Exoplaneter er måske en af de vigtigste opdagelser i moderne astronomi, og historien om, hvordan de er opdaget, og hvad de betyder, fortjener i høj grad at blive fortalt.
Den opgave har Gunver Lystbæk Vestergård taget op i bogen ’Fjerne Kloder’ som netop er udkommet på Gyldendal. Gunver Lystbæk har tidligere skrevet her på Videnskab.dk, men er nu ansat som journalist på Weekendavisen.
Her kan vi blandt andet læse, at de to første exoplaneter, man opdagede, slet ikke kredsede om en almindelig stjerne, men om en pulsar, altså en roterende neutronstjerne.
Den opdagelse var, for at sige det mildt, uventet – og det blev ikke meget bedre, da den næste exoplanet viste sig at være en planet på størrelse med Jupiter med en omløbstid på bare 4 dage. Det viste, at banen var meget tæt på stjernen, 51 Pegasi.
Denne opdagelse stred også mod al astronomisk visdom, for man var helt sikker på at store gasplaneter kun kunne dannes og eksistere langt fra deres stjerne -ligesom Jupiter og Saturn i vores solsystem.
Disse historier og mange andre fortæller Gunver Lystbæk i sin bog, hvor vi også hører om de mange personlige dramaer, der har ledsaget opdagelsen af exoplaneter. Det er en meget spændende og velskrevet bog, som vi kun kan anbefale, hvis man ønsker at gå i dybden med exoplaneter.
Men af pladsgrunde vil vi i denne artikel give en kort oversigt over den nuværende status og den nyeste viden. For med flere end 4.000 kendte exoplaneter er det blevet muligt at opdele dem i flere typer.
\ 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 bøgerne ‘Det levende Univers‘ samt ‘Rejsen ud i rummet – de første 50 år‘ og skriver om aktuelle astronomiske begivenheder for Videnskab.dk, hvor de går under kælenavnet ‘Stubberne’.
Fire typer af exoplaneter
De 4.000 kendte exoplaneter er fordelt omkring lidt over 3.000 stjerner, men tallene øges hele tiden. Disse tal er fra august 2019.
Det bedste overblik får vi ved at se på de mest almindelige typer af exoplaneter. Der findes naturligvis også exoplaneter, som ikke umiddelbart kan placeres i et simpelt skema, men de er forholdsvis sjældne, og dem ser vi ikke på her.
Som vi kan se af nedenstående liste, er de fire typer ikke lige almindelige:
- Store gasplaneter – ca. 30 %
- Neptunlignende planeter – ca. 34 %
- Superjordkloder – ca. 31%
- Jordlignende planeter – ca. 4 %
Vi ser, at 65 procent af exoplaneterne er enten neptunlignende eller superjordkloder, og det er en enorm overraskelse. Disse to typer planeter har typisk masser mellem 2 og 10 gange Jordens masse, og i vores solsystem har vi ikke en eneste planet af denne størrelse.
Der er nemlig et stort hul i planetstørrelser i vores solsystem mellem Jorden og Uranus med en masse på 14 gange Jordens masse og Neptun med en masse på 17 gange Jordens masse. Men i andre planetsystemer er det helt normalt at finde planeter med masser fra 2-10 gange Jordens masse.
Det lave tal for planeter af Jordens størrelse hænger sandsynligvis sammen med, at de er ret svære at observere med de metoder, vi bruger i dag. Procentdelen af planeter på størrelse med Jorden vil næsten sikkert vokse de kommende år.
LÆS OGSÅ: Til efteråret starter rumteleskopet Cheops jagten på planeter med betingelser for liv
\ De fire hovedtyper af exoplaneter
- Store gasplaneter af samme type som Jupiter og Saturn
- ’Neptunlignende’. Neptun har en masse på næsten 17 gange Jordens masse og en diameter næsten fire gange større end Jorden. Neptun er nok stor i forhold til Jorden, men meget mindre end Jupiter og Saturn. Man mener, at Neptun ud over gas består af store mængder is. Atmosfæren, der mest består af brint og Helium, er dyb og tæt.
- Superjordkloder er planeter, der er større end Jorden, men betydeligt mindre end Neptun, og som sandsynligvis har en opbygning af klippe og metal som Jorden.
- Jordlignende planeter er planeter af nogenlunde samme størrelse som Jorden eller mindre.
Det uløste problem
Et af de store uløste problemer er at finde fordelingen mellem neptunlignende planeter og superjorde. Det er blevet et helt centralt problem, fordi de to typer planeter er så almindelige.
Søger vi at vurdere muligheden for liv blandt exoplaneterne, er det nok mere sandsynligt at finde liv på en superjord med den rette temperatur end på en ’mini-Neptun’.
Efter den nuværende visdom, går grænsen mellem de to typer ved en diameter på omkring 1,5 gange Jordens diameter. Målinger af massefylden tyder på, at planeter mindre end 1,5 gange Jorden har en opbygning som Jorden, mens planeter over denne grænse har en opbygning som Neptun.
Der er også fremsat den teori, at der også er en tredje type, som består af op til 50 procent vand, modsat Jorden som i virkeligheden kun består af 0,02 procent vand.
Den eneste måde at skelne mellem de forskellige typer af planeter, er ved at foretage målinger, men det er ikke så let som man skulle tro.
LÆS OGSÅ: Vores blå planet er tør: Så lidt fylder Jordens vand
De vanskelige observationer
Den måde, vi kan skelne mellem superjorde og neptunlignende og vandverden planeter er ved måling af massefylden. Hvis en planet er opbygget af klippe og metal som Jorden, kan vi forvente en massefylde i nærheden af Jordens på 5,5 gram/cm3, og hvis planeten er opbygget som Neptun af is og gas, forventer vi en meget lavere massefylde. Således har Neptun en massefylde på bare 1,6 gram/cm3.
For at bestemme massefylden af en exoplanet, er det nødvendigt at kende både planetens diameter og dens masse – og det vurderes ved forskellige metoder.
Diameteren bestemmes ved at måle, hvor meget en exoplanet skygger for sin stjerne, når den i sin bane bevæger sig hen foran stjernen, set her fra Jorden. Desværre er der mange exoplaneter, som på grund af deres bane aldrig kommer til at skygge for stjernen, og det er metodens største begrænsning.
Massen vurderes ved at måle, hvor meget tyngdekraften fra en exoplanet kan få stjernen til at ’slingre’ i sin bevægelse. Det er bestemt ikke nogen let måling, da en lille planet ikke kan påvirke en stor og tung stjerne ret meget.
I dag kan man med en meget avanceret teknik måle denne slingren ved hjælp af dopplereffekten. Men det kræver, at stjernens lys er så stærkt, at man kan optage nogle meget detaljerede spektre – og der er masser af exoplaneter, der er så langt borte, at det lys, vi får fra stjernen, er for svagt til at optage et godt spektrum.
Desuden har metoden den svaghed, at den fungerer bedst for store planeter tæt på stjernen. Det er meget vanskeligt at få målinger af masserne for små planeter langt fra deres stjerne, da de næsten ikke kan få stjernen til at ’slingre’.
Så det er alt i alt en udfordring at måle både størrelse og masse for en exoplanet, og derfor er det næsten altid nødvendigt at genobservere stjerner og exoplaneter for at sikre begge målinger.
Håbet er lysegrønt
Den store drøm er naturligvis at finde liv på en exoplanet. Her er man begyndt at interessere sig for superjordkloder, simpelthen fordi de er så almindelige.
Det er med vores nuværende viden naturligvis svært at sige noget om beboeligheden af en superjord med en masse større end Jorden. Derfor er meningerne delte, men en ting er man dog enige om:
Den store tyngdekraft på en superjord kan næsten ikke undgå at føre til en ret tæt atmosfære, sandsynligvis med en forholdsvis kraftig drivhuseffekt. Hvis temperaturen er så høj, at der er flydende vand på overfladen, kan vi vente en kraftig nedbør og derfor en voldsom erosion.
Nogle spekulerer endda på, om en kraftig erosion sammen med en stærk tyngdekraft vil skabe et mere fladt landskab end på Jorden – der er endda talt om, at landmasserne findes i form af et stort antal øer med alle de muligheder, det giver for biodiversitet.
Den slags spekulationer skal man nok tage med et stort gran salt, men selv om der måske findes liv, så vil en mulig civilisation have et stort problem med rumflyvning. Det er kun lige akkurat, at de kemiske brændstoffer er energirige nok til at opsende rumskibe her fra Jorden. Hvis tyngdekraften er 2-3 gange stærkere end her på Jorden, vil det være vanskeligt at drømme om en fremtid i rummet.
LÆS OGSÅ: Astrofysiker: Om 5 til 10 år ved vi, om der er andet liv i vores afkrog af universet
Det er almindeligt, at en stjerne har flere planeter
Som nævnt kender vi nu godt 4.000 exoplaneter fordelt mellem 3.000 stjerner. Det betyder, at exoplanetsystemer med mere end en planet er almindelige.
Således kender vi nu 665 stjerner, som har mindst to og helt op til otte exoplaneter omkring sig. Vi kender dog kun til to stjerner med otte planeter, nemlig vores egen Solen og stjernen Kepler 90, der ligger 2.800 lysår borte. Vi kender tre stjerner med hver syv planeter, og der er også fundet stjerner med 3-6 planeter. Langt de fleste af de 665 stjerner har dog kun to planeter omkring sig. Denne statistik vil løbende ændre sig, efterhånden som vi får flere observationer.
Ser vi nu nærmere på stjernen Kepler 90, får vi en antydning af, at vores solsystem måske ikke er helt så almindeligt.
Kepler 90 er en gul dværgstjerne af næsten sammen type som Solen, men de otte planeter kredser i en meget lille afstand fra stjernen. Det kan man se alene af omløbstiderne for de otte planeter, som varierer fra 7-331 dage. De korte omløbstider betyder, at alle otte planeter befinder sig inden for en afstand, der svarer til Jordens afstand fra Solen.
Den planet, som er nærmest på stjernen Kepler 90, kredser i en bane kun 11 millioner km fra stjernen. Det er en så lille afstand, at temperaturen på dagsiden må nærme sig de 1000 grader.
I vores solsystem har vi jo kun Merkur og Venus inden for Jordens bane, og resten af planeterne er meget længere ude – således har Neptun en omløbstid på hele 164 år.
At planetsystemet omkring Kepler 90 er så lille og kompakt, er den første store afvigelse fra vores solsystem. Vi kender flere andre planetsystemer af denne type. De kaldes under ét for STIP-systemer, hvor STIP står for Systems of Tightly-packed Inner Planets.
Vi kender endda STIP-systemer, der er langt mere ekstreme, og hvor alle planeterne befinder sig inden for en afstand svarende til Merkurs afstand fra Solen. Sammenlignet med andre planetsystemer synes vores solsystem at være usædvanlig udstrakt og i høj grad at mangle planeter meget tæt på Solen.
Den anden store afvigelse fra vores solsystem er, at seks af de otte planeter i Kepler 90-systemet netop er af de typer, vi ikke kender fra Solsystemet – altså planeter, der i størrelse ligger mellem Jorden og Neptun. Ser man på deres størrelse, kan der være tale om tre superjorde og tre neptunlignende planeter – men vi ved det ikke med sikkerhed.
En ting er dog sikkert, nemlig at planeternes meget lille afstand fra stjernen Kepler 90 skaber så stærke tidevandskræfter, at planeterne altid vil vende den samme side mod stjernen. Der vil altså være en meget varm dagside og en meget kold natside. Det er bestemt ikke et planetsystem, vi ville bryde os om at bo i – men det kan naturligvis tænkes, at andre livsformer bare synes, at de bor på den bedste af alle verdener.
De eneste ’normale’ er de to yderste planeter, som begge er gaskæmper på størrelse med Jupiter.
Nogle forskere er begyndt at se på muligheden for, at vores eget solsystem, da det var meget ungt, også lignede et STIP-system med flere planeter inden for Merkurs bane. Disse planeter er så gået til grunde ved at støde sammen.
LÆS OGSÅ: Kan den nye generation af rumteleskoper finde liv i universet?
Hvor kan der være liv?
Det er klart, at den største interesse samler sig om de planeter, hvor der er mulighed for at finde liv. Her er det centrale krav, at temperaturen skal være så tilpas, at dersom planeten har en atmosfære, så er der også mulighed for at finde vand.
Det er jo god latin, at en planets temperatur afhænger af afstanden til stjernen. Det er da også korrekt, men der kan let være lokale forhold, som bare gør det hele mere kompliceret. Det klassiske eksempel er Venus, som jo er en planet på størrelse med Jorden og med atmosfære og skyer.
Venus vil selvfølgelig være varmere end Jorden, men i lang tid troede man, at klimaet i hvert fald i de polare områder ville være til at holde ud. Men så kom målingerne fra rumsonderne, som viste en temperatur på 480 grader både ved poler og ækvator. En løbsk drivhuseffekt har en gang i fortiden gjort Venus ubeboelig.
Men havde Venus været en exoplanet, så ville vi nok, alene baseret på dens afstand fra stjernen, have opført planeten som beboelig.
Det, som man under et kan kalde for lokale forhold, gør det meget vanskeligt alene at bruge afstanden til stjernen som indikator for, om der er mulighed for liv. Men det har nu ikke forhindret astronomerne i at prøve, og den nyeste positivliste omfatter 17 planeter, hvor man er ret sikker på, at her skulle der være mulighed for liv.
Men det kan nu godt undre, at en planet som Proxima Centauri b er kommet med. Proxima Centauri er vores nærmeste stjernenabo 4,3 lysår borte. Det er en lille rød dværgstjerne med en planet, der kredser om stjernen på bare 11 dage. Det betyder, at den er så tæt på stjernen, at den altid vender samme side mod stjernen (det som kaldes for ’bunden rotation’).
Desuden er Proxima Centauri en såkaldt flarestjerne, der er kendt for at have nogle gevaldige udbrud, som slynger enorme mængder af stråling og partikler ud i rummet. Disse udbrud kan være voldsomme nok til at erodere enhver form for atmosfære bort fra planeten.
Det kan da godt være, at planetens gennemsnitstemperatur er tilpas, men der er altså ret stor forskel på den meget varme dagside og den lige så kolde natside. Så livsbetingelserne er vist ikke helt ideelle.
Men selv om der nok er mange forbiere både i denne lille liste over de bedste muligheder, og i den meget større liste over planeter, hvor man er lidt mindre sikker på, om de er beboelige, er der så mange exoplaneter, at vi næsten helt sikkert ikke kan undgå at ramme plet nogle gange.
Det næste skridt bliver at undersøge de mest lovende planeters atmosfærer med store rumteleskoper for at finde de såkaldte biosignaturer – tegn i atmosfæren på, at her er der liv. En sådan analyse er vanskelig og kan tage flere år, men der er gode muligheder for, at vi måske i løbet af de næste 20-30 år finder en planet, hvor vi næsten helt sikkert kan sige, at her må der være liv.
LÆS OGSÅ: Skal vi søge efter teknik eller biologi, når vi leder efter liv i rummet?
De nære exoplaneter
Mange af de kendte exoplaneter befinder sig mange hundrede lysår borte. Det gør dem på en måde mindre interessante, for det er meget svært at få præcise målinger for så fjerne kloder. Men heldigvis opdager vi stadig flere exoplaneter bogstavelig talt i vores egen baghave.
Inden for en afstand på godt 32 lysår er der fundet ikke mindre end 97 exoplaneter. Man skulle tro, at vi forlængst havde opdaget alle stjerner inden for denne afstand, men så sent som 2003 opdagede man en lille rød dværgstjerne kun 12 lysår borte. Stjernen hedder nu Teegardens stjerne efter sin opdager, og det er en ganske lille stjerne med en masse på kun 10 procent af Solen.
Stjernen har en overfladetemperatur på bare 2.700 grader, og det betyder, at det meste af den smule lys, stjernen udsender, er infrarødt lys.
Nu er der så fundet to planeter i bane om denne lille røde stjerne, og det overraskende er, at i hvert fald en af dem, Teegarden b, ser ud til i størrelse og masse næsten at være en tvilling til Jorden. Begge planeter kredser meget tæt på stjernen, og det er i dette tilfælde godt.
Teegarden b er den inderste og har en sandsynlighed på 60 procent for at have en temperatur omtrent som Jorden. Den anden planet, Teegarden c, vil i bedste tilfælde have et arktisk klima. I øvrigt vil begge planeter altid vende samme side mod stjernen.
Men hvad nytter det at ligne Jorden, når stjernen nu slet ikke ligner Solen? Kan der trods temperaturen leve noget på Teegarden b, når planeten kredser om en rød stjerne?
Her kan man anlægge to synspunkter: Den enorme diversitet, der er blandt exoplaneter, kan give anledning til en tilsvarende høj biodiversitet, hvor livet tilpasser sig forhold, som jordisk liv slet ikke kan klare.
Man kan også vælge synspunktet, at vi måske er meget alene – for det vil vi jo være, hvis kun planeter, som på enhver måde ligner Jorden og kredser om en stjerne, som helt ligner Solen, kan rumme liv. Sådanne planeter findes helt sikkert, men der er langt mellem dem.
Tilbage til de fjerne kloder
Der er naturligvis en masse, vi ikke er kommet ind på i denne lille korte oversigt – og igen vil vi henvise til bogen ’Fjerne Kloder’, som, vi synes, skal have det sidste ord.
»Der er fundet planeter tungere end bly. Planeter så fulde af metaller, at de ligner kanonkugler. Planeter lavet af diamant. Planeter dækket af et flere hundrede kilometer dybt verdenshav…. Nogle er de tusinde øers land, andre knastørre. Nogle er snebolde. Nogle er smeltede lavaplaneter. Der er tilmed planeter, hvor du kan gå i seng om foråret og vågne midt om vinteren, fordi planeten på rekordtid er nået rundt om sin stjerne…«
Ingen kort artikel kan yde exoplaneternes fantastiske verden fuld retfærdighed – og det gælder ikke bare de mange opdagelser. Hele den astronomiske verden – og selv rumforskerne – er påvirket af disse nye opdagelser, som er godt på vej til at ændre hele vores verdensbillede.
Det er en verden og en udvikling, som det er værd at følge godt med i.
LÆS OGSÅ: Sådan finder vi planeter ved fjerne stjerner
LÆS OGSÅ: Exoplaneter gør os klogere på, om Solsystemet har en dobbeltgænger
