På jagt efter
planeter i Universet
Af Hans Bruntt (8. oktober 2001)
Er vi alene i Universet - og kan det virkelig passe at der kun
findes liv på Jorden? Dette kan vi ikke svare på i dag, men måske
ved vi det allerede inden for de næste 10-20 år!
Tænk engang, at der i vores galakse - Mælkevejen - findes
200 milliarder stjerner. Hvis der findes planeter omkring bare
en ud af hundrede af disse stjerner, vil det betyde, at der findes
mange millioner planeter i vores Mælkevej! Mon ikke der skulle
være betingelser for liv på en af disse mange (formodede) planeter?
På jagt efter
exo-planeter
Fra 1995 til 2005 har astronomer fundet over 110 planeter omkring
andre stjerner uden for vores Solsystem. Planeterne er fundet
omkring de stjerner, der ligger forholdsvis tæt på vores Sol.
Typisk er afstanden under 150 lysår. Stjernerne ligger altså i
samme spiral-arm af galaksen som Solen.
Billedet herover er en tegning af en Jupiter-lignende planet, der
i sin bane går ind foran "moder-stjernen" og dermed formørker den.
Billedet herunder viser størrelses-forholdene mellem planeterne i
vores Solsystem: Jupiter og Saturn er de største, mens Jorden og
de andre "indre" planeter lige netop kan anes nederst til venstre!
I 1994 blev de første planet-system (PSR 1257+12) uden for vores eget
solsystem opdaget af Wolszczan og hans medarbejdere. Det er et meget
fremmedartet planet-system, idet det består af tre planeter, der
kredser omkring en pulsar: Det vil sige en stjerne, som har opbrugt
al sit brændstof og derfor er eksploderet (en supernova). Tilbage
findes kun kernen af den oprindelige stjerne, som kaldes en
neutronstjerne (en neutronstjerne er omkring 10 km i diameter og
består kun af neutroner, idet alt stof - protroner og elektroner -
er presset sammen til neutroner). At planeterne har overlevet den
kraftige supernova eksplosion er utroligt. Et solsystem der er lige
så "eksotisk" er endnu ikke fundet med sikkerhed.
I 1995 fandt Michel Mayor den føste "rigtige" planet uden for vores
Solsystem. Planeten kredser om stjernen 51 Pegasi, som findes i
stjernetegnet Perseus på den nordlige himmel. Det er også en ret
"eksotisk" planet, sammenlignet med de planeter, vi kender fra vores
eget solsystem. Planeten er formodentlig lidt mindre end Jupiter men
kredser til gengæld i en bane, der ligger fire gange tættere på
stjernen end planeten Merkur i vores Solsystem.
Siden 1995 har man fundet over 110 planeter (status 2005). Blandt
flere andre videnskabsmænd står teamet Marcy og Butler for opdagelsen
af omkring halvdelen af disse planeter.
De fundene planeter minder alle om 51 Peg systemet, idet det drejer
sig om store planeter, der kredser om deres "moder-stjerne" i en
meget "tæt" bane. Således findes omkring halvdelen af exo-planeterne
i baner inden for 0.1 A.E (se note om A.E.)
Inden for det seneste par år har man fundet planeter omkring stjerner,
der minder mere om vores eget Solsystem. Således har man flere
eksempler på stjerner med to eller tre planeter. Et planetsystem,
der minder lidt om vores Solsystem er 47 Uma (en stjerne i Karlsvognen).
Her er der fundet tre store planeter i cirkulære baner. 47 Uma er
sammenlignet med de indre planeter i vores Solsystem på billedet
herunder (planeterne "47 Uma-b" og "47 Uma-C" er markeret - "47 Uma-a"
ligger i en bane længere væk fra stjernen).
Hvordan opdager man en planet?Det findes flere metoder til at opdage planeter.
Det store problem er at stjernerne er meget store og lyser utroligt
kraftigt i forhold til selv de største gas-planeter man har fundet.
Doppler-metoden
Den mest brugte metode idag går ud på at måle hvor meget planeten
trækker i stjernen når den kredser omkring stjernen. Planeten
får altså stjernen til at beværge sig en lille smule, og dette
kan man måle, når man ser på lyset fra stjernen: Lyset bliver nemlig
forskudt en smule, fordi stjernen bevæger sig frem og tilbage
i forhold til observatøren på Jorden (se note om Doppler-effekten).
På billedet herunder kan man se hvordan stjernen 51 Peg ændrer sin
hastighed - den er enten på vej mod eller væk fra observatøren. Tiden
er vist ud ad <i>x</i>-aksen (omkring 30 dages observationer), mens
hastigheden vises på <i>y</i>-aksen. Ud fra formen, perioden og
amplituden af denne kurve har man kunnet bestemme nogle egenskaber
for planeten: Dens omdrejningsperiode er 4.2 dage og massen er mindst
45% af massen af Jupiter.
Hvordan virker Doppler-metoden?Selv om planeten er meget lille i forhold til stjernen, vil den få
stjernen til at bevæge sig en lille smule frem og tilbage. Man
kan forestille sig at planeten og stjernen er forbundet med et
usynligt reb (der altså repræsenterer tyngdekraften mellem de
to legemer). Planeten og stjernen trækket lige meget i rebet, men
fordi stjernen er så utroligt meget større flytter den sig
kun ganske lidt i forhold til planeten (der jo bevæger sig hele vejen
omkring stjernen). Jo tættere planeten er på stjernen - og des
tungere den er i forhold til stjernen - jo mere vil stjernen også
ændre sin bevægelse. Derfor er det forholdsvis meget lettere at opdage
store planeter, der ligger i en bane tæt på stjernen. Dette
er forklaringen på at man ikke har opdaget små planeter,
fx. planeter på størrelse med Venus, Jorden eller Mars.
Formørkelses-metoden:
En anden metode er at se efter formørkelser, der forekommer når en
planet i sin bane omkring stjernen bevæger sig ind foran stjernen
(se illustrationen herover). Herved forekommer en formørkelse
(som en delvis Solformørkelse), hvor stjernen typisk lyser
1-3 procent svagere. Med denne metode har man kun fundet en
enkelt formørkelse, nemlig omkring stjernen "HD 209458b". I 2000
målte Charbonneau en formørkelse af denne stjerne, der varede
godt 2 timer, idet stjernen lyste omkring 1.5 procent svagere end
ellers. Mange andre observatører rundt omkring i verden har
bekræftet formørkelsen der forekommer omkring hver fjerde dag.
Denne metode vil blive brugt meget i fremtiden. Flere planlagte
satellitmissioner vil måle lys-intensiteterne
fra tusindvis af stjerner over en lang periode (fra uger til måneder).
Eksempler er de europæiske satellit-missioner COROT og Eddington
og den danske mission Rømer. Disse missioner vil alle være i rummet
over Jorden inden for de næste 5 år (se mere senere).
Kan jeg
finde planeter?
Jeg er selv involveret i to projekter, hvor målet er
at finde planeter. Metoden går ud på at tage billeder af
en hob af stjerner. Man kan se flere tusinde stjerner på hvert
billede. Hvis en stor planet i sin bane går ind foran en af stjernerne,
vil det forårsage en formørkelse af stjernen på nogle få procent.
Det første projekt var i sommeren 1999, hvor Hubble Rumteleskopet
var rettet mod kuglehoben 47 Tucanae i over otte dage i træk
(se billedet herunder til venstre).
Men ak, blandt de omkring 40000 stjerner i billedet fandt vi
ingen planet-formørkelser!
 NGC 6791
I juli 2001 observerede jeg selv med det Nordiske Teleskop fra
La Palma (De kanariske Øer) i otte dage. Vi har analyseret
omkring 1000 billeder af den åbne stjernehob NGC 6791 (se billedet
herover til højre). I denne hob er indholdet af tunge grundstoffer
omkring 10 gange højere end i kuglehoben 47 Tucanae. Blandt de
stjerner i nærheden af Solen, hvor man har fundet planeter, er
indholdet af tunge grundstoffer forholdvis højt. Derfor håber vi
på, at vi ved at se på denne "metalrige" åbne stjernehob, vil
opdage mange (måske 5-10) planeter.
Resultaterne af vores undersøgelse kan du finde her (engelsk;
videnskabelig artikel).
Hvordan dannes planeterne?Hvis man undersøger meget unge stjerner på himlen, kan man ofte
se en tynd sky omkring stjernen. Et eksempel er vist herunder -
det er stjernen Vega (meget klar stjerne på den nordlige himmel).
Farverne viser intensiteten af strålingen i mikrobølge-området, der
skyldes støvet omkring stjernen.
Vega befinder sig i den mørke stjerne midt i billedet. Hvis
der ikke var nogen påvirkninger af støv-skyen, ville man forvente
at den var ens fordelt omkring stjernen, men det er ikke tilfældet.
Man mener at der i positionen omkring firkanten til højre på
billedet muligvis befinder sig en nydannet planet. I så fald
har den en masse på to gange Jupiters, og befinder sig omkring
30 A.E. (se fodnote om A.E.) fra central-stjernen Vega.
Stjerne- og planet-dannelse
Alle stjerner bliver dannet ved at store gasskyer trækker sig sammen
(forårsaget af ydre påvirkninger, fx. en voldsom supernova-eksplosion
i nærheden af gasskyen). Gasskyen bliver ustabil og danner små "klumper"
af gas, der trækker sig sammen. Således kan den oprindelige gassky
bliver til tusindvis af stjerner. Men inden stjernen er helt færdig-
dannet, findes der stadig masser af gas og støv omkring stjernen.
Efterhånden som stjernen bliver varmere og varmere, vil det tryk,
der skyldes den øgede stråling fra stjernen, skubbe gassen væk.
Denne dannelsesprocess tager typisk omkring 10 millioner år. Det er
i denne periode, at planeterne omkring stjernen kan nå at dannes -
hvis ellers forholdene er rigtige.
Billedet herunder viser et billede fra Hubble Rumteleskopet
af området omkring stjernen "HR 4796A". Det stærke lys fra
stjernen er fjernet (vha. billedteknik), men omkring den kan
man se en tydelig ring, der består af støv og gas.
 HR 4796A
Der findes flere teorier for planetdannelse. En teori går ud på
at støvet langsomt falder sammen i små støv- og is-klumper, der
gradvist vokser sig større og større til "planetesimaler". Dannelsen
af is kan kun forekomme ret langt fra stjernen, hvor det er forholdsvist
koldt. Således findes der omkring hver nydannet stjerne en "is-zone",
hvor tætheden af gas/støv-skyen er forholdsvis høj, og hvor temperaturen
er lav nok til at isen er stabil (den smelter ikke). Man tænker sig at
der gradvist opbygges en stor iskerne, som så begynder at tiltrække gassen
omkring stjernen - fortrinsvis de letteste grundstoffer: brint og helium.
I vores solsystem fandtes denne "is-zone" netop hvor Jupiter findes idag:
Denne planet er den største i vores Solsystem, og består netop af en
stor iskerne omgivet af en atmosfære af brint og helium. Længere ude
findes gasplaneten Saturn, som ikke nåede at tiltrække så meget gas,
fordi iskernen ikke voksede ret hurtigt. Længere ude findes Uranus og
Neptun, som næsten udelukkende består af is (10-15% brint). De indre
planeter (Merkur, Venus, Jorden og Mars) er ret små "planet-kerner",
der betår af forskellige stenarter. Men de har ikke tiltrukket brint
og helium gas (som Jupiter, Saturn), da de ikke vejer ret meget.
Vil planetjagten fortsætte i
fremtiden?
De nye planetsystemer man har fundet er alle anderledes en vores eget.
Spørgsmålet er om vores Solsystem er "underligt" - eller "sjældent",
og om de omkring 70 planeter man har fundet er helt normale.
For at besvære dette spørgsmål må man finde på metoder, så man
kan finde planeter, der er på størrelse med Jorden. Inden for de
næste 5-10 år vil dette blive undersøgt: Flere satellit-missioner
er planlagt. Missionerne "Kepler" og "Eddington" vil blandt andet
sætte fokus på planetsystemer omkring andre stjerner.
 Eddington Satelliten
Eddington er et meget ambitiøst projekt, hvor man regner med at
kunne se planeter af samme størrelse som Jorden (se billedet herover).
Således vil man kunne bestemme om Solsystemer som vores eget er helt
almindelige eller meget sjældne. Man vil også kunne bestemme om de
(formodede) Jord-lignende planeter ligger i den såkaldte "beboelige
zone", altså i en bane der hverken er "for kold" eller "for varm", så
liv muligvis har kunnet udvikle sig - som det har gjort på Jorden.
Fodnoter
Note om A.E.:
Forkortelsen A.E. betyder "astronomiske enheder": 1.0 astronomisk
enhed er afstanden fra Jorden til Solen, altså omkring 150 millioner
kilometer. Til sammenligning ligger Merkur i en bane med radius 0.4
A.E, Venus har en bane på 0.7 A.E., mens fx. Jupiter har en bane
med en radius på 5.2 A.E.
Note om Doppler-effekten:
Grunden til at man kan måle, at en stjerne bevæger sig,
skyldes at lyset fra stjernen bliver forskudt, fordi stjernen bevæger
sig frem og tilbage i forhold til observatøren på Jorden.
Det kaldes Doppler effekten: Når en ambulance kører imod dig lyder
alarmen meget høj (skinger), mens den er dyb når den har passeret dig.
Samme effekt forekommer når lys udsendes af et objekt, der bevæger
sig i forhold til dig: Lyset er mere blåt når objektet bevæger sig
imod dig, men mere rødt hvis objektet bevæger sig væk fra dig
(lyset er rød-forskudt).
|
