Der er kommet et nyt navn ind i astronomien, nemlig 'hycean-planeter'.
Navnet er en sammentrækning af hydrogen (brint) og ocean. Det er planeter større end Jorden, og som er dækket af hav og med en tæt atmosfære af brint og vanddamp.
Teorien om hycean-planeter er publiceret i The Astrophysical Journal, og navnet er gået viralt, fordi der er mulighed for liv på denne type planeter.
Der er i virkeligheden tale om planeter, man har kendt i flere år, men som først nu har fået en fælles betegnelse. Således har det bedste eksempel på en hycean-planet, K18-b, været kendt siden 2015.
\ Om artiklens forfattere
Helle og Henrik Stub er begge cand.scient'er fra Københavns Universitet i astronomi, fysik og matematik.
I snart 50 år har parret beskæftiget sig med at formidle astronomi og rumfart gennem radio, fjernsyn, bøger og foredrag og kurser.
De står bag bogen 'Det levende Univers' og skriver om aktuelle astronomiske begivenheder for Videnskab.dk, hvor de går under kælenavnet 'Stubberne'.
Fire eller fem typer exoplaneter?
Den inddeling af exoplaneter, vi bruger i dag, omfatter fire hovedtyper:
- Jordlignende
- Superjorde
- Neptun-planeter
- Store gasplaneter (som Jupiter)
Vi har ikke superjorde i vores solsystem. Det er planeter, som er større end Jorden, men ellers er opbygget på stort set samme måde som Jorden. Selvfølgelig er der forskelle – således er tyngdekraften på en superjord større end tyngdekraften på Jorden.
Artiklen i Astrophysical Journal argumenterer for, at det er rimeligt at indføre en femte hovedtype, nemlig hycean-planeter.
'Der er altså ikke tale om en ny opdagelse, men et forsøg på at forbedre den måde, vi inddeler exoplaneter i forskellige typer.
Da vi kommer til at møde navnet hycean mange gange, vil vi give baggrunden for, at det kan være nødvendigt at indføre en ny type exoplanet – en historie, der fortæller meget om, hvordan forskningen i exoplaneter foregår.
Derefter vil vi se på muligheden for liv på Hycean-planeter.
Hvad vi ved om exoplaneter
Vi kender i dag over 4.000 exoplaneter, men vi har kun set nogle ganske få, fordi de er så langt borte.
I næsten alle tilfælde studerer man exoplaneter ved at studere de stjerner, de kredser om.
Overalt kan man finde billeder af exoplaneter, men det er tegninger baseret på modeller og beregninger – men det vil måske ændre sig om 20-30 år, når der bliver opsendt en ny generation af rumteleskoper.
Lige nu har vi kun de data, vi kan hente ved at studere selve stjernerne, men det er nok til at gøre det muligt at inddele exoplaneter i flere typer, hvor så hycean-planeter er det nyeste skud på stammen.
Sådan studerer man exoplaneter
Der er to grundlæggende metoder til at studere exoplaneter:
Ved den ene metode udnytter man, at når en planet kredser om en stjerne, så er stjernen også påvirket af planetens tyngdekraft. Stjernen kommer derved også til at bevæge sig, og i virkeligheden kredser planet og stjerne begge om det fælles tyngdepunkt.
Det ser vi, ved at stjernen bevæger sig frem og tilbage i forhold til os, med en periode der svarer til planetens omløbstid. Denne bevægelse er meget lille, men stor nok til, at man kan måle den ved at se, hvordan spektrallinjerne for stjernen bliver forskudt.
Nu er vi allerede kommet langt. Omløbstiden giver os planetens afstand til stjernen, og ud fra stjernens bevægelse kan man beregne planetens masse.
Det var allerede to størrelser, nemlig planetens masse M og dens omløbstid T - men der er lang vej endnu.
Den anden metode er baseret på, at exoplaneter kan formørke deres stjerner. Det er så lidt, at formørkelserne kun kan observeres ude fra rummet, men de giver en meget vigtig oplysning, nemlig planetens størrelse eller radius R. En stor planet formørker mere end en lille planet.
Og det er ud fra de tre tal, massen M, Radius R og omløbstid T, at astronomerne udvikler deres teorier om exoplaneter – en meget sjælden gang hjulpet af en direkte måling af sammensætningen af en exoplanets atmosfære.
Vejen til hycean-planeterne
Hvis man ved hvordan, kan man nu komme meget langt med bare tre tal.
Ud fra radius R kan man beregne planetens rumfang, og så er næste skridt at finde massefylden, som jo er givet ved:
Massefylde = Masse/Rumfang
Og det er nok ikke for meget sagt, at massefylden er det vigtigste redskab til at studere exoplaneter.
Jorden er en planet af klippe og metal, der har en massefylde på 5,5 gram/cm3. Finder man exoplaneter med en massefylde på 4-6 gram/cm3, er der en god grund til at formode, at planeten har en opbygning som Jorden.
Neptun har en massefylde på 1,6 gram/cm3, og det passer med, at Neptun mest består 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.
Ligner hycean-planeter Jorden eller Neptun?
Nu begynder det at blive interessant, for vi har her taget det første skridt til teorien om hycean-planeter.
Vores solsystem mangler nemlig noget: planeter med en masse mellem Jorden og Neptun, især i området 2-10 jordmasser.
Disse planeter er uhyre almindelige blandt exoplaneter, så det er lidt af et mysterium, hvorfor vi mangler dem.
Men hvad er så disse kloder – ligner de Jorden eller isplaneten Neptun? Svaret skal findes i massefylden.
De mindste af disse kloder med en masse på op til omkring det dobbelte af Jorden har høje massefylder. De anses derfor at være ’superjorde’, større end Jorden, men ellers til at genkende.
De største kloder med masser typisk op mod 10 jordmasser har lave massefylder og anses derfor at ligne Neptun – de kaldes ligefrem for Mini-Neptun-planeter.
De har formodentlig ikke engang en fast overflade, men en atmosfære, hvor trykket kan nå op på tusinder af gange trykket ved Jordens overflade. I praksis vil det derfor være umuligt for os at udforske Neptun-planeter.
Mød hycean-planeterne
Det ville være meget mærkeligt, om planeter større end Jorden enten var superjorde eller mini-Neptun-planeter.
Der må være nogle mellemtyper, og gradvist begyndte man at finde eksempler på planeter med en mindre massefylde end Jorden, men alligevel for stor en massefylde til at bestå af is som Neptun.
Teoretikere er altid opfindsomme, og gradvist kom man frem til den model, som nu har fået navnet hycean-planeter.
Massefylden kan bedst forklares, ved at der er tale om en klippeplanet, sandsynligvis med betydelige mængder is.
Hvis planeten så også har en dyb og tæt atmosfære, hvor de mest logiske bestanddele vil være brint, som der er masser af i universet, og vanddamp, så vil den ved formørkelser se større ud, end den i virkeligheden er.
Det vil give en lav værdi af massefylden, og hvis der er meget is, er det også meget logisk at antage, at noget af isen er endt i et ocean.
Som vi kan se i boksen herunder, har astronomerne god grund til at antage, at hycean-planeter er andet og mere end blot en teori, der er udgivet i et ganske vist meget anerkendt tidsskrift.
\ K2-18b: Det bedste eksempel på en hycean-planet
124 lysår borte findes en planet med det mundrette navn K2-18b, som i dag anses for et af de bedste eksempler, man kender, på en hycean-planet.
Planeten blev opdaget 2015, og den kredser om en lille rød dværgstjerne med en omløbstid på bare 33 døgn.
Ud fra omløbstiden kan man beregne afstanden til stjernen til omkring 21 millioner kilometer, hvilket er mindre end afstanden mellem Solen og Merkur.
På den anden side er stjerne så lille, at den udsender meget mindre lys og varme end Solen.
Planetens masse er 8,6 gange Jordens masse, og dens radius 2,6 gange Jordens radius.
Regner man lidt på det, så får vi en massefylde på godt halvdelen af Jordens massefylde. Høj nok til, at der må være tale om en planet, der i væsentlig grad består af klippe og måske metal, men som også indeholder en hel del is.
Ud fra 8 formørkelser har man fundet et ret sikkert tegn på vanddamp i atmosfæren, samt tegn på CO2, metan og kvælstof.
Brint har man ikke fundet – her støtter man sig til modelberegninger, der også åbner mulighed for skyer.
Planeten befinder sig i den beboelige zone omkring stjernen, og beregninger viser, at der skulle være muligheder for regn.
Så den lokale vejrudsigt er nok typisk ’overskyet og med mulighed for regn’.
På den anden side er det umuligt at beregne planetens temperatur, da vi ikke kender atmosfærens tæthed og sammensætning præcist, og dermed ikke kan vurdere drivhuseffekten.
Exoplaneter er gode til at holde på deres hemmeligheder.
Er der liv på hycean-planeter?
Vand anses jo for nøglen til liv, og hvor finder man mere vand end på en hycean-planet, der måske har et ocean, som dækker hele planeten.
Nu ligger det jo lidt tungt med at sende en rumsonde flere hundrede lysår bort for at landsætte en undervandsbåd, som ved selvsyn kunne undersøge, om der er liv i havet.
Men der findes andre metoder, for ifølge teorien har hycean-planeter så dybe og tætte atmosfærer, at vi under særlige forhold kan observere dem.
De særlige forhold er under en formørkelse, hvor lyset fra stjernen skal trænge gennem planetens atmosfære for at nå ned til os
Denne passage vil sætte sig spor i form af spektrallinjer fra de stoffer, som atmosfæren indeholder.
Man vil lede efter de såkaldte biomarkører, som kan være tegn på liv. Og i en atmosfære af brint og vanddamp vil man sikkert også have mulighed for at opdage nogle andre biomarkører end dem, vi kender her fra Jorden.
For os er biomarkører ilt, metan, kvælstofilte, og stoffer som metylklorid og dimetylsulfid, men det vil kræve nogle virkelig store rumteleskoper at tage så gode spektre, at biomarkører kan påvises.
Hycean-planeter befinder sig i den beboelige zone
Hycean-planeter har en anden fordel, nemlig at de ikke er så afhænge af at opholde sig i det, man kalder ’den beboelige zone’ omkring en stjerne.
Det er det område, hvor man på en planet som Jorden kan forvente at finde temperaturer, der tillader flydende have og dermed liv.
Men Hycean planeter er ikke jordlignende – alene deres dybe og meget tætte atmosfærer adskiller dem fra Jorden. Og så dybe og tætte atmosfærer har også en meget stor drivhuseffekt, så man kunne godt forestille sig hycean- planeter med liv, selv om de kredser i baner langt uden for den beboelige zone, hvor man ellers vil forvente, at der er for koldt.
På den anden side skal disse planeter heller ikke befinde sig for tæt på deres stjerne, for så bliver de alt for varme. Bare de kommer tæt på den ydre grænse for den beboelige zone, kan deres temperatur let komme op på over 200 grader.
Til slut en lille bemærkning. Det kan godt være, at der findes hycean-planeter med liv, og at der er mange af dem.
Men hvis de er helt dækket af vand, skal vi nu ikke vente at finde tekniske civilisationer. Det vil nemlig kræve, at man kan opbygge en teknologi uden brug af ild, og det er sandsynligvis ikke muligt.
Men derfor kan der da godt findes nogle kloge væsener, som opfatter universet på en helt anden måde, end vi gør.
