Mennesker har spekuleret om deres eksistens i tusinder af år, men vores er den første generation, der med sikkerhed ved, at eksoplaneter virkelig er derude.
Mælkevejen, vores egen galakse, strækker sig over himlen over La Silla-teleskopet i Chile. Skjult inde i vores egen galakse er billioner af planeter, der mest venter på at blive fundet. Billede via ESO / S. Brunier.
Af Pat Brennan, NASAs Exoplanet Exploration Program
Gå udenfor på en klar nat, og du kan være sikker på noget, som vores forfædre kun kunne forestille sig: Hver stjerne, du ser, er sandsynligvis vært for mindst en planet.
Verdenerne, der kredser om andre stjerner, kaldes exoplaneter, og de findes i en bred vifte af størrelser, fra gasgiganter større end Jupiter til små, klippefyldte planeter, der er lige så store rundt som Jorden eller Mars. De kan være varme nok til at koge metal eller låses i dyb fryse. De kan omgås deres stjerner så tæt, at a år varer kun et par dage; de kan bane om to solskinner på én gang. Nogle eksoplaneter er solløse roguer, der vandrer gennem galaksen i permanent mørke.
Den galakse, Mælkevejen, er den tykke strøm af stjerner, der skærer over himlen på de mørkeste, klareste nætter. Dens spiralformede vidde indeholder sandsynligvis omkring 400 milliarder stjerner, vores sol blandt dem. Og hvis hver af disse stjerner ikke kun har en planet, men ligesom vores, et helt system af dem, er antallet af planeter i galaksen virkelig astronomisk: Vi er allerede på vej ind i billionerne.
Denne stenede superjord er en illustration af den type planeter, som fremtidens teleskoper, som TESS og James Webb, håber at finde uden for vores solsystem. Billede via ESO / M. Kornmesser
Vi mennesker har spekuleret om sådanne muligheder i tusinder af år, men vores er den første generation, der med sikkerhed ved, at eksoplaneter virkelig er derude. Faktisk vej derude. Vores nærmeste nabostjerne, Proxima Centauri, blev for nylig fundet at have mindst en planet - sandsynligvis en stenet. Det er 4,5 lysår væk - mere end 25 billioner km (40 billioner km). Hovedparten af eksoplaneter, der er fundet indtil videre, er hundreder eller tusinder af lysår væk.
Den dårlige nyhed: Vi har endnu ingen måde at nå dem på, og vi vil ikke efterlade fod på dem når som helst snart. Den gode nyhed: Vi kan se på dem, tage deres temperaturer, smage på deres atmosfærer og måske en dag snart opdage livstegn, der kan være skjult i pixel af lys fanget fra disse svage, fjerne verdener.
Den første exoplanet, der brast over verdenscenen, var 51 Pegasi b, en varm Jupiter 50 lysår væk, der er låst i en fire-dages bane omkring dens stjerne. Vandskudsåret var 1995. Eksplaneter blev pludselig en ting.
Når en planet passerer direkte mellem sin stjerne og en observatør, dæmper den stjernens lys med en målbar mængde. Video via NASA / JPL-Caltech
Men et par tip var allerede kommet frem. En planet nu kendt som Tadmor blev opdaget i 1988, skønt opdagelsen blev trukket tilbage i 1992. Ti år senere viste flere og bedre data endeligt, at den virkelig var der trods alt.
Og et system med tre pulsarplaneter var også blevet påvist i begyndelsen af 1992. Disse planeter kredsede om en pulsar omkring 2.300 lysår væk. Pulsarer er de høje tæthed, hurtigt roterende lig af døde stjerner, som rækker planeter i kredsløb omkring dem med svævende stråleranser.
Nu lever vi i et univers af eksoplaneter. Antallet af bekræftede planeter er 3.700 og stiger. Det er kun fra en lille prøveudtagning af galaksen som helhed. Tællingen kunne stige til titusinder inden for et årti, når vi øger antallet og observerer magten af robotteleskoper, der løftes ud i rummet.
Hvordan kom vi hit?
Vi står på et bundfald af videnskabelig historie. Tidspunktet for tidlig efterforskning og den første bekræftede eksoplanet-detektion, giver plads til den næste fase: skarpere og mere sofistikerede teleskoper, i rummet og på jorden. De vil gå bredt, men også bore ned. Nogle får til opgave at tage en stadigt mere præcis befolkningstælling af disse fjerntliggende verdener og negle deres mange størrelser og typer. Andre vil foretage en nærmere undersøgelse af individuelle planeter, deres atmosfære og deres potentiale til at rumme en form for liv.
Direkte billeddannelse af eksoplaneter - det vil sige faktiske billeder - vil spille en stadig større rolle, skønt vi er nået til vores nuværende videnstilstand for det meste gennem indirekte midler. De to hovedmetoder er afhængige af wobbles og skygger. Wobble-metoden, kaldet radial hastighed, holder øje med de fortællende ryster af stjerner, når de trækkes frem og tilbage af tyngdekraften fra en kredsende planet. Størrelsen på vuggen afslører vægteller masse af planeten.
Denne stemningsfulde film af fire planeter, der er mere massiv end Jupiter, der kredser om den unge stjerne HR 8799, er en sammensætning af slags, herunder billeder taget over syv år på W.M. Keck-observatorium på Hawaii. Billede via Jason Wang / Christian Marois.
Denne metode producerede de allerførste bekræftede eksoplanetdetektioner, inklusive 51 Peg b i 1995, opdaget af astronomerne Michel Mayor og Didier Queloz. Jordteleskoper ved hjælp af metoden med radial hastighed har opdaget næsten 700 planeter indtil videre.
Men langt de fleste eksoplaneter er fundet ved at søge efter skygger: den utroligt lille dukkert i lyset fra en stjerne, når en planet krydser sit ansigt. Astronomer kalder denne krydsning en transit.
Størrelsen på dukkert i stjernelys afslører, hvor stor omkring den transiterende planet er. Ikke overraskende er denne søgning efter planetariske skygger kendt som transitmetode.
NASAs Kepler-rumteleskop, der blev lanceret i 2009, har fundet næsten 2.700 bekræftede exoplaneter på denne måde. Nu i sin K2-mission opdager Kepler stadig nye planeter, selvom dens brændstof forventes at løbe tør snart.
Hver metode har sine plusser og minuser. Wobble-detektioner giver planetens masse, men giver ingen information om planetens omkrets eller diameter. Transitdetektioner afslører diameteren, men ikke massen.
Men når flere metoder bruges sammen, kan vi lære de vitale statistikker over hele planetariske systemer - uden nogensinde direkte at afbilde planeterne selv. Det hidtil bedste eksempel er TRAPPIST-1-systemet ca. 40 lysår væk, hvor syv groft planeter i jordstørrelsen kredser om en lille, rød stjerne.
TRAPPIST-1-planeterne er blevet undersøgt med jord- og rumteleskoper. De rumbaserede undersøgelser afslørede ikke kun deres diametre, men den subtile tyngdekraftpåvirkning, som disse syv tætpakkede planeter har på hinanden; ud fra dette bestemte forskere hver planetes masse.
Så nu kender vi deres masser og deres diametre. Vi ved også, hvor meget af den energi, der udstråles af deres stjerne, rammer disse planeteres overflader, så forskere kan estimere deres temperaturer. Vi kan endda foretage rimelige skøn over lysniveauet og gætte på himmelens farve, hvis du stod på en af dem. Og selvom meget stadig er ukendt om disse syv verdener, herunder om de har atmosfærer eller oceaner, isark eller gletsjere, er det blevet det mest kendte solsystem bortset fra vores eget.
Hvor er vi på vej hen?
Den næste generation af rumteleskoper er over os. Først op var onsdagens lancering af TESS, den transiterende exoplanet-undersøgelsessatellit. Dette ekstraordinære instrument vil tage en næsten fuld himmelundersøgelse af de tættere, lysere stjerner for at se efter transiterende planeter. Kepler, fortidens mester over transiter, overfører opdagelseslommelygten til TESS.
TESS vil på sin side afsløre de bedste kandidater til et nærmere kig med James Webb-rumteleskopet, der i øjeblikket er planlagt til lancering i 2020. Webb-teleskopet, der implementerer et kæmpe, segmenteret, lysopsamlende spejl, der kører på et helvedesild platform, er designet til at fange lys direkte fra planeterne selv. Lyset kan derefter opdeles i et flerfarvet spektrum, en slags stregkode, der viser, hvilke gasser der findes i planetens atmosfære. Webbs mål kan omfatte superjord, eller planeter, der er større end Jorden, men mindre end Neptune - nogle der kunne være stenede planeter som superstore versioner af vores egne.
En illustration af de forskellige missioner og observatorier i NASAs exoplanet-program, både nutid og fremtid. Billede via NASA.
Der vides lidt om disse store planeter, herunder om nogle måske er egnede til livet. Hvis vi er meget heldige, viser måske en af dem tegn på ilt, kuldioxid og metan i dens atmosfære. En sådan blanding af gasser vil minde os stærkt om vores egen atmosfære og muligvis indikere livets tilstedeværelse.
Men jagt på jordlignende atmosfærer på eksoplaneter i jordstørrelse bliver sandsynligvis nødt til at vente på en fremtidig generation af endnu mere magtfulde rumføler i 2020 eller 2030'erne.
Takket være Kepler-teleskopets statistiske undersøgelse ved vi, at stjernerne ovenfor er rige på planetariske ledsagere. Og når vi stirrer op på nattehimmelen, kan vi være sikre på ikke kun et stort antal exoplanet-naboer, men også noget andet: Eventyret er lige begyndt.
Nederste linje: Verden, der kredser om andre stjerner, kaldes exoplaneter. Hvordan vi ved, at de er derude, plus potentialet for at finde mere via den nyligt lancerede TESS-mission.