Når du ser på himlen en klar nat, kan du være sikker på, hvad vores forfædre ikke engang havde mistanke om: mindst en planet kredser omkring næsten enhver stjerne.
Verdener i kredsløb om andre stjerner kaldes "exoplaneter" og spænder fra gigantiske gaskæmper større end Jupiter til små stenede planeter som Jorden eller Mars. Fjernplaneter kan være varme nok til, at metal smelter på deres overflader eller iskolde snebolde. Mange af dem drejer sig så hurtigt og tæt omkring deres stjerner, at deres år varer flere jorddage. Nogle kan have to solen. Der er vandrere udvist fra deres systemer, dem der vandrer i mørket over galaksen.
Mælkevejen er en enorm familie af stjerner, der spænder over cirka 100.000 lysår. Dens spiralstruktur indeholder omkring 400 milliarder indbyggere, og vores sol er blandt dem. Hvis hver af disse stjerner ikke har en planet i sin bane, men flere, som i solsystemet, så er antallet af verdener i Mælkevejen simpelthen astronomisk: optællingen går til billioner.
Stjernesystemerne, der lever i Mælkevejen. Kredit: ESA / Hubble / ESO / M. Kornmesser.
I flere århundreder har menneskeheden tænkt på muligheden for eksistens af planeter omkring fjerne stjerner, og nu siger vi med tillid, at der eksisterer ekstrasolare verdener. Vores nærmeste nabo, Proxima Centauri, fik for nylig opdaget en stenet planet, og den er sandsynligvis ikke alene. Afstanden til det er cirka 4,5 lysår eller 40 billioner kilometer. Imidlertid er de fleste af de fundne exoplaneter placeret hundreder eller tusinder af lysår væk.
Dårlige nyheder: Vi har ingen måde at komme til dem endnu. Den gode nyhed er, at vi kan se på dem, estimere temperaturer, "mærke" atmosfæren og måske snart opdage tegn på liv skjult i det svage lys fra disse fjerne verdener.
Den første exoplanet, der kom ind på verdensarenaen, var 51 Pegasi b, en "varm Jupiter" 50 lysår fra os, der kredser om en stjerne på fire jorddage. Vendepunktet, hvorefter ekstrasolare planeter blev almindelige, kom i 1995.
Kunstnerisk fremstilling af hot jupiter. Kredit: ESO.
Salgsfremmende video:
Før 51 Pegasi b var der flere kandidater. Eksoplaneten kendt i dag som Tadmor blev opdaget i 1988. Selv om dets eksistens blev rejst i tvivl i 1992 på grund af utilstrækkelig dokumentation, bekræftede yderligere observationer ti år senere, at en planet kredsede omkring Gamma Cepheus A. Derefter blev der i 1992 opdaget et system af "pulsarplaneter". Disse verdener kredser om en død stjerne, den pulserende PSR 1257 + 12, der lever 2.300 lysår fra Jorden.
Vi lever nu i et univers af exoplaneter. Deres antal stiger konstant, og i øjeblikket har antallet af bekræftede planeter uden for solsystemet krydset linjen 3700, men i det næste årti kan tidsplanen springe til titusinder.
Hvordan kom vi til dette?
Vi er på randen af store opdagelser. Eraen med tidlig udforskning og de første bekræftede exoplaneter satte scenen for den næste fase: jagten på fjerne verdener med mere "årvågne" og sofistikerede teleskoper i rummet og på jorden. Nogle af dem har fået til opgave at foretage en nøjagtig folketælling ved at beregne de forskellige størrelser og typer af exoplaneter. Andre undersøger individuelle verdener, deres atmosfærer og deres potentiale til at opretholde livet.
Direkte visualisering af exoplaneter, det vil sige deres faktiske billeder, spiller en stadig vigtigere rolle, selv om forskere hovedsageligt har nået det nuværende niveau af viden ved indirekte midler. De to vigtigste metoder er wobbles og formørkelser.
Animation sammensat af billeder af fire massive exoplaneter, der kredser om ung stjerne HR 8799. Kredit: Jason Wang / Christian Marois.
Den første er baseret på fastsættelse af forskellige svingninger af stjerner under indflydelse af tyngdekraften på en planet, der kredser om. Disse afvigelser karakteriserer massen af exoplaneten. Metoden gjorde det muligt at bekræfte de første kandidater, inklusive 51 Pegasi b, og i alt blev der opdaget omkring 700 verdener ved at måle den radiale hastighed.
Men langt de fleste exoplaneter findes ved transitmetoden, der er baseret på at fange et utroligt lille fald i en stjernes lysstyrke, når en planet krydser sin disk. Denne søgestrategi angiver størrelsen på objektet. NASAs Kepler-rumteleskop, der blev lanceret i 2009, har fundet omkring 2.700 bekræftede exoplaneter på denne måde. Han opdager stadig nye verdener den dag i dag, men desværre slutter hans jagt snart, da brændstof er ved at løbe tør.
Hver metode har sine egne fordele og ulemper. Måling af den radiale hastighed viser planetens masse, men giver ikke information om dens diameter. Transitten taler om størrelsen af den ekstrasolære verden, men tillader ikke bestemmelse af massen.
Men når flere metoder bruges sammen, kan vi få vigtige data om det planetariske system uden direkte visualisering. Det bedste eksempel er TRAPPIST-1, omkring 40 lysår væk, hvor syv jordstørrelsesplaneter kredser om en lille rød dværg.
Planeter, der kredser om den ultra-kølige røde dværg TRAPPIST-1 sammenlignet med Jorden. Kredit: ESO / M. Kornmesser.
TRAPPIST-1-familien er blevet undersøgt af jordbaserede og rumbaserede teleskoper. Forskning har ikke kun vist diametrene på syv tætpakede planeter, men også deres subtile gravitationsinteraktion på hinanden. Nu kender vi deres masser og diametre, vi kan estimere temperaturen på overfladen og endda gætte himlens farve på hver af dem. Mens meget stadig er ukendt om disse syv planeter, inklusive om de er dækket af oceaner eller en isskorpe, er TRAPPIST-1 blevet det mest undersøgte stjernesystem udover vores eget.
Hvad er det næste?
Det næste trin vil være en ny generation af rumteleskoper. Først og fremmest TESS, der er planlagt til at starte den 16. april 2018. Dette moderne instrument vil gennemføre en næsten komplet oversigt over nærliggende lyse stjerner på jagt efter transiterende planeter.
TESS vælger de bedste kandidater til nærmere inspektion med James Webb Space Telescope, som vil gå ud i rummet i 2020. Hubbles efterfølger med sit enorme spejl vil samle lys direkte fra planeterne selv, som derefter kan nedbrydes til et spektrum, en slags stregkode, der viser hvilke gasser der er til stede i exoplanets atmosfære. Teleskopets hovedmål vil være "superjord".
"Hunter" til eksoplaneter TESS. Kredit: NASA.
Man ved ikke meget om denne klasse af ekstrasolare verdener i dag, herunder om de er beboelige. Årsagen til dette er manglen på analoger af superjorden i solsystemet. Hvis vi er heldige, viser en af dem tegn på ilt, kuldioxid og metan i sin atmosfære. Dog skal jagten på atmosfærerne på planeter i jordstørrelse udsættes til næste generation af rumteleskoper i 2030'erne.
Takket være Kepler-teleskopet ved vi nu, at stjernerne over os er omgivet af planeter. Og vi kan være sikre på ikke kun et stort udvalg af eksoplanetære naboer, men også at eventyret lige er begyndt.
Roman Zakharov