Kepler-62f, slik den kanskje kan se ut (NASA).
Vi er enda nærmere å finne en tvillingplanet til Jorda. Romteleskopet som ikke slutter å imponere, Kepler, har nå funnet nye planeter som kan være svært like vår egen planetoase. Kepler-62e og Kepler-62f er bare litt større enn Jorda, og befinner seg i en avstand fra sin moderstjerne som gjør at de kan ha flytende vann på overflata. Spekulasjonene går allerede høyt om store hav og yrende liv. Hva vet vi om disse nye planetene? Hva kan vi forvente å finne ut?
Kepler og de passerende planetene
Romteleskopet Kepler er et NASA-prosjekt som er designet for nettopp å se etter planeter i bane rundt fjerne stjerner, såkalte eksoplaneter, og da spesielt eksoplaneter som kan ligne på Jorda i størrelse og temperatur. At teleskopet er i stand til å finne planeter er allerede demonstrert til fulle: 122 bekreftede planeter er allerede listeført. I tillegg har man til nå identifisert 2740 planetkandidater, observasjoner der man ennå ikke har fått bekreftet med sikkerhet at det faktisk dreier seg om en planet.
Av de allerede oppdagede planetene er det kanskje Kepler-22b som har fått mest oppmerksomhet så langt. Denne planeten, som vi også skrev om her på Kollokvium, ble i desember 2011 solgt inn som en kandidat til å være en jordtvilling.
Vel, de nye planetene som nå er oppdaget, er enda mer spennende enn Kepler-22b, og vi skal snart se hvorfor.
Planetene Kepler leter etter er små, mørke og langt unna. Å ta et bilde av en slik planet er dessverre helt umulig med det utstyret vi bruker i dag. Kepler observerer derfor ikke planeter direkte, men indirekte gjennom hvordan planetene påvirker lyset fra stjernene de går i bane rundt. Hver gang en planet passerer foran en stjerne, vil den blokkere litt av stjernelyset, akkurat som en mygg som flyr foran en billykt vil blokkere litt av lyset fra bilen. Så lenge planeten befinner seg foran stjerna, vil stjernelyset være litt svakere. Kepler overvåker et felt med rundt 170 000 stjerner, og leter etter slike små dupp i lysstyrken fra passerende planeter.
Kepler-teleskopet har målt demping i lyset fra stjerna Kepler-62 når de to planetene Kepler-62e og Kepler-62f har passert foran stjerna. Høyden på kurvene viser styrken på stjernelyset, og tiden er gitt langs x-aksen. Legg merke til at disse kurvene er bearbeidet og satt sammen av flere passasjer, og at de bare viser oppførselen stjernelyset akkurat i det planeten passerer. Legg merke til tallene på y-aksen. Lysstyrken fra stjerna går med med under 0,05% hver gang Kepler-62f passerer.
Hvor mye stjernelyset dempes, forteller oss hvor stor planeten er. Hvor ofte lyset dempes, forteller oss hvor lang tid planeten bruker på en runde rundt stjerna, noe som igjen forteller oss hvor langt unna stjerna den er. Tenk deg at du er langt utenfor solsystemet og observerer Sola fra en slik vinkel at Jorda vil passere rett foran solskiva. Ved å måle lyset fra Sola svært nøyaktig vil du da kunne se at sollyset bli 0,01% svakere hver 365. dag. Effekten er liten, men det er slike ørsmå lysdupp Kepler ser etter.
Beboelige planeter
Teknikken der man ser etter lysdupp gjør det lettest å finne store planeter med kort omløpstid. Disse demper stjernelyset mye, og de gjør det ofte. Men jo lenger Kepler observerer, jo flere planeter klarer den å finne som også er små og har en lang omløpstid. Det er bra, for hvis vi skal finne en planet som ligner på Jorda, ønsker vi oss en planet som er liten nok til at den er en steinplanet, og ikke en gassklump (slik mange av de store planetene er). I tillegg ønsker vi at den skal ha lang omløpstid. Lang omløpstid betyr stor avstand til modersjerna, noe som er viktig for at det ikke skal være for varmt til å ha flytende vann på overflata.
Men alt med måte. Vi ønsker ikke at planeten skal være så liten at den ikke klarer å holde på en atmosfære, eller så langt vekk fra stjerna at alt overflatevann vil fryse til is. Området rundt en stjerne der det er passe varmt for å ha flytende vann på en planetoverflate kalles gjerne den beboelige sonen. Når man leter etter en jordtvilling er det spesielt dette området som er spennende.
Kepler-22b, som altså ble presentert i 2011, ligger midt i den beboelige sonen til moderstjerna. Problemet med Kepler-22b er imidlertid at den er over dobbelt så stor som Jorda i diameter. Den kan være en stein- og havplanet som jorda, men det er sannsynlig at den er en langt kjedeligere gassplanet.
Våre nye planetvenner
Og med dette som bakteppe kan vi presentere de nye planetene som ble lagt frem i går.
Kepler-62-systemet sammenlignet med vårt eget solsystem. Den grønne ringen markerer den beboelige sonen. Siden Kepler-62 er en mindre stjerne enn sola, ligger den beboelige sonen her nærmere stjerna. Vi ser at både Kepler-62e og f er godt innenfor den grønne ringen.
Kepler-62f er, i størrelse, den mest jordlignende av de nye planetene. Planeten har en diameter som bare bare 40% større enn Jorda, noe som gjør det sannsynlig at det er en steinplanet. Den går i bane rundt en stjerne som er litt, men ikke dramatisk, mindre enn Sola, og har en omløpstid på 267 dager, noe som plasserer den i de ytre delene av den beboelige sonen. Med hjelp fra en drivhuseffekt, slik vi har på Jorda, er det ingen ting i veien for at det kan være flytende vann på overflata av planeten.
Men Kepler-62f er ikke alene. Det er også identifisert fire andre planeter i det samme planetsystemet. Én av disse, Kepler-62e, har en omløpstid på 122 dager og ligger også innenfor den beboelige sonen, noe lenger inn enn Kepler-62e. Kepler-62e er derfor antagelig varmere. Planeten har en diameter som er 60% større enn Jordas. Den er altså litt større enn Kepler-62f, men det er likevel sannsynlig at det er en steinplanet.
Kepler-62e får antagelig litt mer varmeinnstråling enn det Jorda gjør, mens Kepler-62f får litt mindre varmeinnstråling enn Jorda.
Astronomer med peiling på slikt spekulerer i at de to nye planetene kan være store vannverdener, dekket av enorme hav. Og der det er flytende vann, bør det også være brukbare muligheter for å utvikle liv.
Og som om ikke det var nok, ble det i går også presentert en tredje ny planet som ligger i den beboelige sonen: Kepler-69c. Denne er enda litt større enn Kepler-62e, og ligger helt i den innerste og varmeste delen av den beboelige sonen. Spennende, javisst, men den drukner kanskje litt i glansen fra de to planetene i Kepler-62-systemet.
Sammenligning av planetstørrelser. Fra venstre: Kepler-22b, Kepler-69c, Kepler-62e og Kepler-62f (NASA).
Så, er det liv der?
I prinsippet er det mulig å finne ut en god del om fjerne planeter.
Ved å studere spektrallinjer – kjemiske fingeravtrykk – fra lys fra planeter, kan man finne ut hva en eventuell atmosfære består av. Kanskje kan man også se spor av liv i form av gasser som er dannet av levende organismer. Å finne ut slike detaljer krever ekstremt gode observasjoner, og i dag klarer man bare å bestemme atmosfæresammensetningene grovt til noen store planeter. Her forventer man imidlertid å kunne gjøre mye bedre og mer presise observasjoner med nye teleskoper i årene som kommer, såpass gode at vi også vil kunne se etter kjemiske fingeravtrykk etter liv.
I tilfellene med Kepler-62 og Kepler-69 kan vi dessverre ikke regne med å kunne studere kjemiske fingeravtrykk. Stjerna Kepler-62 er 1200 lysår unna, noe som er rundt 300 ganger lenger vekk fra oss enn våre nærmeste nabostjerner. Med en slik avstand er analyser av planetatmosfærene dessverre umulig i overskuelig framtid.
Men det er også andre egenskaper ved planeter som det er mulig å avsløre. Ved å studere hvordan tyngdekreftene fra planeten trekker og rugger på moderstjerna, går det an å finne ut hvor massiv planeten er (altså, ikke bare størrelsen). Og kjenner vi massen, kan kan man si litt mer om hva planeten består av. Selv om denne teknikken er mye brukt i dag, er dessverre de nyoppdagede planetene så langt unna og så små, at man ikke har klart å bestemme massen med dagens utstyr.
Fremtidsutsiktene for å lære mer om de nyoppdagede planetene er altså ikke spesielt gode. Vi vet i dag hvor store planetene er, hvor langt unna moderstjernen sin de er, og omtrent hvor mye solinnstråling de får. Noe særlig mer kan vi dessverre ikke forvente å finne ut med det første. De er rett og slett for langt unna.
Dette hindrer selvfølgelig ikke folk i å fantasere. På space.com kan du lese om hvordan noen av forskerne bak planetoppdagelsene spekulerer i både flyvefisker og firbeinte vesener.
Hvorfor kan ikke planetene være litt nærmere oss?
Ja, ikke sant? Det er en drøss med stjerner som er nærmere oss enn de stjernene Kepler-teleskopet insisterer på å studere. Og ut i fra hvor mange planeter som oppdages av Kepler-teleskopet, er det også helt sikkert like spennende planeter som er mye nærmere oss enn de som er presentert her.
Kepler har valgt å studere fjerne stjerner for å kunne observere flest mulig stjerner mest mulig effektivt. Å finne flere spennende planeter som ligger nærme oss handler stort sett om økonomi og tid. Vi kan hvis vi vil, og vi kommer til å gjøre det med kommende eksperimenter, i første omgang med NASAs planlagte TESS. Kepler viser oss at de jordlignende planetene er der.
Lenker:
Vitenskapelig artikkel i Science (bak paywall)
Flere saker om eksoplaneter og liv i universet på Kollokvium
Kollokvium 
Og snart kommer TESS! 😀 http://www.newscientist.com/article/dn23359-nasas-next-exoplanet-hunter-to-launch-in-2017.html
Jepp 🙂 Og det burde jeg jo også nevnt (legger det inn nå). Godt noen tar ansvar når ESA droppa PLATO.
To spørsmål:
1) Så vidt jeg forstår, vil Kepler bare oppdage planeter som kretser i et plan som gjør at de kommer mellom oss og stjernen sin? Det må jo føre til at det er mange planeter man aldri vil oppdage?
2) Hvordan vet man at man observerer én planet og ikke flere? Er for eksempel instrumentet følsomt nok til at man kunne skille mellom venus og jorden dersom man observerte dem fra noen hundre lysårs avstand? Dersom man holder på lenge nok, kan man vel finne ut hvor mange planeter det er ved å sjekke hvor lang tid det går mellom hver «stjerneformørkelse», men på den annen side, kan man jo tenke seg at det er mange planeter i systemet? (Jeg klarer ikke helt å se for meg hvordan avstanden mellom planeten og stjernen påvirker i hivlken grad den skygger for solen, det har kanskje ikke så mye å si, siden den avstanden uansett er ufattelig mye mindre enn avstanden mellom oss og det vi observerer?)
Gode spørsmål!
1) Helt korrekt. Men siden Kepler følger med på så mange stjerner, er det likevel en god del planeter som har baner som bringer den rett foran planeten. Antallet planeter som ikke kan oppdages med denne metoden er mye større.
2) For at du skal være sikker på at det er en og samme planet, må Kepler observere at det passerer foran stjerna flere ganger. Passerer den to ganger, har du en omløpstid, og når det har passert tre ganger og fortsatt har samme omløpstid kan du være temmelig sikker på at det er den samme planeten. Kepler trenger å se tre passasjer for å kunne bekrefte en planet.
Dette kompliseres selvfølgelig i systemer med mange planeter (slik som i tilfellet Kepler-62), hvor du må vite hvilke lysdupp som tilsvarer hvilke planeter. Det man gjør er omtrent som når man analyserer en lyd for å finne de ulike frekvensene den består av. Hver planet går rundt stjerna med sin karakteristiske frekvens, og man kan analysere alle målingene man gjør av lysdupp, slik at man deler opp alle duppene i noen karakteristiske frekvenser (matematisk: en Fourier-transformasjon). De ulike frekvensene tilsvarer da omløpstiden til de ulike planetene. Men igjen, som du sier: Man må observere flere passasjer av samme planet for at dette skal fungere.
Et Kepler-aktig eksperiment kunne dermed skilt Venus og Jorda fra hverandre siden Venus ville hatt en høyere frekvens (kortere omløpstid) enn Jorda.
Vil ikke også varigheten av lysduppen (passasjen) variere med avstanden, slik at man kan skille på dette? Eller vil det faktisk være likt? Uansett har man også graden av formørking: en stor planet gir kraftigere dupp enn en liten.
Ellers er jo to passasjer med 100 dagers mellomrom ikke noe absolutt bevis for en planet med omløpstid 100 dager: det KAN være en planet med omløpstid 200 dager og en annen som tilfeldigvis akkurat denne gangen passerte midt imellom. Men det er flisespikkeri.
Eventuell eksentrisitet av banene er det vel ikke mulig å si noe om, man antar at de er kun moderat eksentriske slik som «våre» planeter?
Bjørn:
Her står vi ikke helt fast. Disse planetene som må ha en viss størrelse i forhold til sine stjerner for i det hele tatt å oppdages, antas å ha vært dannet av akresjonsskiver ved Kuypers protoplanet- teori. Og i den prosessen så sliter det seg til og blir rundt ved friksjon og varmgang før det sedimenteres som planeter, og restmaterialet blåses ut av solvinden. Sånn er det her i vårt solsystem, som vi kan tillate oss å legge til grunn for tenkningen.
Kristiansen
Under Venuspassasjenn i Frognerparken ble det også nevnt at slike passasjer gir enn mulig metode til å oppdage exoplaneter av jordens størrelse (Det var han entusiasten dere vet, som sa det), men bare med et blikk med soformørkelsesbriller måtte jeg slå fast at det er den værste instrumenterings og observasjons- oppgave og situasjon jeg noensinde har måttet se meg an først., Et ildhav med solflekker og så en slik liten rund ting som kommer og går en svært sjelden gang imellom, og svært usannsynlig at vi er i siktelinja. Men jeg fikk vite at en må satse og stole på statistikken,… Huff…!
Man kommer ofte bedre frem ved å tenke seg litt om og satse på og bruke det som det heller er rimelig å finne, og på å kunne bruke hva man egentlig finner i alle fall fordi, den som leter den finner. Og så må en designe og raffinere utstyret for det.
Så er det heller de radikale fremskritt i observasjonsteknikkene, og uventede og nye faglige lån og kløktige kombinasjoner av samme, som gjør at man finner ting som er verd å nevne eller å ta vare på.
Bevis: Ser man seg heller for og pirker litt forsiktig i det også, så vil man finne endel ting, også ganske uventede ting.
Det er det mye å si om. De leter og de graver på Mars og det er slett ikke så sikkert hva de vil finne, Men forberedelsene til dette som har vært drøftet og som er gjort på jordisk materiale, har allerede vist seg svært så nyttig i praksis, for mine enkle og for helt andre formål.
Moral: God forskning vil være nyttig i alle fall på en eller annen måte. Fordi man må se nøyere over grus og steinhaugene her fordi de driver med det samme på Mars. Og det ligner svært. Ved boreprøver har de klart å finne noe som ligner vanlig sedimentært fjell med innhold av gammalt bituminøst. kommer seg, kommer seg,….
Og så har jeg nytte av det for kritt og jernoxyd malerfarver,…
Det har også betydning for hvordan vi vurderer fjell og subbus som mulig blomsterbed.
NASA har vist et godt forbilde ved at man skjerper seg og trener her på jordisk materiale før man går løs på andre planeter. Da reiser man ikke forgjeves.
Og så er det denne beboelige sonen, der må vi kvalifisere oss på vann og gasser under bestråling i et passe gravitasjonsfelt med eventuelle drivhuseffekter.
Man kan drive med dataspill på PC og man kan drive med modeller og legoklosser, men det er viktigere å stikke fingeren i jorda og kjenne etter hvor en er hen og se nøyere opp for de reelle materialer og forhold her vi bor. Da kvalifiserer man seg bedre for å finne mulig liv i universet.
Det er Tycho Brahes prinsipp og gangsyn. Suspicio despiciendum, Skuende opp, skuer jeg ned. Og Despicio suspiciendum, skuende ned, skuer jeg opp.
Tilsvarende Macrochosmos in microchosmos og microchosmos in macrocosmos.
Ifølge Hermes Trismagistos fra Universitetet i Alexandria.
Kristiansen
(Takk for sist forresten, jeg traff ham på mimrefest Alumni, på fysisk sist lørdag)
Vi må føye til at siden alle de store gassplanetene i vårt solsystem har en bråta med måner og siden det stort sett bare er store gassplaneter man finner ellers, så kan disse månene være mer interessante og lovende enn eventuelle små steinplaneter, og man drøfter mulig liv endog på Jupiters og Saturns måner. Men dette har vært foreslått forlengst.
Og da kanskje vi ikke står så håpløst fast allikevel, for slike store gassplaneter extra-solært kan nærmest garanteres å trekke med seg en rad med måner også, under passasjene.
Så har det vært skreket opp om at man hadde klart spektroskopisk å påvise fritt oxygen i atmosfæren til en slik gassplanet. Der kom jeg til å tenke på at ikke bare fotosyntese men også stråling og solvind spalter vann til hydrogen og oxygen i de høyeste luftlag og hydrogenet er så lett at det forsvinner til rommet på planeter som er så store som jorden. Så der har vi altså en mulig feilkilde.
Rundt komet Kohutek ble det funnet at den dro med seg en enorm hydrogen- sky meget større enn halesystemet. Det finnes ved at det skygger for UV- lys og man må ut i rommet for å se det. Det samme ble gjenfunnet på Halleys og på Hale Bopp. Vi kan garantere at de ikke inneholder frossent hydrogen, så det er resultatet av skarp bestråling av hydrogenforbindelser sånn som is og vanndamp og tjære for eksempel.
Et viktig funn ved venuspassasjene var at på de beste bildene ser vi at Venus har en tynn atmosfære som sees fra skylaget og langt oppover i gjennomfallende lys,, en svak skygge for sola som avtar og fortynnes efter Bolzmanns barometerlov. Da er det håp om spektrometri under passasjer for extrasolare planeter.
En berømt historie sier at ved å måle hvor fort lyset avdempes og forsvinner under Jupiters okkultasjon av en stjerne hadde man funnet en molekylvekt på 3.3 øverst i Jupiters atmosfære, og kunne lett regne seg til at det betyr hydrogen med så og så mange prosent helium.
Det står i Bakers Astronomy fra 1959, og skal være gjort i 1952.
Det er sånne effekter og ting man må ha i tankene hvis man skal finne opp nye målemetoder.