdaget flere hundrede planeter omkring andre stjerner, hvoraf nogle omgives af op til fem planeter. Det ser dog ud til, at størstedelen af disse planetsystemer er markant anderledes end vores eget solsystem. Mange af disse stjerner har nemlig store gaskæmper kredsende i tætte baner omkring sig, og det er lige omvendt i vores eget solsystem, hvor gaskæmperne bevæger sig i baner langt væk fra Solen.

»Vores solsystem ser ikke ud til at være typisk. For at forstå hvordan stjernesystemer med jordlignende planeter dannes, skal vi bruge observationer af sådanne planetsystemer, men indtil nu har vi ikke kunnet finde planeter så små som Jorden. Vi regner med, at de er derude, men vi ved det sådan set ikke. Kepler-satellitten bliver det første instrument, som vil kunne finde så små planeter og vil derfor kunne bidrage med helt nye observationer, som vil kunne bruges til at teste teorierne om stjerne- og planetdannelse,« fortæller Hans Kjeldsen.

Følger stjernens udvikling

En af de gåder, som forskerne længe har grublet over, er om alle stjerner med tilhørende planeter har nogenlunde samme alder som vores eget solsystem. Viser det sig, at der er stor forskel på, hvor gamle planetsystemerne er, så kan det forklare, hvorfor de er opbygget så forskelligt.

Alderen har også stor betydning for muligheden for at udvikle liv. Eksempelvis har meget unge stjerner typisk mange flere solpletter end ældre stjerner og dermed også flere udbrud af potentielt skadelig stråling, hvilket gør det mindre sandsynligt, at der er liv på disse stjerners planeter.

»Vi må gå ud fra, at udviklingen af avanceret liv tager lang tid og dermed først har fundet sted i stjernesystemer, der er på alder med vores solsystem, dvs. omkring 4,5 milliarder år. Derfor er det interessant at kende stjernernes alder,« siger Jørgen Christensen-Dalsgaard.

En anden enestående egenskab ved Kepler er, at den kan følge stjernernes udvikling over tid. Forskerne forventer faktisk at kunne se, hvordan den enkelte stjernes radius ændrer sig i løbet af missionens levetid. Efterhånden som stjernen udvikler sig, vil der nemlig opstå meget små ændringer i stjernernes frekvenser, som Kepler kan måle.

Det er en meget stor anerkendelse af vores forskergruppe, at den er blevet inviteret til at deltage i Kepler-projektet, så det er vi selvfølgelig lidt stolte af, for at sige det på jysk.

Jørgen Christensen-Dalsgaard

De nye observationer vil uden tvivl udfordre astronomernes teorier om stjernernes struktur og udvikling. »Der er noget dybt fascinerende i at være i stand til at se, at stjernerne ændrer deres struktur efterhånden som de udvikler sig – en proces, der foregår over næsten ufattelig lang tidsskala,« siger Torben Arentoft.

Tårnhøje ambitioner

Kepler vil også kunne få en stor betydning for hele astronomien på lang sigt. Det kan nemlig ikke undgås, at observationerne udfordrer astronomernes forståelse af stjernernes fysik, måske endda så meget, at de fysiske modeller og ligninger skal revideres.

»Stjernernes egenskaber en helt fundamental hjørnesten for næsten al astronomi. Ved at få en langt mere sikker viden om stjernernes struktur og udvikling, er vi meget bedre rustede til at kunne udforske andre processer, som eksempelvis grundstofdannelse i supernovaeksplosioner og galaksernes udvikling,« siger Jørgen Christensen-Dalsgaard.

Men alt dette kræver, at satellitten kommer godt fra start, og at opsendelsen går som planlagt. For NASA og de danske astronomer er der rigtigt meget på spil, når raketmotorerne tændes fredag morgen. Og selv om det endnu ikke har givet nogen deciderede søvnløse nætter for de danske astrofysikere, så vil selve opsendelsen med garanti få pulsen op i det røde felt.

»Alle raketopsendelser er spændende, men denne er det selvfølgelig specielt, og det vil bestemt både give hjertebanken og nedbidte negle at vente på opsendelsen af Kepler – og en meget stor følelse af lettelse, når det forhåbentligt er gået godt. Det er jo det endelige resultat af rigtigt mange menneskers arbejde, der bliver afgjort på få minutter,« slutter Jørgen Christensen-Dalsgaard.

Det har krævet en gigantisk indsats og mange års forberedelse for at få Kepler-projektet op at stå. Den største udfordring har ifølge forskerne været at organisere det meget store internationale team af forskere, der skal analysere de data, som Kepler-satellitten indsamler, og at sikre, at alle forskerne får adgang til dataene på en kontrolleret måde.

»Vi har nu etableret 14 store arbejdsgrupper med hver deres leder, der groft sagt har ansvaret for hver sin type stjerner. Denne struktur er nu på plads, og arbejdsgrupperne er nu i fuld gang med at gøre klar til at modtage observationerne. Næste udfordring er at etablere det datacenter, der skal tage sig af fordelingen af observationerne.«

Forarbejdet er blevet støttet af Forskningsrådet for Natur og Univers og af EU, og forskerne søger nu penge til, at man også i Danmark få fuldt udbytte af Kepler.

»Projektet er essentielt for en central del af dansk rumforskning og astrofysik. Det er en naturlig forlængelse af indsatsen omkring Rømer-satellitten, der jo desværre ikke blev til noget. Og vores erfaringer med Rømer har været meget vigtige forudsætninger for vores arbejde med Kepler,« slutter Jørgen Christensen-Dalsgaard.