Vejret på exoplaneter kan være ufatteligt dødbringende

Det lyder som en næsten umulig opgave at tro, man kan levere vejrudsigter for exoplaneter.

Selv om vi nu kender 5.000, har vi endnu kun i ganske få tilfælde set selve exoplaneten som en ganske lille lysprik.

Det normale er, at en exoplanet opdages indirekte ved den virkning, den har på sin stjerne, såsom tyngdepåvirkning eller en formørkelse, hvis exoplaneten passerer hen over stjernen.

Derfor er det vigtigt at studere selve stjernen for at lære noget om exoplaneten.

Her viser det sig, at vi som regel kan finde frem til tre tal, nemlig exoplanetens masse, radius og omløbstid, og i mange tilfælde kan disse tal fortælle en masse om planeten - dog måske ikke så meget om vejret.

Herfra og til at stille med en vejrudsigt er der ganske langt. Så lad os se, hvordan det overhovedet er muligt.

Vejen til vejret på exoplaneter

Hemmeligheden ligger i et nyt redskab, som astronomerne har taget i brug.

Det går ud på at optage spektre af exoplanet og stjerne, netop når en exoplanet formørker sin stjerne. Man taler derfor om transit-spektroskopi.

Under en formørkelse filtreres lyset fra stjernen så at sige gennem exoplanetens atmosfære.

De forskellige atmosfæriske gasser fra planeten efterlader nu deres kemiske aftryk - som et fingeraftryk - på stjernelyset.

Ved at studere disse fingeraftryk kan man så finde ud af, hvilke gasser der findes i exoplanetens atmosfære. På denne måde kan man lære om forholdene og betingelserne på exoplaneten.

De bedste resultater opnås, hvis exoplaneten har en både varm, tæt og udstrakt atmosfære, for så bliver de kemiske aftryk nemlig stærkere og dermed lettere at optage spektre for.

Metoden med transitspektroskopi er benyttet fra de store observatorier her på Jorden, især i Chile og på Hawaii.

Også rumobservatorierne som Hubble og det infrarøde Spitzer har optaget spektre fra exoplaneter, og som det nyeste skud på stammen har James Webb-teleskopet, der observerer fra Lagrange punktet L2, netop leveret et spektrum fra en exoplanet i sin første sending af billeder, som vi modtog i juli.

Den første exoplanet fra James Webb-teleskopet

På forhånd kendte vi godt denne exoplanet, der bærer navnet WASP 96b og blev opdaget i 2014 i stjernebilledet Phønix på den sydlige himmelkugle.

Planeten, der ligger 1.150 lysår borte, er en lidt speciel gasplanet med en masse halvt så stor som Jupiter, men lidt mere oppustet, idet den har en diameter godt 1,2 gange Jupiters.

Planeten kredser meget tæt om en sollignende stjerne med en omløbstid på bare tre et halvt døgn, så den er ret varm med en temperatur omkring 1.000 grader.

Planeten udmærker sig ved, at der er fundet natrium i dens atmosfære, hvilket tages som et tegn på, at atmosfæren er nogenlunde fri for skyer, da man ellers ikke kunne observere spektrallinjen fra natrium. En skyfri atmosfære giver generelt mulighed for gode spektre.

Spektret blev optaget i juni, da planeten passerede hen foran sin stjerne set fra Webb. Det betød, at noget af lyset fra stjernen passerede gennem planetens atmosfære, og resultatet blev da også et spektrum, der viste, at der ikke bare er natrium, men tillige vanddamp i atmosfæren.

Målingen var også en øvelse i at se, hvor gode spektre fra exoplaneter vi kan forvente fra Webb-teleskopet.

I begejstringen over Webb-teleskopet må vi dog ikke overse de mange fine observationer af exoplaneter fra teleskoper både i rummet og på Jorden.

Det var jo dem, der leverede de første mange spektre, der fortalte nyt om forholdene på exoplaneterne.

Det regner med jernpartikler på exoplaneten WASP-76b

WASP-76b er en anden exoplanet, der kredser omkring en stjerne lidt varmere end Solen med en omgangstid på knap to døgn.

Planeten kaldes en ’hot Jupiter’, fordi den er på størrelse med Jupiter og dertil utroligt varm. Dens bane befinder sig blot 5 millioner kilometer fra stjernen, og det betyder, at temperaturen på overfladen er omkring 2.400 grader.

Denne exoplanet er fundet i 2013 ved formørkelsesmetoden, hvor stjernelyset filtreres gennem exoplanetens atmosfære.

Nu er det i de senere år lykkedes for rumteleskoperne Hubble og Spitzer at optage spektre, der afslører en række stoffer i den varme atmosfære på WASP-76b.

Der er påvist spor af vanddamp, titaniumoxid og andre molekyler, samt en række metaller som natrium, calcium og Jern.

Med kendskab til disse grundstoffer og planetens temperatur er der ikke langt til at fremsætte spændende idéer om, hvordan forholdene og vejret kunne arte sig på denne mærkelige exoplanet.

Atmosfæren menes at være fyldt med grålige skyer, og et nyere studium antyder kraftige vinde - med hastigheder måske op til 5 kilometer i sekundet.

Men det måske mest fremmedartede er, at der er der så varmt, at jern både kan smelte fordampe, og herfra har der ikke været langt til at foreslå, at det også kan regne med flydende dråber af jern og jerndampe fra skyerne på WASP-76b.

En ret usædvanlig vejrudsigt ...

Intens UV-stråling på KELT-20b

Hubble-teleskopet har nærstuderet exoplaneten KELT-20b, som er en hot Jupiter-planet omkring 400 lysår borte i stjernebilledet Svanen.

Det viste sig, at denne planet er badet i en intens ultraviolet stråling fra den meget varme stjerne, som planeten kredser om på lidt over 3 dage i en afstand på bare 8 millioner kilometer.

Den kraftige stråling samler sig i et superopvarmet lag i den øvre atmosfære, lidt ligesom vores ozonlag i stratosfæren, blot uendeligt meget varmere.

Planetens temperatur er skønnet til omkring 2.000 grader, mens stjernens overflade temperatur er næsten 9.000 grader.

På WASP-178b regner det med klipper

WASP-178b er en gaskæmpe på næsten to jupitermasser 1.300 lysår borte, opdaget i 2019.

Planeten kredser meget tæt på sin stjerne - en såkaldt A-stjerne, der er langt varmere end Solen. Omløbstiden er godt tre døgn.

Hubble-teleskopet har nærstuderet denne planet og er kommet med den eksotiske melding, at her regner det med jern, og måske også klippe-partikler. 

Denne formodning skyldes, at planeten både er meget tæt på sin stjerne, og at den har bunden rotation, hvilket betyder, at den konstant vender samme side mod sin stjerne.

På dagsiden kommer temperaturen op på 2.400 grader, mens natsiden har en temperatur på 1.500 grader, altså 900 grader lavere end dagsiden, og det giver nogle stærke vinde.

Selvom WASP-178b er en gasplanet med en lav massefylde, har man ret overraskende fundet tegn på stoffer som jern, silicium og magnesium i dens atmosfære.

Langt det meste af gasplaneten består, som navnet antyder, af gasser, normalt brint og helium, men der findes altså også en mindre mængde tungere grundstoffer.

Den stærke varme fordamper naturligt nok enhver form for klipper, der omdannes til gasser af silicium-forbindelser. Disse gasser drives nu af kraftige vinde over på planetens køligere natside, der jo altid vender bort fra solen.

Her afkøles gasserne hurtigt, klippesmåstykker gendannes og er derefter klar til at dale ned gennem atmosfæren som en slags ’klipperegn’ - i sandhed en mærkelig verden.

På exoplaneten HD 189733 b regner det med glas

Selv NASA beskriver denne planet som en sand mareridtsklode:

»Selv om Hubble-teleskopet har vist den som en smuk, lysende blå klode, så tag ikke fejl. Der er ikke den fjerneste lighed med Jordens venlige blå himmel. Vejret på denne verden er dødbringende. Der blæser vinde med hastigheder over 7.000 kilometer i timen, der ville piske enhver rejsende i en kvalmende spiral rundt om planeten. At blive fanget i regnen på denne planet er ikke bare farligt - det er døden med tusinde snit. Og så regner det måske endda med glas fra de hylende vinde.«

Den koboltblå farve kommer ikke fra refleksionen af et tropisk hav, som på Jorden, men snarere en diset, forblæst og forbrændt atmosfære med højtliggende skyer der indeholder silikatpartikler.

Denne smukke, blå klode er lidt større end Jorden og med en tyngdekraft på det dobbelte af Jordens. Planeten er sandsynligvis en klippeplanet som Jorden, så der er en fast overflade som glasstormene kan piske hen over.

Temperaturen er tæt på de 1.000 grader.

Jordlignende exoplaneter er sjældne

Efter denne barske rundtur blandt exoplaneternes ugæstfri vejrudsigter, er det måske en god idé at opsøge en mere jordlignende exoplanet. For de findes - de er blot ikke så almindelige.

Efter de nyeste data udgør exoplaneter på størrelse med Jorden kun 4 procent. Vi ser på et par stykker.

Trappist-systemet - syv planeter på række

Trappist-systemet er et usædvanligt planetsystem, der ligger bare 40 lysår borte. Det består af en stjerne, der er omgivet af ikke mindre end syv planeter.

Selve stjernen med betegnelsen Trappist 1 er blot en lille rød dværg på størrelse med Jupiter. Den har dog en masse på godt 84 gange Jupiters masse, men blot 8 procent af Solens masse.

Stjernens temperatur er kun omkring 2.500 grader, og det betyder, at den udsender det meste af sit lys i det infrarøde område.

Omkring denne lille røde sol kredser så syv planeter, der alle stort set er på størrelse med Jorden - og det vækker jo vores nysgerrighed.

Det er dog et tæt pakket system, idet alle syv planeter, kaldet Trappist b, c, d, e, f, g og h, ligger inden for en afstand af deres stjerne, der svarer til afstanden ud til Marsbanen i vores solsystem.

Det betyder, at planeterne gensidigt påvirker hinanden med deres tyngdekræfter. Og netop dét har givet mulighed for at vurdere størrelse og masser for planeterne.

De er sandsynligvis klippeplaneter som Jorden. Det er næsten også sikkert, at alle planeterne har bunden rotation og dermed vender samme side mod stjernen.

Det giver så en varm dagside og en kold natside. Hvis planeten har en atmosfære, kan varmen måske fordeles en smule.

Røde dværgstjerner er desværre også kendt for deres hyppige og ofte voldsomme udbrud af de såkaldte flares, hvor der udsendes en intens stråling både i røntgenområdet og i det ultraviolette område.

Det gælder også for Trappist 1, hvor man for nylig har observeret op til 42 flares på bare 80 dage. Det kan godt mærkes på planeterne, der kemisk kan få ændret deres atmosfærer.

Den inderste planet, Trappist b, bevæger sig i en bane mindre end 2 millioner kilometer fra stjernen og klarer et omløb på bare 36 timer. Temperaturen er omkring 1.500 grader, og planeten kunne godt minde om Venus med en meget dyb og varm atmosfære. Så her kan man ikke vente nogen god vejrudsigt.

Den yderste planet, Trappist h, er en kold verden med en temperatur omkring minus 100 grader. Den indeholder en del vand, der formodentlig dækker kloden med et lag af is - nogenlunde som Jordens sydpol.

Trods disse vanskelige yderpunkter kan man ikke undlade at bemærke, at de midterste planeter, Trappist e, f og g, ligger i den beboelige zone - i hvert fald hvad temperaturen angår.

Planet e er nok det bedste bud på en planet med genkendelige vejrfænomener, hvor livet måske kunne have en chance. Den ligger midt i den beboelige zone, og nye modelberegninger åbner mulighed for et globalt hav og et forholdsvis jordlignende klima.

Vi kommer dog ikke udenom, at liv, som vi kender det, vil have trange vilkår.

Højst sandsynligt har planeten bunden rotation, ligesom den ikke kan undgå de hyppige flare-udbrud fra stjernen.

Trappist-systemet er jo især blevet berømt på grund af sine syv planeter på række, der vækker fantasien. Og så ligger det med kun 40 lysårs afstand - næsten i vores baghave.

Der er stadig meget nyt at lære her, og forskerne holder fortsat godt øje med Trappist 1 og dens planeter.

Kepler 442b - måske en god Jord 2?

Planeten Kepler 442b er på størrelse med Jorden og sandsynligvis en klippeplanet ligesom Jorden. Den befinder sig godt 1.200 lysår borte i stjernebilledet Lyren.

Planeten bevæger sig i det område, vi kalder den beboelige zone omkring sin stjerne.

Stjernen er en hovedseriestjerne af type K, og det betyder, at den er lidt koldere end Solen. Til gengæld har stjernen en levetid 2-3 gange længere end Solen. Det er jo ikke dårligt for mulige livsformer på denne planet.

Kepler 442b kredser omkring sin stjerne på 112 døgn i en bane godt 60 millioner kilometer borte. Det er cirka halvdelen af Jordens afstand til Solen. Dermed modtager planeten mere stråling fra den lidt køligere stjerne, så temperaturen vil nok være nogenlunde som Jordens.

Da planeten ligger i den beboelige zone, er det sandsynligt, at den har flydende vand og måske have på overfladen, ligesom den også kunne have en atmosfære, et magnetfelt og som klippeplanet også en form for pladetektonik, hvis dens udvikling har mindet om Jordens.

Alt dette peger på en planet, der kunne nære en biosfære og måske understøtte fotosyntese ligesom Jorden.

Det er i hvert fald tanker, som planetforskerne har gjort sig. Så det er nok ikke helt ved siden af at kalde Kepler 442b en Jord 2.

Og med det kan vi nok også forvente mere human vejrudsigt, end vi hidtil har berettet om - med både regn og måske sne alt efter årstiden med blæsevejr og storme af den moderate slags, som vi også kan opleve her på Jorden.

Kepler 442b blev opdaget af Kepler-satellitten ved formørkelsesmetoden og blev officielt bekræftet i 2015.