Planeter utenfor solsystemet Finnes det liv andre steder?

NASAs Cassini-sonde har sendt hjem et bilde av jorda tatt fra Saturn NASAs Cassini-sonde har sendt hjem et bilde av jorda tatt fra Saturn. Foto: NASA/SCANPIX

Hva er en planet? Grensen er flytende mellom hva som kan kalles planeter og hva som er andre legemer, for eksempel asteroider og såkalte ”kuiperbelte-objekter”. Hadde Pluto blitt oppdaget i dag, ville den nok ikke blitt kalt en planet. I sammensetning og bane ligner den mer på kuiperbelteobjektene enn på de andre planetene.

Definisjon går i bane rundt Sola En planet er et himmellegeme som går i bane rundt Sola har tilstrekkelig masse til at egengravitasjonen avrunder det har rensket nabolaget rundt banen sin. En dvergplanet er et himmellegeme som er i bane rundt Sola har ikke rensket nabolaget rundt banen sin er ikke en måne. Alle andre objekter, unntatt måner, som er i bane rundt Sola skal bli referert til som smålegemer i solsystemet.

Planetdannelser De mørke områdene på dette bildet, er gasskyer. For omtrent 5 milliarder år siden var vårt solsystem også en slik kald og litt klumpete gassky. Tyngdekraften sørger for at klumper av masse trekker til seg mer masse. Samtidig blir det en konsentrasjon av masse i midten av skyen. Tetthet og temperatur i midten ble etter hvert så stor at hydrogenkjernene kunne kollidere med stor nok hastighet til å fusjonere og danne helium. Sola var ”tent”.

Protoplanetarisk skive Utvikling av protoplanetarisk skive. Gass, støv og små klumper samler seg etter hvert til større legemer som til slutt kan bli til planeter.

Kunstnerisk fremstilling av skive med løsmateriale rundt en fjern stjerne. Illustrasjon: NASA/JPL-Caltech/T. Pyle/ssc

Solsystemets dannelse – noen hovedtrekk Rester fra tidligere stjerneeksplosjon… …presses sammen til en lokal gassky av ”stjernevind”, trykk fra supernovaeksplosjoner, etc Støv- og gasskyen har rotasjon og/eller virvler (turbulens) Skyen trekker seg sammen og ”klumper” seg: Akresjon (”klumper og smålegemer hekter seg sammen”) Gravitasjonskollaps (masse trekkes mot midten og frigjør potensiell energi) Kondensasjon (gass kjøles ned og blir til væske eller fast stoff) Tetthet og trykk i sentrum av skyen vokser  ”protostjerne” gassen som danner en planet, faller sammen i sitt eget tyngdefelt. Denne prosessen kan i beste fall bare virke langt borte fra tidekrefter, dvs. fra sola. Tidekreftene, som er forskjeller i solas tiltrekningskraft over utstrekningen av gassklumpen, vil hindre den flyktige gassen i å samle seg og blir fort sterkere enn den sammenbindende gravitasjonen i selve protoplanetmassen Kondensasjon og akresjon beskriver hvordan gass og støv samler seg til større kropper som så blir til planeter. Det er slik man tror de indre planetene er dannet. Og man mener at de samme to prosessene har startet dannelsen av de ytre planetene ved først å danne kjernene i disse planetene av stein og ismaterialer. I det følgende ser vi på stadiene i kondensasjons og akresjonsprosessene.

Solsystemers dannelse Varmestråling fra protostjernen (solen) skyver gasser og lette stoffer utover slik at det er de indre planetene som i hovedsak har tyngre grunnstoffer (og er faste) Problem: Observasjoner av store gassplaneter svært nær andre stjerner. Stjernedannelser i Oriontåken

To planetsystemer i dannelse!

Protoplanetarisk skive Bildet, tatt med romteleskopet, viser strukturer rundt en stjerne som er en slik protoplanetarisk skive.

Metoder for å finne ekstrasolare planeter En planet som ikke er synlig fra jorda, er tegnet i to posisjoner a og b. Planten kan avsløres ved at dens gravitasjon påvirker vertsstjernen. Stjernen beveger seg I bane rundt massesenteret til stjern-planetsystemet. Spektrallinjene fra stjernen forskyves mot henholdsvis blått og rødt ettersom den beveger seg mot eller fra oss (dopplereffekt).

Gliese 86 - 35 lysår fra Sola 4,9 jupiter-masser 0,11 AE fra sola ca 15 døgn på et omløp

Stjerneformørkelse Her er en illustrasjon av hvordan en planet kan tenkes å passere foran stjernen slik at det blir en svak stjerneformørkelse.

Stjerneformørkelse II Reduksjon i lysintensitet kan registreres Bilde fra Venuspasasjen 8. juni 2004

Stjerneformørkelse III Lysintensiteten fra stjernen HD209458 (153 lysår fra oss) under en stjerne-formørkelse i september 1999

Gravitasjonslinser - mikrolinsing

Et solsystem ganske likt vårt eget?! For første gang (mai 2006) er det oppdaget en planet utenfor vårt solsystem som befinner seg i den beboelige sonen rundt en stjerne.

Oppdagelsene er gjort rundt stjernen HD 69830 som er litt mindre enn solen og ligger 41 lysår unna i stjernebildet Puppis (Akterstavnen). Stjernen er så vidt mulig å skimte fra helt mørke steder, men kan ikke sees fra Norge.

Tegningen viser hvordan planetsystemet rundt HD 69830 kan være dannet Tegningen viser hvordan planetsystemet rundt HD 69830 kan være dannet. De tre planetene ble til fra urplaneter som opprinnelig var lenger fra stjernen (stiplete linjer). Den ytterste planeten startet sitt liv utenfor linjen der is kunne oppstå og samlet derfor opp masse is tidlig i sin utvikling.

Kan vi kommunisere med intelligente vesener 41 lysår fra oss? Hvis det er liv på planeten rundt HD 69830 kan vi tenke oss at de har utviklet vitenskap og teknologi. Det er den samme fysikken som gjelder der som her i vårt eget solsystem, og de kan ha bygget radio. Men selv for en så “nær” stjerne, har vi et problem: Det tar 41 år for et radiosignal å komme frem. Vi må altså vente 82 år på svar på et enkelt spørsmål!

Men kanskje finnes det andre muligheter? Relativitetsteorien sier at tidrommet er krumt. I et bilde av tidrommet som en todimensjonal flate kan vi tenke oss “ormehull” som er snarveier mellom to helt ulike steder i tidrommet. Relativitetsteorien sier at tidrommet er krumt. I vårt bilde av tidrommet som en todimensjonal flate kan vi tenke oss “ormehull” som er snarveier mellom to helt ulike steder i tidrommet. Det blir på en måte som en tunnell gjennom et fjell – tunnelen er en snarvei gjennom fjellet i forhold til å gå veien over fjellet eller rundt fjellet. I filmen “Contact” reiser astronomen Ellie gjennom et “ormehull” i tidrommet.   I filmen “Contact” reiser astronomen Ellie gjennom et “ormehull” i tidrommet.

Planeters atmosfære Ved hjelp av spektralanalyse kan en finne ut hvilke gasser atmosfæren til en planet består av. Illustrasjonen viser absorbsjonslinjer i den gule delen av spekteret, og detaljerte studier viser at det er natrium i planetens atmosfære. Illustrasjon: A. Feild

Bebolig sone

Alfa Centauri

Galaktisk bebolig sone

Hva skal til for at komplekst liv skal dannes? Stabil overflate med vann er bare mulig innenfor en begrenset avstand til stjernen Men også begrenset galaktisk sone For langt fra galaksens sentrum er det for lite med tunge elementer For nær er stjernebanene for ustabile, og det er intens stråling fra eksploderende stjerner i nærheten Solas posisjon er akkurat ”passe” Alt dette peker i retning at komplekst liv er sjeldent

Planeter i bebolig sone Stjernen må være passe stor. Store stjerner har for kort levetid Små stjerner har bebolig sone så nær at planeter får bundet (synkronisert) rotasjon (slik som vår måne). Vann fordamper på den ene siden og fryser på den andre Stjernen må altså være stabil over lang tid og være passe varm Det må være en eller flere store planeter (av Jupitertype) for å kunne renske rommet for kometer og meteorer. Planet med fast overflate, passe avstand til stjernen og stor nok til holde på atmosfære og hav. Planeten på være i en stabil, nær sirkulær bane

Fire betingelser for liv slik vi kjenner det Flytende vann er trolig en avgjørende faktor. Vann bidrar til å binde (og separere) atomer og molekyler som er essensielt for danning av komplekse molekyler Elementer som kan binde seg passe sterkt til minst tre andre atomer. Karbon er desidert viktigst (se også B, N, Si og P). Karbonforbindelser kalles organiske molekyler! Forekomster av andre ”livgivende” grunnstoffer; H, O, N og S. Interplanetariske organiske molekyler er observert, og det er funnet organiske molekyler i meteoritter. Bebolig sone med passe temperatur og akseptabel stråling

Første bilde av en planet rundt en solliknende stjerne September 2008 Ung stjerne ganske lik vår sol (1RXS J160929.1-210524 ) 500 lysår fra jorda. 8 Jupitetmasser, og omtrent 330 AU fra stjernen. (sml. Neptun: 30 AU)

På bildet markerer den hvite prikken stjernens posisjon På bildet markerer den hvite prikken stjernens posisjon. Området rundt er svart fordi kameraet på Hubble-teleskopet har blokkert lyset fra den sterke stjernen, slik at den lyssvake planeten kunne fotograferes. Lysstyrken til planeten er nemlig en milliard ganger svakere enn moderstjernen.

Kepler 11 (dvergstjerne) Kepler – søker etter bebolige planeter Kepler 11 (dvergstjerne) Fra http://www.nasa.gov/mission_pages/kepler/main/index.html