Exoplaneter: Slik søker vi etter en ny jord

En stjerne skjulter ubetydelig fra oss når vi stirrer opp på nattehimmelen. Små, uregelmessige svingninger i dens lys forteller en historie som mennesker har drømt om i tusenvis av år. Noen ganger, kanskje mange ganger, går en planet mellom stjerna og oss. Den stjerna må ikke være vår sol, og den planeten må ikke mangle vann og atmosfære. For hver svingning astronomene måler, blir muligheten for at vi er alene mindre og mindre.

I dag finnes det over 5600 funne exoplaneter rundt andre stjerner enn vår egen sol. Det tallet vokser hver uke med nye funn. Noen av dem er glødende hete kjempeplaneter av gass som roterer rundt sine stjerner på få dager. Andre ligger akkurat passe langt fra sin stjerne til at det kunne finne væsken vann, og kanskje liv. Alle sammen forteller de oss noe nytt om universet og vår 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 stjerneens lys. Det er et forsøk som accelererer raskere enn noe annet felt innen astronomi.

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 oss. Bare stjernene var sterke nok til å se. Ingen hadde det verktøyet til å oppdage verden rundt stjernene, og mange trodde at sol og jord var unike i hele universet.

Det endret seg dramatisk i 1992 da astronomer fant de første exoplanetene rundt en pulsar, en død stjerne som roterer raskt rundt sin egen akse. Fire år senere oppdaget de den første planeten rundt en stjerne som vår egen sol, rundt stjernen 51 Pegasi som ligger bare 47 lysår unna oss. I dag, bare tre tiår senere, vet vi at de fleste stjerner har planeter. Noen stjerner har flere av dem. I et lite område av himmelen der teleskopet Kepler så på 150 000 stjerner i løpet av ni år, fant det over 2 600 exoplaneter.

Teknologien som gjorde det mulig var en kombinasjon av finere teleskoper, sensitiver 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 oss, blir stjerna litt mørkere på en måte vi kanskje kunne måle.

Slik finner astronomer dem

Det finnes flere måter å finne en exoplanet på. Den viktigste er transit-metoden, som bygger på det enkleste av all observasjon: ser du en stjernes lys bli svakere? Hvis en planet går rett foran stjerna sett fra jorda, blokkerer den litt av lyset — som en hånd foran ei lommelykt. De beste teleskopene kan måle en endring i lys på bare en prosent. Når planeten har gått forbi, blir stjernen lysere igjen. Mønsteret gjentar seg hver gang planeten krysser foran stjernen.

Med radialhastighet-metoden måler astronomer hvordan en planets tyngde tuller og trekker på sin stjerne. En stjerne med en stor planet omkring blir dratt litt mot oss, så dra litt fra oss, igjen og igjen. Vi måler bevegelsen som en liten endring i stjerneens farge — Doppler-effekten, den samme kraften som gjør at en ambulanse sin sirene blir høyere når den kommer mot deg, og lavere når den kjører fra deg og forsvinner.

Andre metoder er direkte avbildning — fotografering av planeten selv — og gravitasjonslinse-effekten, der massen fra en stjerne og en planet bøyer lyset fra større, fjernere kilder, som en gigantisk lupe på himmelen. Alle metodene forteller en annen del av historien. Sammen gir de oss et tredimensjonalt bilde av verden rundt andre stjerner som aldri før.

Tallene som viser jakten på exoplaneter

Exoplanetenes rike mangfold kan uttrykkes i tall som viser hvor vanlig eller sjelden de er, og hvor raskt feltet vokser.

Et system som ligner på vår egen

Astronomene hadde lenge drømt om et stjernesystem som lignet vår egen: en liten røde stjerne omgitt av flere små, faste planeter som ikke oppførte seg som kjempeplaneter. I 2016 fant de det. Stjernen heter TRAPPIST-1, den ligger 39 lysår unna, og den har minst sju planeter omkring seg. Tre av dem — TRAPPIST-1e, f og g — ligger i habitabilitetssonen, det området omkring stjernen hvor en planet kunne være varm nok for væske vann men ikke så varm at vannet fordamper helt.

TRAPPIST-1-systemet har blitt et testlab for hvordan vi skal søke etter liv på andre planeter. Systemet er perfekt for det: det ligger nær nok til at det beste teleskopet vårt, James Webb Space Telescope, kan studere atmosfæren på planetene og se hvilke gasser som finnes der. Hvis atmosfæren inneholder gasser som vann og oksygen og metan sammen, kunne det tyde på at noe biologisk prosess skjer på overflaten eller i havet.

Planetene omkring TRAPPIST-1 er blitt målestokker for hva som skal til for at en verden skal kunne huse liv slik vi kjenner det — litt vann, en atmosfære, en viss mengde energi fra stjernen som drivkraft for kjemisk eller biologisk aktivitet.

Hva ledende astronomer sier

Fra profesjonelle forskere som bruker sitt arbeidsliv på å finne og studere exoplaneter kommer ord som viser både entusiasme og vitenskapelig stringens:

Habitabilitetssonen — området for liv

Habitabilitetssonen er en av de viktigste konseptene i søken etter potensielle hjem for liv. Det er området omkring en stjerne hvor en planet kunne være varm nok til at vann forblir som væske — ikke iskaldt fast is eller kokende damp. Området varierer dramatisk avhengig av hvor varm stjernen er. En stor, varm stjerne som vår sol vil ha habitabilitetssonen lengre unna — omkring 1,5 ganger avstanden fra jorden til solen. En liten, kald rød dverg som TRAPPIST-1 har habitabilitetssonen tettere innpå.

Det finnes over 300 exoplaneter kjent i dag som ligger i habitabilitetssonen omkring sin stjerne. Det høres kanskje ikke så mange ut, men for bare en tiår siden var tallet nær null. Tallet vokser raskt hver måned. Hver gang en ny kartlegging av himmelen er ferdig, blir flere planeter lagt til listen over kandidater. Ikke alle vil være habitabile — noen kunne ha eksotisk kjemi eller ekstrem væreforhold som gjør det umulig. Men sjansen er der.

En planet i habitabilitetssonen er ikke en garanti for liv. Venus ligger teknisk innenfor solens habitable-sone, men overflaten er 460 grader — vann ville fordampe på sekunder. Mars ligger på kanten av sonen, men har knapt atmosfære og er for kald. Habitabilitetssonen er ikke et magisk grenseland — det er bare ett område der én av millioner betingelser for liv er til stede.

Seks tegn på habitabilitet

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

• Temperaturintervall: Planeten må ligge i sonen hvor væsken vann kan eksistere, omkring 0 til 100 grader Celsius eller under andre betingelser som tillater alternative løsemidler.
• Atmosfær: Spektrografen bør finne komplekse gassammensetninger som oksygen, metan og karbondioksid sammen, som kan tyde på biologisk aktivitet.
• Solid overflate: Planeten bør ikke være en gaskjempe, men ha fast materie eller dype hav hvor liv kunne etablere seg og finne beskyttelse.
• Magnetfelt: Et sterkt magnetfelt kan beskytte atmosfæren mot solstråling og solvinden, som en gang stjal Mars sin atmosfær.
• Stabilitet: Planeten må ha vart i samme bane i hundretalls millioner år, ikke utsatt for hyppige kollisjoner eller kaotiske baner.
• Avstand fra stjerna: Hvis planeten ligger for nær stjernen, kan tidevannkrefter låse den slik at én side vender alltid mot stjernen, og én side vender alltid bort.

Norske astronomer i jakten

Norge har sitt eget bidrag til jakten på exoplaneter og søken etter liv. Universitetet i Oslo og Universitetet i Bergen forsker begge på exoplaneter og deres egenskaper. Norske astronomer har vært med på flere viktige oppdagelser og publisert tusenvis av forskningsartikler. Institutet for teoretisk astrofysikk ved UiO har modellert hvordan atmosfærer på exoplaneter utvikler seg, og hva som skjer når en planet ligger så nær sin stjerne at den blir oppvarmet til ekstreme temperaturer.

En norsk forskergruppe arbeider også med data fra Europaisk Sørastronomisk Observatorium i Chile — de samme teleskopene som oppdaget flere av de første exoplanetene rundt sol-lignende stjerner. Norske forskere bruker disse teleskopene til å gjøre spektroskopiske målinger av stjerners bevegelse, som avslører at det finnes planeter omkring dem. Norge er også partner i det internasjonale Vera C. Rubin Observatory i Chile, som fra 2025 skal kartlegge hele sørlig halvkule hver tredje natt.

Selv om Norge er et lite land med en liten astronom-forsamling sammenlignet med USA eller Tyskland, er bidraget vårt viktig fordi det er spesialisert. Norske computer-algoritmer og matematikk hjelper til med å sortere massive mengder stjerneddata, og norsk teori hjelper til med å forstå hva dataene betyr.

Statistikk som viser progresjon

Tallene fra søken etter exoplaneter viser både hvor raskt feltet vokser og hvor store mulighetene er.

James Webb endrer alt

Da James Webb Space Telescope skuet opp på himmelen i 2022, trodde mange astronomer at de skulle måtte vente lenge før det teleskopet kunne være nyttig for exoplanetforskningen. Teleskopet var designet primært til å se de eldste galaxene i universet og de første stjernene, ikke små planeter rundt fjerne stjerner langt unna. Men det James Webb gjorde — og gjør — er å se atmosfæren på exoplaneter med en presisjon som tidligere var helt umulig.

I mars 2023 rapporterte astronomer at James Webb hadde detektert karbondioksid i atmosfæren på planeten K2-18b, en planet mindre enn Neptun omkring 111 lysår unna. Det var første gang vi oppdaget en spesifikk gass som ligger på en planet omkring en annen stjerne. Det hadde vi ikke kunnet gjøre før — tidligere teleskoper kunne se at det var noe der i spektret, men ikke hva det var eller hvor mye.

Denne evnen endrer søken etter liv dramatisk. Fra å spørre «finnes det en habitabel planet?» kan vi nå spørre «hva er i atmosfæren på denne planeten, og kunne det kommet fra biologisk aktivitet eller kjemiske prosesser?» James Webb skal observere omkring 25 exoplaneter i detalj i løpet av sitt arbeidsliv, og hver observasjon kan fortelle oss enormt mye.

Håp og muligheter fremover

Andre astronomer som ligger tett på utviklingen av nye metoder og teleskoper, deler sin optimisme om hva som kommer de neste årene:

Misforståelser som bør ryddes vekk

Folk har mange misforståelser om exoplaneter og søken etter dem. En av de største er at vi snart skal kunne se liv på andre planeter direkte med teleskoper. I virkeligheten er det en astronomisk avstand vi snakker om — når vi ser på en exoplanet, ser vi ikke detaljer på overflaten, men bare gjennomsnittlige egenskaper ved hele planeten. Vi ser ikke bygninger, vegetasjon eller teknologi. Det beste vi kan håpe på er at spektrografen avslører at det finnes noe i atmosfæren som ikke burde være der — en «biomarkør».

En annen misforståelse er at mennesker snart skal reise til en exoplanet innen få år eller tiår. I virkeligheten er den nærmeste potensielt habitabile exoplaneten 39 lysår unna — det er omkring 35 ganger avstanden fra jorda til solen. Med dagens teknologi ville en romferd dit ta 600 000 år eller mer. Selv om vi hadde en rakett som kunne gå på en prosent av lyshastigheten — noe vi ikke har — ville det ta 4 000 år.

Men den tredje misforståelsen er kanskje den viktigste å korrigere: at jakten på exoplaneter ikke spiller noen rolle fordi vi har jorda allerede. I virkeligheten gir jakten på exoplaneter oss ikke bare muligheten til å finne et nytt hjem — det gir oss et perspektiv på vår egen planet som vi ikke hadde før. Vi forstår bedre hvor spesiell og sjelden og verdifull jorda egentlig er.

Hva kan du gjøre nå?

Hvis du er fascinert av exoplaneter og søken etter liv, finnes det konkrete måter å engasjere deg på. Først: last ned NASAs exoplanet-app eller besøk nettsiden exoplanetexplorer.org, som viser deg alle kjente exoplaneter kartlagt på en interaktiv himmelkart. Du kan zoome inn på spesifikke stjerner, lese detaljert om planetene omkring dem, og sette deg inn i hva astronomene vet om dem. Det er et gratis verktøy som bruker faktiske vitenskapelige data fra dedikerte forskningsmiljøer.

For det andre: Hvis du eier et teleskop, eller har tilgang til ett, kan du selv observere flere stjerner hvor exoplaneter er kjent å kretse. I Nordaksial ligger stjernen 51 Pegasi — hjemstaden for den første exoplaneten omkring en sol-lignende stjerne — omtrent høy på himmelen ved høsten. Et veldig godt amatørteleskop kan ikke se planeten selv, men du kan se stjernen som planet kretser omkring, og tenke på at den har en verden omkring seg.

For det tredje: Følg med på hva James Webb Space Telescope oppdager. Teleskopet publiserer bilder og funn regelmessig, og mange observasjoner av interessante exoplaneter skal komme de neste årene. NASAs nettsider oppdateres konstant med nye funn og tolkninger. Selv om du ikke er astronom, kan du lese sammenfattinger av hva som er oppdaget, og bli en del av det globale samtalen om den største spørsmål av alle: Er vi alene i universet?