5.000 exoplaneter er nu opdaget – men vi er stadig alene

Nu har antallet af kendte exoplaneter - planeter, der kredser om en anden stjerne end Solen - passeret 5.000.

Dette runde tal blev passeret 30 år efter opdagelsen af de første exoplaneter i 1992, og de mange exoplaneter har vist os, at universet vrimler med planeter af mange forskellige typer – men vi har stadig ikke fundet sikre tegn på liv.

Vi vil her give en kort oversigt over, hvad vi ved om exoplaneter i dag, men begynder med at omtale de allerførste opdagelser.

Uventede opdagelser

Allerede de første exoplaneter viste os, at der findes planeter og planetsystemer langt mærkeligere, end vi havde forestillet os.

De to astronomer, polakken Aleksander Wolszczan og Dale Frail fra Canada, var i 1992 i gang med at udforske en pulsar, altså en hurtigt roterende neutronstjerne.

Da neutronstjerner er resultatet af supernovaeksplosioner, havde ingen ventet at finde planeter her, men en analyse af de meget præcise radiosignaler fra pulsaren viste eksistensen af to exoplaneter med masser på omkring fire gange Jordens masse.

De to planeter kredser ret tæt på pulsaren med omløbstider på kun 67 og 98 dage – bestemt ikke noget sundt sted at opholde sig med den stråling, som kommer fra en pulsar.

Astronomerne har siden forsøgt at forklare, hvordan sådanne pulsar-planeter kan dannes, og der er nu enighed om, at de må være dannet efter den supernova-eksplosion, som skabte pulsaren – men det havde ingen på forhånd ventet skulle være muligt.

Men bare tre år senere, i 1995, kom så den første opdagelse af en exoplanet, som kredser om en almindelig stjerne.

De to astronomer Didier Queloz og Michel Mayor kunne måle, at stjernen 51 Pegasi, bare 50 lysår borte, var påvirket af tyngdekraften fra en stor planet (det er den, der pryder billedet øverst i artiklen).

Den har en masse på omkring halvdelen af Jupiters masse, men med en omløbstid på kun 4,2 døgn kunne man beregne afstanden til stjernen til bare 7 millioner kilometer.

I vores solsystem ville det svare til at have en planet som Jupiter eller Saturn langt inden for Merkurs bane.

Derfor måtte planeten have en temperatur på over 1.000 grader, hvilket er mere end det dobbelte af temperaturen på Venus, som er den varmeste planet i Solsystemet.

I vores solsystem hører store gasplaneter til i den ydre og kolde del af Solsystemet, og det kunne man give gode grunde til. Opdagelsen af en ’Hot Jupiter’ kun 7 millioner kilometer fra sin stjerne var helt uventet, og det har ført til helt nye teorier for, hvordan planetsystemer dannes.

Queloz og Mayor fik i øvrigt Nobelprisen i 2019 for deres opdagelse.

Typer af exoplaneter

Med nu 5.000 exoplaneter kan vi begynde at danne os et overblik over, hvilket typer af exoplaneter der findes.

Overblikket bygger på, at vi for disse exoplaneter har målt de ’Tre tal, der fortæller (næsten) alt’, og som omtales i boksen under denne artikel. Vi mener i dag, at de kendte exoplaneter kan opdeles i fire hovedtyper:

Type	Antal af de kendte exoplaneter
Store gasplaneter, som ligner Jupiter	30 procent
Superjorde, der ligner Jorden, men bare er større	31 procent
Mini-Neptun planeter, som består af is og vand	35 procent
Jordlignende planeter – klippeplaneter på størrelse med Jorden eller lidt mindre	4 procent

Men denne officielle NASA-oversigt kræver nogle kommentarer. Fordelingen af de fire typer er således ret sikkert ikke dén, som står i skemaet.

I skemaet udgør planeter med større masse end Jorden 96 procent af de kendte exoplaneter, mens planeter på Jordens størrelse eller mindre kun udgør 4 procent. Disse tal siger helt sikkert mere om de metoder, vi anvender, end om den virkelige fordeling af exoplaneter.

Som det fremgår af boksen, er det nemlig meget lettere at finde store og tunge exoplaneter end små planeter, og det afspejler skemaet.

Store gasplaneter har typisk en masse på over 100 gange Jordens masse, således har Jupiter selv en masse på 318 gange Jordens masse. Mange af de store gasplaneter, man har fundet, har endnu større masser.

Mini-Neptun-planeter og Superjorde har typisk masser fra 2-10 gange Jordens masse. Vi har ikke den type planeter i vores solsystem, men at de tilsammen udgør næsten 2/3 af de kendte exoplaneter viser, at de både må være ganske almindelige og desuden er så store, at de er ret lette at opdage.

Vi kan næsten helt sikkert regne med, at efterhånden som vi får bedre metoder, så vil andelen af små planeter stige ganske voldsomt.

Gas, is eller klippe?

For at vide, hvordan en exoplanet er opbygget - om det er af gasser som brint og helium, af is og vand eller af klippe og metal - så skal vi kende massefylden.

Kender vi masse og radius, er det jo let at beregne massefylden for en planet.

Hvis vi for store planeter kommer ned på massefylder på omkring 1 gram per kubikcentimeter, så er afgørelsen klar: Der er tale om gasplaneter, hvor tyngdekraften har presset gasserne sammen.

Således har Jupiter, der består af brint og helium, en massefylde på 1,3 gram per kubikcentimeter, og den noget mindre Saturn kan med en massefylde på bare 0,7 gram per kubikcentimeter flyde på vand…

Mange exoplaneter sammenlignes med Neptun i vores eget solsystem, så vi vil lige præsentere denne fjerne planet, der blev besøgt af rumsonden Voyager 2 i 1989.

Neptun består mest af is, måske med en lille kerne af klippe og metal. Desuden er Neptun omgivet af en meget dyb og tæt atmosfære af brint, helium og metan. Neptun har en masse på 17 gange Jordens masse og en radius på 3,9 gange Jordens radius.

Neptun er altså en stor planet, selv om den er langt mindre end de virkelige kæmper Jupiter og Saturn.

Man har indført begrebet mini-Neptun, fordi rigtig mange exoplaneter, både i opbygning og størrelse, ser ud til at minde om en lidt mindre udgave af Neptun.

De sammenlignes ofte med de såkaldte superjorde, der også er planeter større end Jorden, men i modsætning til mini-Neptun-planeter, så består de af de samme materialer som Jorden, altså klippe og metal.

Så kommer vi til fordelingen mellem mini-Neptun-planeter og superjorde. Mini-Neptun-planeter af is og vand har typisk en massefylde på 1-2 gram per kubikcentimeter. Planeter, der som Jorden består af klippe og metal, har massefylder på 4-6 gram per kubikcentimeter.

At målingerne er ganske vanskelige at gennemføre fremgår af, at man stadig debatterer, hvor grænsen går mellem mini-Neptun-planeter og superjorde.

Der synes dog at være en grænse ved en radius på 1,7 gange Jordens radius. Superjorde har radier mindre end 1,7 jordradier, mens planeter i området 1,7 – 3,5 gange Jordens radius fortrinsvis er mini-Neptun-planeter.

For nu bare at gøre det hele mere kompliceret, så tyder ny forskning på, at mini-Neptun-planeter kan tabe så meget af deres atmosfære, at de kommer til at minde om superjorde.

Der har også været tale om at indføre endnu en type planeter kaldet Hycean. Navnet er en sammentrækning af hydrogen (brint) og ocean, altså havdækkede planeter med en dyb atnosfære af brint. Vi har omtalt disse planeter i denne artiklen: Hycean-planeter: Ny type exoplaneter kan måske rumme liv.

Er vores solsystem typisk?

Nogle exoplaneter er alene, men de fleste findes i planetsystemer med 2-8 planeter. Så vi har mulighed for at sammenligne over 3.700 planetsystemer med vores solsystem. Alligevel er det umuligt at svaret på spørgsmålet om, hvorvidt vores solsystem er typisk.

Som det er forklaret i boksen under artiklen, favoriserer vores målemetoder planeter med en kort omløbstid, og det gør det vanskeligt at finde solsystemer som vores – således har Neptun en omløbstid på 165 år, og det er næsten umuligt at finde en sådan planet med de metoder, vi anvender.

Så de planetsystemer, vi kender, har det fællestræk, at de alle er ret små - meget mindre end vores solsystem. Et berømt eksempel er Trappist-systemet, hvor syv planeter alle kredser indenfor, hvad der i vores solsystem ville være Merkurs bane. Det er som nævnt en følge af den måde, vi observerer exoplaneter.

Sandsynligvis vil vi i de kommende år opdage flere og flere store planetsystemer, der i størrelse minder om vores solsystem. Men det vil kræve tålmodighed og observationsprogrammer, der løber over årtier.

Det ser ud til, at Kina i 2026 vil opsende et rumteleskop med navnet ’Jord 2.0’, som fra en position langt ude i rummet netop skal gennemføre de meget langvarige målinger, der skal til, for at finde planeter med en omløbstid på et år eller mere, og som dermed har baner, der minder om Jordens bane.

I vores solsystem er de små klippeplaneter inderst og de store gasplaneter yderst. Men den regel gælder åbenbart ikke overalt, for i mange planetsystemer kredser store planeter (’Hot Jupiters’, eller mini-Neptun-planeter) ret tæt på deres stjerner.

Man er ret sikker på, at disse planeter er dannet langt ude, hvor temperaturen er lav, og at de så senere har flyttet sig nærmere deres stjerne.

Hvad er muligheden for liv?

Vi har endnu ikke fundet en helt ægte ’Jord 2.0’, men der er fundet flere planeter, som er tæt på at ligne Jorden.

Men hvis liv virkelig kræver en planet, der helt ligner jorden, så er det jo ikke godt nyt. På den anden side ved vi, at liv kan tilpasse sig mange forskellige forhold, så vi vil se på muligheden for liv på superjorde, mini-Neptun- og Hycean-planeter, som jo alle er større end Jorden.

Umiddelbart skulle liv være muligt, bare vi har en planet med vand, ikke alt for ekstreme temperaturer og et magnetfelt stærkt nok til at skærme mod partikelstrålingen fra rummet. Det er ret basale krav, som mange planeter nok skal opfylde.

Således viser modelberegninger, at superjorde sandsynligvis vil have et stærkt magnetfelt.

Til gengæld vil tyngdekraften være høj, og det vil ikke bare gøre det vanskeligt at flyve i rummet, men også for at udvikle dyr som fugle.

Til gengæld vil en høj tyngdekraft næppe genere havbaseret liv på mini-Neptun-planeter eller Hycean-planeter. Til gengæld vil livet dér have det problem, at der ikke er adgang til ild, hvilket jo har været afgørende for vores mulighed for at udvikle en teknisk civilisation.

De fleste af de kendte exoplaneter kredser ret tæt på deres stjerne – tættere end Jorden er på Solen. Det giver to problemer:

• Mange exoplaneter vil have det, som kaldes ’bunden rotation’, hvilket betyder, at de altid vender samme side mod stjernen. Det vil give en meget varm dagside og en meget kold natside. Men måske kan livet alligevel finde ly i det smalle bælte mellem ørkenen på dagsiden og den måske kilometer tykke is på natsiden.
  
• Der er stor risiko for en løbsk drivhuseffekt, som den, vi kender fra Venus, som jo har en temperatur på 480 grader. Nye modelberegninger viser, at en løbsk drivhuseffekt måske ikke er et sjældent fænomen, og det kan betyde, at mange af de planeter, som vi betegner som jordlignende, måske i virkeligheden ligner Venus.

Vores sol er noget særligt

Endelig skal det nævnes, at Solen på to punkter ikke er helt ’normal’.

Solen er er meget stor stjerne, der udsender mere lys end 95 procent af Mælkevejens stjerner, og desuden er Solen ikke en dobbeltstjerne, som det er tilfældet for mere end halvdelen af Mælkevejens stjerner.

Hvilken betydning det har haft for dannelsen og udviklingen af vores solsystem ved vi ikke – endnu. Vi kan dog allerede nu sige én ting, nemlig at Solen med en temperatur på næsten 6.000 grader er så varm, at den udsender meget stråling i området 400-700 nanometer.

Det betyder, at det lys, Jorden modtager fra Solen, har så meget energi, at stråling kan understøtte fotosyntese, hvad der kræver solstråler af en vis energi.

De utallige røde dværgstjerner i Mælkevejen, med temperaturer på under 3.000 grader, udsender mest infrarød stråling, og denne stråling er ikke energirig nok til at understøtte fotosyntese.

Så måske har vi været meget heldige med, at Solen ikke er helt som det store flertal af stjerner i Mælkevejen.

Vi kan kun håbe, at livet ikke kun kan trives på en Jord 2.0, men også kan udnytte mulighederne på de andre typer exoplaneter, som, vi nu ved, eksisterer.