Eksoplaneter: Slik søker astronomer etter en ny jord

En stjerne skjuler seg for betrakteren når man stirrer opp på nattehimmelen. Små, uregelmessige svingninger i dens lys forteller en historie som mennesker har drømt om i tusenvis av år. Noen ganger går en planet mellom stjernen og jorden. Den stjernen trenger ikke å være solen, og planeten trenger ikke å mangle vann og atmosfære. For hver svingning astronomene måler, blir muligheten for at menneskeheten er alene mindre og mindre.

I dag finnes det tusenvis av funne eksoplaneter rundt andre stjerner enn solen. Ifølge Store norske leksikon var det i mars 2022 registrert 5000 bekreftede eksoplaneter. Noen av dem er glødende, hete gasskjemper som kretser rundt sine stjerner på få dager. Andre ligger i en avstand hvor det kunne finnes vann i flytende form. Alle sammen forteller noe nytt om universet og menneskenes plass i det.

Jakten på en ny jord har gått fra drøm til vitenskap. Den skjer ikke med rakett og romskip — ennå — men med teleskoper, spektrografer og matematikk. Mennesker sitter i observatorier over hele verden, både på jorden og i verdensrommet, og måler små endringer i stjernenes lys.

Fra drøm til oppdagelse

Da folk i gamle dager stirret opp på stjernehimmelen og laget seg historier om andre verdener, hadde de ingen mulighet til å vite at de hadde rett. Planeter rundt andre stjerner måtte være usynlige — så fjerne at ikke engang lyset fra dem kunne nå jorden. Bare stjernene var sterke nok til å se. Ingen hadde verktøyet til å oppdage verdener rundt stjernene, og mange trodde at sol og jord var unike i universet.

Det endret seg dramatisk da astronomer i 1995 fant den første eksoplaneten rundt en stjerne av samme type som Sola, ifølge Store norske leksikon. Planeten går i bane rundt stjernen 51 Pegasi. Ifølge Store norske leksikon ble oppdagerne tildelt halvparten av Nobelprisen i fysikk for 2019 for denne oppdagelsen. I årene etter har antallet kjente planeter økt raskt. Romobservatoriet Kepler observerte over 100 000 stjerner og fant 2662 eksoplaneter før det ble slått av i 2018, ifølge Store norske leksikon.

Teknologien som gjorde det mulig var en kombinasjon av finere teleskoper, mer sensitive detektorer og smart databehandling. Men det startet med ett enkelt spørsmål som astronomer stilte for hundre år siden: hvis en planet går mellom sin stjerne og jorden, blir stjernen litt mørkere på en måte man kanskje kunne måle.

Slik finner astronomer dem

Det finnes flere måter å finne en eksoplanet på. Den viktigste er transittmetoden, som bygger på det enkleste av all observasjon: ser du en stjernes lys bli svakere? Hvis en planet går rett foran stjernen sett fra jorden, blokkerer den litt av lyset. Når planeten har gått forbi, blir stjernen lysere igjen. Mønsteret gjentar seg hver gang planeten krysser foran stjernen. Romobservatoriet Kepler gjorde slike transittmålinger med så stor nøyaktighet at planeter på størrelse med Jorden er blitt oppdaget. For en planet på størrelse med Jorden i bane rundt en sollignende stjerne er reduksjonen i lysstyrke mindre enn 0,01 prosent, ifølge Store norske leksikon.

Med radialhastighetsmetoden måler astronomer hvordan en planets tyngde trekker på sin stjerne. En stjerne med en stor planet omkring blir dratt litt mot jorden, så litt fra jorden, igjen og igjen. Bevegelsen måles som en liten endring i stjernens farge — Doppler-effekten, den samme effekten som gjør at en ambulanse sin sirene blir høyere når den kommer nærmere, og lavere når den kjører bort og forsvinner. Store norske leksikon beskriver hvordan spektrallinjene i lyset fra stjernen forskyves vekselvis mot blått og rødt. Slik avslørte man for eksempel en planet med to tredjedeler av Saturns masse rundt stjernen Gliese 86, som ligger 112 lysår fra Sola, ifølge Store norske leksikon.

Andre metoder er direkte avbilding og astrometri. Fomalhaut b ble fotografert fra Hubble-romteleskopet i 2004 og 2006, ifølge Store norske leksikon, og stjernen ligger om lag 25 lysår fra Jorden. Astrometri innebærer svært nøyaktige målinger av de ørsmå svingningene en stjerne tegner på himmelen når en planet trekker på den. Alle metodene forteller en annen del av historien. Sammen gir de astronomene et tredimensjonalt bilde av verden rundt andre stjerner.

Tallene som viser jakten på eksoplaneter

Ifølge Store norske leksikon var det registrert 5000 bekreftede eksoplaneter i mars 2022. Kepler observerte 530 506 stjerner og oppdaget 2662 eksoplaneter, ifølge Store norske leksikon. I tillegg har TESS bidratt med nye funn, blant annet 75 eksoplaneter i sitt første år, ifølge Store norske leksikon.

Planeter rundt andre stjerner

Astronomer har funnet mange ulike systemer med planeter i bane rundt andre stjerner. Noen stjerner har flere planeter. Observasjoner av protoplanetariske skiver tyder på at dannelse av planeter rundt stjerner er relativt vanlig i universet, ifølge Store norske leksikon.

De fleste bekreftede eksoplanetene er oppdaget med data fra romobservatoriet Kepler, men også teleskop ved European Southern Observatory i Chile og Keck 1 på Hawaii har bidratt, ifølge Store norske leksikon. Avstandene fra Jorden til de bekreftede eksoplanetene varierer fra omtrent fire til flere tusen lysår.

Forskning på eksoplaneter

Profesjonelle forskere bruker arbeidslivet på å finne og studere eksoplaneter. Arbeidet krever både entusiasme og vitenskapelig stringens. Nye oppdagelser kommer til stadighet etter hvert som teleskoper og metoder blir bedre.

Habitabilitetssonen — området for liv

Habitabilitetssonen er et av de viktigste konseptene i søken etter potensielle hjem for liv. Det er området rundt en stjerne hvor en planet kan være varm nok til at vann forblir i flytende form — ikke iskaldt fast is eller kokende damp. Området varierer avhengig av hvor varm stjernen er. En stor, varm stjerne vil ha habitabilitetssonen lengre unna, mens en liten, kald stjerne har den tettere innpå.

En planet i habitabilitetssonen er ikke en garanti for liv. Andre forhold som atmosfære, magnetfelt og kjemisk sammensetning spiller en stor rolle for om liv kan oppstå eller vedlikeholdes. Astronomer studerer derfor mange egenskaper ved en planet før de vurderer om den kan være beboelig.

Tegn på habitabilitet

Når astronomer undersøker en eksoplanet nøyere, ser de etter flere konkrete tegn som kan indikere at liv er mulig.

• Temperaturintervall: Planeten bør ligge i sonen hvor vann kan eksistere i flytende form.
• Atmosfære: Spektrografi kan avsløre hvilke gasser som finnes i atmosfæren, noe som gir hint om planetens historie og mulige prosesser.
• Solid overflate: Planeten bør ikke være en gasskjempe, men ha fast materie eller dype hav hvor liv kunne etablere seg.
• Magnetfelt: Et sterkt magnetfelt kan beskytte atmosfæren mot stråling og partikler fra stjernen.
• Stabilitet: Planeten bør ha en bane som er stabil over lang tid, uten hyppige kollisjoner eller kaotiske endringer.
• Avstand fra stjernen: Hvis planeten ligger for nær stjernen, kan tidevannskrefter låse den slik at én side alltid vender mot stjernen.

Norske astronomer i jakten

Norske universiteter og forskningsmiljøer følger utviklingen innen eksoplanetforskning. Studenter og forskere kan bidra til analyse av data fra romobservatorier og til teoretisk modellering av planetsystemer.

Norge deltar i internasjonale forskningsnettverk som gir tilgang til data fra teleskoper over hele verden. Dette gjør at norske miljøer kan studere stjerner og planeter selv om landet ikke har de største teleskopene selv.

Statistikk som viser progresjon

Ifølge Store norske leksikon kan det se ut som om hver stjerne i galaksen i gjennomsnitt har minst 1,6 planeter, og at 5,4 prosent av stjernene har planetkandidater på størrelse med Jorden. Slike tall viser at planeter er vanlige i universet.

James Webb endrer alt

James Webb-romteleskopet ble sendt opp i 2021, og de første observasjonene ble offentliggjort 12. juli 2022, ifølge Store norske leksikon. Teleskopet er oppkalt etter James E. Webb (1906–1992), som ifølge Store norske leksikon var NASAs andre leder. Det drives i et internasjonalt samarbeid, først og fremst med den europeiske romorganisasjonen ESA og den kanadiske romorganisasjonen CSA.

Teleskopet har et primærspeil på omtrent 6,5 meter, sammenlignet med Hubbles 2,4 meter, ifølge Store norske leksikon. Oppsamlingsarealet er omtrent 25 kvadratmeter, nesten sju ganger større enn Hubble-romteleskopets, ifølge Store norske leksikon. Det befinner seg i bane rundt Lagrange-punkt 2, omtrent 1,5 millioner kilometer utenfor Jorden, ifølge Store norske leksikon.

James Webb kan studere atmosfærene på eksoplaneter med høy presisjon. For eksempel er det gjort observasjoner av den transitterende eksoplaneten WASP-39b, hvor modeller tyder på en atmosfærisk metallisitet på 1–100 ganger solens, ifølge en studie i Nature.

Fremtidige muligheter

Utviklingen av nye metoder og teleskoper gir grunn til optimisme. Med instrumenter som James Webb kan astronomene studere atmosfærene på kjente eksoplaneter i detalj. Dette kan gi svar om kjemien på disse verdenene, og kanskje en dag også om biologisk aktivitet.

Misforståelser som bør ryddes vekk

Folk har mange misforståelser om eksoplaneter og søken etter dem. En av de største er at det snart skal være mulig å se liv på andre planeter direkte med teleskoper. I virkeligheten er avstandene enorme. Når astronomene ser på en eksoplanet, ser de ikke detaljer på overflaten, men bare gjennomsnittlige egenskaper ved hele planeten. De ser ikke bygninger, vegetasjon eller teknologi. Det beste man kan håpe på er at spektrografen avslører gasser i atmosfæren som ikke burde være der — en mulig biomarkør.

En annen misforståelse er at menneskene snart skal reise til en eksoplanet innen få år eller tiår. I virkeligheten er selv den nærmeste kjente stjernen med planeter mange lysår unna. Med dagens teknologi ville en slik reise ta langt lengre tid enn et menneskeliv. Selv med langt raskere fart ville reisen vare i tusenvis av år.

Den tredje misforståelsen er at jakten på eksoplaneter ikke spiller noen rolle fordi jorden allerede finnes. I virkeligheten gir jakten ikke bare muligheten til å finne nye verdener, men også et perspektiv på denne planeten som man ikke hadde før. Menneskene forstår bedre hvor spesiell og verdifull jorden egentlig er.

Hva kan man gjøre nå?

Hvis en er fascinert av eksoplaneter og søken etter liv, finnes det måter å engasjere seg på. Det er mulig å følge med på offentlige observasjonsprogrammer fra romobservatorier som Kepler, TESS og James Webb. Mange funn publiseres åpent og kan utforskes på nettet.

Hvis en eier et teleskop, eller har tilgang til ett, kan en selv observere stjernene som har kjente eksoplaneter. Et amatørteleskop kan ikke se planeten selv, men en kan se stjernen den kretser omkring, og tenke på at den har en verden rundt seg.

Det er også mulig å lese sammenfatninger av nye funn på nettsidene til NASA og andre romorganisasjoner. Selv om en ikke er astronom, kan en bli en del av den globale samtalen om det store spørsmålet: Er menneskeheten alene i universet?