Kun katsot taivasta kirkkaana yönä, voit olla varma siitä, mitä esi-isämme eivät edes epäillä: ainakin yksi planeetta pyörii melkein jokaisen tähden ympärillä.
Muiden tähtien kiertoradalla olevia maailmoja kutsutaan "eksoplaneettoiksi", ja ne vaihtelevat Jupiteria suuremmista jättiläisistä kaasujätteistä pieniin kallioisiin planeetoihin, kuten Maa tai Mars. Kaukaiset planeetat voivat olla tarpeeksi kuumia, jotta metalli sulaa pinnoillaan tai jäiset lumipallot. Monet heistä pyörivät niin nopeasti ja läheisesti tähtensä ympärillä, että heidän vuodensa kestää useita maapallopäiviä. Joillakin voi olla kaksi aurinkoa. On vaeltajia, jotka karkotetaan järjestelmistään, jotka vaeltavat pimeässä galaksin poikki.
Linnunrata on valtava tähtiperhe, joka kattaa noin 100 000 valovuotta. Sen spiraalirakenne sisältää noin 400 miljardia asukasta, ja aurinkomme on heidän joukossaan. Jos jokaisella näistä tähdistä ei ole kiertoradallaan yksi planeetta, vaan useita, kuten aurinkokunnassa, Linnunradan maailmojen lukumäärä on yksinkertaisesti tähtitieteellinen: määrä laskee biljooniin.
Linnunradalla elävät tähtijärjestelmät. Luotto: ESA / Hubble / ESO / M. Kornmesser.
Useiden vuosisatojen ajan ihmiskunta on miettinyt mahdollisuutta planeettojen olemassaoloon kaukaisten tähtien ympärillä, ja nyt sanomme luottavaisesti, että aurinkokennon ulkopuolisia maailmoja on olemassa. Äskettäin lähimmältä naapuriltamme, Proxima Centaurilta, löydettiin kivinen planeetta, eikä se todennäköisesti ole yksin. Etäisyys siihen on noin 4,5 valovuotta tai 40 biljoonaa kilometriä. Suurin osa löydetyistä eksoplaneettoista sijaitsee kuitenkin satojen tai tuhansien valovuosien päässä.
Huonot uutiset: meillä ei ole vielä tapaa päästä niihin. Hyvä uutinen on, että voimme tarkastella niitä, arvioida lämpötiloja, "tuntea" ilmakehän ja ehkä pian löytää merkkejä elämästä piilossa näiden kaukaisista maailmoista.
Ensimmäinen eksoplaneetta, joka tuli maailma-areenalle, oli 51 Pegasi b, "kuuma Jupiter", 50 valovuoden päässä, joka kiertää tähtiä 4 maapallon päivässä. Käännekohta, jonka jälkeen aurinkokennot tulivat yleiseksi, tuli vuonna 1995.
Kuuman jupiterin taiteellinen esitys. Luotto: ESO.
Mainosvideo:
Ennen 51 Pegasi b: tä oli useita ehdokkaita. Nykyään Tadmor-niminen eksoplaneetta löydettiin vuonna 1988. Vaikka sen olemassaoloa kyseenalaistettiin vuonna 1992 riittämättömien todisteiden takia, kymmenen vuotta myöhemmin lisätutkimukset vahvistivat, että planeetta kierteli Gamma Cepheus A: n ympärillä. Sitten, vuonna 1992, löydettiin "pulsariplaneetojen" järjestelmä. Nämä maailmat kiertävät kuollutta tähteä, pulsari PSR 1257 + 12, joka asuu 2300 valovuoden päässä Maasta.
Elämme nyt eksoplaneettojen universumissa. Niiden määrä kasvaa jatkuvasti, ja tällä hetkellä vahvistettujen planeettojen määrä aurinkokunnan ulkopuolella on ylittänyt 3700 rajan, mutta seuraavalla vuosikymmenellä aikataulu voi hypätä kymmeniin tuhansiin.
Kuinka pääsimme tähän?
Olemme suurten löytöjen partaalla. Varhaisen etsinnän aikakausi ja ensimmäiset vahvistetut eksoplaneetat asettivat vaiheen seuraavalle vaiheelle: etsivät kaukaisia maailmoja "valppaammilla" ja kehittyneemmillä teleskoopeilla avaruudessa ja maan päällä. Joillekin heistä on annettu tehtäväksi suorittaa tarkka väestölaskenta, laskea eksoplaneettojen eri koot ja tyypit. Toiset tutkivat yksittäisiä maailmoja, niiden ilmakehiä ja mahdollisuuksia ylläpitää elämää.
Eksoplaneettojen suoralla visualisoinnilla eli niiden todellisilla kuvilla on yhä merkittävämpi rooli, vaikka tutkijat ovatkin saavuttaneet nykyisen tietotason pääasiassa epäsuorilla keinoilla. Kaksi päämenetelmää ovat heiluminen ja pimennys.
Animaatio, joka on koottu neljän massiivisen eksoplaneetan kuvista, jotka kiertävät nuorta tähteä HR 8799. Luotto: Jason Wang / Christian Marois.
Ensimmäinen perustuu tähtien erillisten värähtelyjen kiinnittämiseen kiertävän planeetan painovoiman vaikutuksesta. Nämä poikkeamat luonnehtivat eksoplaneetan massaa. Menetelmän avulla voitiin vahvistaa ensimmäiset ehdokkaat, mukaan lukien 51 Pegasi b, ja yhteensä, mittaamalla radiaalinopeus, löydettiin noin 700 maailmaa.
Mutta suurin osa eksoplaneettoista löytyy kauttakulkumenetelmällä, joka perustuu uskomattoman pienen pudotuksen tähden kirkkauteen, kun planeetta ylittää levynsä. Tämä hakustrategia osoittaa objektin koon. NASAn vuonna 2009 laukaisema Kepler-avaruusteleskooppi on löytänyt tällä tavalla noin 2700 vahvistettua eksoplaneetta. Hän löytää edelleen uusia maailmoja tähän päivään saakka, mutta valitettavasti hänen metsästyksensä päättyy pian, kun polttoaine loppuu.
Jokaisella menetelmällä on omat hyvät ja huonot puolensa. Radiaalinopeuden mittaaminen näyttää planeetan massan, mutta ei anna tietoa sen halkaisijasta. Kauttakulku puhuu aurinkokennon ulkopuolisesta maailmasta, mutta ei salli massan määrittämistä.
Mutta kun useita menetelmiä käytetään yhdessä, voimme saada tärkeitä tietoja planeettajärjestelmästä ilman suoraa visualisointia. Paras esimerkki on noin 40 valovuoden päässä oleva TRAPPIST-1, jossa seitsemän maapallon kokoista planeettaa kiertää pientä punaista kääpiötä.
Planeetat kiertävät erittäin viileää punaista kääpiötä TRAPPIST-1 verrattuna maahan. Luotto: ESO / M. Kornmesser.
TRAPPIST-1-perhettä on tutkittu maanpäällisillä ja avaruusteleskoopeilla. Tutkimukset ovat osoittaneet paitsi seitsemän tiheästi pakatun planeetan halkaisijat, myös niiden hienovaraiset gravitaatiovaikutukset toistensa kanssa. Nyt tiedämme niiden massat ja halkaisijat, voimme arvioida lämpötilan pinnalla ja jopa arvata taivaan värin kullakin niistä. Vaikka näistä seitsemästä planeetasta on vielä paljon tuntematonta, myös siitä, peittävätkö ne valtameret vai jääkuoren, TRAPPIST-1: stä on tullut tutkituin tähtijärjestelmä omamme lisäksi.
Mitä seuraavaksi?
Seuraava vaihe on uuden sukupolven avaruusteleskooppeja. Ensinnäkin TESS, jonka on tarkoitus käynnistää 16. huhtikuuta 2018. Tämä moderni instrumentti suorittaa melkein täydellisen tutkimuksen läheisistä kirkkaista tähdistä etsimään kulkevia planeettoja.
TESS valitsee parhaat ehdokkaat tarkempaan tutkimukseen James Webbin avaruusteleskoopilla, joka menee avaruuteen vuonna 2020. Hubble-seuraaja kerää valtavan peilinsä keräämällä valoa suoraan planeetoilta, jotka voidaan sitten hajottaa spektriksi, eräänlaiseksi viivakoodiksi, joka näyttää mitä kaasuja eksoplaneettan ilmakehässä on. Teleskoopin pääkohteet ovat "supermaapallot".
"Hunter" eksoplaneetoille TESS. Luotto: NASA.
Tästä auringonvalon ulkopuolisten maailmojen luokasta tiedetään nykyään vähän, myös siitä, ovatko ne asuttavia. Syynä tähän on supermaapallon analogien puute aurinkokunnassa. Jos olemme onnekkaita, yhdellä heistä ilmakehässä on merkkejä hapesta, hiilidioksidista ja metaanista. Maan kokoisten planeettojen ilmakehän metsästys on kuitenkin lykättävä seuraavan sukupolven avaruusteleskooppeihin 2030-luvulla.
Kepler-teleskoopin ansiosta tiedämme nyt, että yläpuolella olevia tähtiä ympäröivät planeetat. Ja voimme olla varmoja paitsi valtavasta joukosta eksoplaneettanaapureita, myös sen, että seikkailu on vasta alkamassa.
Roman Zakharov