Lyt eller læs: Sådan finder forskere nye planeter
Teknologiske fremskridt har gjort det muligt for os at finde tusindvis af exoplaneter i løbet af blot et par årtier. Med endnu bedre målemetoder på vej kan vi om 10-20 år måske finde liv på andre planeter. Læs artiklen, eller hør den læst op.
proxima centauri b liv i rummet

Proxima Centauri b er en lille smule større end Jorden og kredser om den røde dværgstjerne Proxima Centauri, der selv kredser om dobbeltstjernen Alpha Centauri. Eventuelle beboere på planeten vil derfor se hele tre sole på himmelen, skriver astronomen Diana Juncher i denne artikel. (Foto: Shutterstock)

Hør artiklen som podcast herover.

Ideen om andre verdener uden for vores egen er gammel og kan spores helt tilbage til oldtiden, men indtil for få år siden var det alt, det var – en idé.

Det store gennembrud skete i 1995, da vi opdagede den første exoplanet, det vil sige en planet i kredsløb om en anden stjerne.

Pludselig var vi lidt mindre alene i universet.

Oplæsning af artikler

Videnskab.dk og ForskerZonen vil gerne give jer læsere flere muligheder for at bruge vores indhold.

Derfor eksperimenterer vi med at lade forskeren læse sin egen artikel op.

Har du en holdning til tiltaget? Så skriv til redaktion@videnskab.dk

Selvom jagten på exoplaneter er et meget ungt forskningsfelt, har det udviklet sig næsten eksplosivt i løbet af sine godt 20 leveår.

I den tid har vi opdaget mere end 3.500 exoplaneter (og over 4.000 ubekræftede kandidater), og det har vist sig, at exoplaneter er ganske almindelige.

Er der liv derude?

I gennemsnit eksisterer der mere end én exoplanet for hver stjerne, så der er faktisk flere exoplaneter i Mælkevejen, end der er stjerner!

Vi er efterhånden blevet så gode til at finde nye exoplaneter, at det næsten er blevet trivielt.

Nu presser vi i stedet vores metoder og instrumenter til det yderste for at finde ud af, hvad exoplaneterne er lavet af, om de har atmosfærer, og om der kan eksistere flydende vand på overfladen.

I sidste ende er det et af de helt store spørgsmål, vi endelig har taget hul på:

Kan der eksistere liv på andre planeter?

Historien kort
  • Metoderne til at finde exoplaneter har opdaget flere tusinde nye planeter i Mælkevejen, men udenfor vores solsystem, de sidste to årtier.
  • Omkring 40 af dem minder så meget om Jorden, at de måske kan være beboelige for liv, som vi kender det.
  • Inden for de næste 10-20 år er vores instrumenter gode nok til at kunne finde tegn på liv på disse planeter.

Vi kan se exoplaneters varmestråling

Exoplaneter er svære at finde.

  • De lyser ikke op ligesom stjerner
  • De er for små til at blokere store områder af bagvedliggende lys ligesom interstellare skyer
  • Og deres masse er så lille, at deres tyngdetiltrækning ikke påvirker deres omgivelser i nær så høj grad, som for eksempel mørkt stof gør.

Vi finder langt de fleste exoplaneter ved hjælp af såkaldt indirekte metoder, der ikke observerer dem direkte, men i enkelte tilfælde har vi faktisk haft held til at tage billeder af exoplaneter.

Ligesom alt andet med en temperatur udsender exoplaneter nemlig varmestråling.

129 lysår væk kredser fire exoplaneter omkring stjernen HR 8799. De blev opdaget i 2008 på baggrund af direkte billeder. Det kunne lade sig gøre, fordi planeterne er enorme gaskæmper (større end Jupiter) og rødglødende, da systemet stadig er meget ungt. (Foto: Jason Wang og Christian Marois Orbit determination)

To metoder er bedst til at finde exoplaneter

En exoplanet vil for det meste drukne i lyset fra sin værtsstjerne, som skinner mange millioner gange stærkere. 

Men hvis systemet er tæt nok på os, og hvis afstanden mellem planeten og stjernen er stor nok, er det muligt at tage billeder, hvor de to kan skelnes fra hinanden.

De to mest succesfulde indirekte metoder er radialhastighedsmetoden og planetpassagemetoden, som tilsammen har fundet over 95 procent af de exoplaneter, vi kender i dag.

Metoderne er indirekte, fordi vi ikke observerer exoplaneterne selv, men i stedet hvordan de påvirker den stjerne, de kredser omkring.

Radialhastighedsmetoden

Da vi for første gang fandt en planet i kredsløb om en anden stjerne end Solen i 1995, var det med radialhastighedsmetoden.

Metoden tager udgangspunkt i, at planeten hiver en lille smule i den stjerne, den kredser om, på grund af deres fælles gravitationelle tiltrækning.

Det får stjernen til at rokke lidt frem og tilbage, mens planeten bevæger sig rundt i sin bane.

Fordi lys dopplerforskydes (se faktaboks), når dets kilde bevæger sig, bliver stjernens lys en anelse rød- eller blåforskudt, når den bevæger sig henholdsvis væk fra eller hen mod os.

Dopplereffekten

Det er på grund af dopplereffekten, at vi opfatter lyden fra en ambulances sirene højere, når den kommer nærmere, og dybere, når den er på vej væk igen.

Det skyldes, at ambulancen bevæger sig i forhold til os.

Når den f.eks. bevæger sig hen mod os, bliver de udsendte lydbølger presset tættere sammen, hvilket betyder, at selve bølgens frekvens bliver højere, end hvis ambulancen holdt stille.

Hvis den derimod bevægede sig væk fra os, ville lydbølgerne blive strukket ud og deres frekvens falde. Jo hurtigere ambulancen bevæger sig i forhold til os, jo større vil effekten være.

Dopplereffekten gælder for alle bølgefænomener og dermed også for udbredelsen af lys. Når en lysbølges frekvens bliver højere eller lavere, fordi lyskilden bevæger sig i forhold til os, ser vi det, som at lyset bliver mere blåt eller rødt.

Vi kan derfor finde planeter ved at lede efter periodiske rød- og blåforskydninger i en stjernes spektrum.

Imponerende præcision er nødvendig

Jupiter er den største planet i vores Solsystem, og når den bevæger sig rundt i sit kredsløb, får den Solen til at rokke frem og tilbage med en hastighed på lidt over 12 m/s.

De bedste spektrografer, vi har i dag, har en præcision på lidt under 1 m/s.

For at opnå den præcision sidder de i vakuum og nedkøles til 0.01 grader over det absolutte nulpunkt.

Det er en imponerende præcision, men det er lige akkurat ikke nok til at kunne detektere en kopi af Jorden, som kun påvirker Solens hastighed med 0.1m/s.

Planetpassagemetoden

Hvis et system er orienteret sådan, at planetens kredsløb bringer den ind foran stjernen set fra Jorden, vil den skygge en lille smule for stjernens lys.

Det kaldes for en planetpassage, og det er netop med planetpassagemetoden, vi kan finde planeter ved at lede efter periodiske formørkelser i en stjernes lys.

Vi har brugt planetpassagemetoden til at finde langt de fleste af de exoplaneter, vi kender i dag, og det kan vi takke Rumteleskopet Kepler for.

Kepler blev sendt op i 2009 og holder konstant øje med ændringer i lyset fra mere end 145.000 stjerner i et lille udsnit af himlen.

Indtil videre har det fundet over 2.000 exoplaneter og mere end 3.000 ubekræftede kandidater.

Radialhastighedsmetoden

Radialhastighedsmetoden. Jo større en masse planeten har, jo mere vil den hive i stjernen, og jo mere vil stjernens lys blive rød- og blåforskudt. Med denne metode kan vi altså måle en exoplanets masse. (Illustration: ESO Press Photo 22e/07)

Der er fundet 40 potentielt beboelige planeter

Med både radialhastighedsmetoden og planetpassagemetoden kan vi observere en periode, der gentager et mønster af enten rød- og blåforskydninger eller formørkelser af stjernens lys.

Denne periode svarer til, at planeten bevæger sig en enkelt gang rundt i sin bane om stjernen, og ud fra den kan vi beregne, hvor langt væk fra stjernen planeten befinder sig og dermed også dens gennemsnitlige overfladetemperatur.

Hvis vi har observeret en exoplanet med begge metoder, kender vi både dens masse og størrelse og kan dermed beregne dens gennemsnitlige massefylde.

Den giver os en ide om, hvad planeten består af – om den er en klippeplanet ligesom Jorden, en gasplanet ligesom Jupiter eller noget midt imellem.

 

Det er nu det bliver rigtigt spændende, for med al den information om planeten kan vi begynde at vurdere, om den er beboelig eller ej.

I hvert tilfælde for livet, som vi kender det fra Jorden.

I dag har vi fundet omkring 40 såkaldte potentielt beboelige exoplaneter: Planeter på størrelse med Jorden, der hverken er for kolde eller varme til, at der kan eksistere flydende vand på overfladen.

Den nærmeste er Proxima Centauri b, som befinder sig 'kun' fire lysår væk fra Jorden.

Planetpassagemetoden

Planetpassagemetoden. Jo større en planet er, jo mere af stjernens lys vil den skygge for, og vi kan derfor bruge denne metode til at måle en exoplanets radius. (Illustration: NASA Ames)

Er vi alene?

Dette spørgsmål må være planetjægerens største og sidste.

Vores metoder og instrumenter er i dag så gode, at vi kan vurdere, om en exoplanet er (potentielt) beboelig eller ej, men hvordan kan vi finde ud af, om den rent faktisk er beboet?

En mulighed er at kigge efter såkaldte biosignaturer i atmosfæren.

Tilstedeværelsen af liv kan fuldstændig ændre sammensætningen af en planets atmosfære og vedligeholde en form for ubalance, der ellers hurtigt ville forsvinde igen.

Molekyler i atmosfæren sladrer

For eksempel består 20 procent af Jordens atmosfære af ilt, som primært produceres af planterne.

Hvis livet på Jorden pludselig forsvandt, ville ilten også ligeså stille forsvinde fra atmosfæren igen, efterhånden som det reagerede med omgivelserne.

I løbet af en planetpassage vil en lille smule af stjernens lys bevæge sig igennem planetens atmosfære på sin vej mod os.

Alt afhængig af, hvilke molekyler der er i atmosfæren, vil nogle af lysets bølgelængder blive absorberet, mens andre vil passere frit.

Planeterne i Mælkevejen

Med udgangspunkt i vores instrumenters begrænsninger og al det data, vi har samlet i løbet af de sidste 20 år, kan vi med lidt statistik begynde at formulere en mere generel beskrivelse af planeterne i Mælkevejen.

Indtil videre peger vores opdagelser på, at omkring 1 ud af 5 sollignende stjerner i vores galakse har en planet på størrelse med Jorden med temperaturer, der tillader flydende vand på overfladen.

Det vil altså sige, at der findes 4 milliarder potentielt beboelige planeter i Mælkevejen!

Atmosfæren skal undersøges

Vi kan altså bruge lyset som en slags stregkode, der fortæller os, hvad atmosfæren består af.

Det kræver dog, at vi kan samle nok lys, og at vi kan skelne det fra resten af stjernens lys, og det er her, vi kommer til kort.

Det har nemlig kun kunnet lade sig gøre for enkelte exoplaneter (store gasplaneter med dybe atmosfærer), men selv for dem må vi nøjes med meget lidt information og store usikkerheder.

Vores nuværende teleskoper er simpelthen for små, og vi bliver nødt til at vente på den næste generation, før vi kan begynde at kigge nærmere på de potentielt beboelige exoplaneters atmosfærer.

Der er heldigvis ikke så længe til.

Mange innovationer er på vej

I øjeblikket er vi ved at bygge teleskopet E-ELT, der med en spejldiameter på næsten 40 meter bliver verdens største optiske teleskop, når det står klar i år 2024.

Inden da, i foråret 2019, bliver rumteleskopet JWST (Hubbles efterfølger) sendt op.

ForskerZonen

Denne artikel er en del af ForskerZonen, som er stedet, hvor forskerne selv kommer direkte til orde. Her skriver de om deres forskning og forskningsfelt, bringer relevant viden ind i den offentlige debat og formidler til et bredt publikum.
ForskerZonen er støttet af Lundbeckfonden.

Begge teleskoper vil være i stand til at undersøge atmosfæren på nogle af de potentielt beboelige exoplaneter, vi har fundet.

Derudover bliver rumteleskopet TESS (Keplers efterfølger) opsendt til næste år, og dets mission er at finde endnu flere potentielt beboelige exoplaneter.

Livet opstod kun få hundrede millioner år efter, at Jorden blev dannet.

Med flere milliarder potentielt beboelige planeter i Mælkevejen og den næste generations instrumenter lige om hjørnet kan man argumentere for, at hvis livet opstår, så snart betingelserne er til stede, så vil vi finde liv på en exoplanet inden for de næste 10-20 år.

Læs artiklen på vores internationale søstersite ScienceNordic.

Du kan også være med i jagten på nye exoplaneter

Vær med i jagten på nye exoplaneter – alt, du behøver, er en computer og en internetforbindelse!

Rumteleskopet Kepler producerer så meget data, at vi bliver nødt til at sætte computere til at analysere det for at kunne følge med.

Det gør de heldigvis rigtig godt, men det sker alligevel en sjælden gang imellem, at de overser noget, som de burde have reageret på.

Derfor inviterer forskningsprojektet Planethunters alle interesserede til at hjælpe med at lede efter signaler i Keplers enorme bunke data.

Mennesker er trods alt stadig bedre end computere til at genkende mønstre.

Det er nemt at være med

Projektet startede i 2010 og har i dag verden over over 300.000 frivillige, som allerede har fundet over 100 mulige exoplaneter og flere bekræftede exoplaneter, heriblandt den eneste kendte exoplanet, der kredser om hele fire stjerner.

Det er nemt at være med – gå ind på planethunters.org, gennemfør den korte tutorial, og så er du i gang!

Ugens Podcast

Lyt til vores ugentlige podcast herunder eller via en podcast-app på din smartphone.