Et lite, men regelmessig fall i lysmengden, etterfulgt av et litt mindre fall – gjentatt tre ganger. Det har fått astronomer til å juble, for de små fallene i lyset er antagelig de første sporene etter en måne som går i bane i et fremmed solsystem – en såkalt en eksomåne.
Den potensielle eksomånen har fått navnet Kepler-1625 b I og er funnet i de enorme mengdene av data som Nasas romteleskop Kepler tok opp i 2009–2013. Månen går i bane rundt en sollignende stjerne ved navn Kepler-1625, om lag 8000 lysår fra jorda.
I dette stjernesystemet er det en gassplanet som – i motsetning til gasskjempene i vårt solsystem – befinner seg så tett på stjernen at den befinner seg i den beboelige sonen, der det i teorien kan oppstå liv.
I praksis har det neppe skjedd på planeten, som ikke har en fast overflate, men kanskje på den enorme månen som går i bane rundt den.
Med en størrelse som planeten Neptun er månen fire ganger større enn jorda og ligner ikke noe vi kjenner fra solsystemet.
Hvis månen er av stein, kan den være et glimrende hjemsted for liv – og det er den antagelig ikke alene om: Hvis de over 3800 planetene som til nå er oppdaget i bane rundt andre stjerner, ligner planetene i vårt solsystem, vil det finnes svært mange eksomåner der det kan finnes liv.
Og nå har astronomene startet jakten på disse månene.
Måne sett fire ganger
Jakten på eksomåner startet i 2011, da astronomen David Kipping og kollegene hans fra Columbia University i USA gikk i gang med å finkjemme data fra Kepler-teleskopet, på jakt etter eksoplaneter med måner.
Kepler finner en eksoplanet når den beveger seg inn foran stjernen og dermed skygger for en del av stjernelyset. Hvis det er en stor måne som går i bane rundt eksoplaneten, forsterkes skyggevirkningen når månen befinner seg ved siden av planeten, men ikke når den er enten foran eller bak.
Effekten av måneskyggen er veldig liten, og de fleste astronomer var skeptiske til at det var mulig å finne spor av den i målingene da den amerikanske forskergruppen innledet sitt arbeid.
Tre teleskoper jager måner
Eksomånen Kepler-1625 b I ble funnet i det enorme datamaterialet samlet inn med Kepler-romteleskopet og er senere bekreftet av Hubble-romteleskopet. Men det er først når James Webb-teleskopet sendes opp i 2021 at vi får de første klare bildene av eksoplaneter.
Det avskrekket imidlertid ikke David Kipping. Gjennom de siste åtte årene har teamet hans av forskere finkjemmet Keplers observasjoner av 284 eksoplaneter – på jakt etter eksomåner.
Bare én kandidat har bestått alle tester, nemlig Kepler-1625 b I. Denne eksomånen går trolig i bane rundt gassplaneten Kepler-1625 b, som passerte inn foran sin sollignende stjerne tre ganger i løpet av romteleskopets observasjoner fra 2009 til 2013.
Etter å ha gjennomgått disse tre passasjene i detalj og simulert forløpet på en superdatamaskin mente forskerne at risikoen var 1 av 16 000 for at signalet skyldtes en tilfeldighet eller en feil.
Men de kunne ikke hevde at det var helt sikkert.
Før en oppdagelse er hevet over enhver tvil, bør risikoen for feil ifølge astronomer nemlig være bare 1 av 3,5 millioner. Det gjelder ikke minst når det dreier om seg et så stort gjennombrudd som oppdagelsen av den første eksomånen.
Derfor fikk Kippings forskergruppe bevilget 40 timers observasjonstid med Hubble-romteleskopet – som har en mye høyere oppløsning enn Kepler – da planeten passerte inn foran stjernen i oktober 2017.
Gasskjempen bruker 287 dager på en runde rundt stjernen, og passasjen foran stjernen varer omkring 19 timer.
De nye observasjonene viste at gasskjempen har en eksomåne på størrelse med Neptun, som befinner seg i en avstand på tre millioner kilometer.
Keplers avløser er nesten klar
James Webb-teleskopet skal etter planen sendes opp i 2020 og blant annet lete etter eksomåner. Men allerede nå tester ingeniørene om det kan tåle de tøffe forholdene i verdensrommet.
Testkammeret beskyttes mot bakterier
Organiske molekyler kan skade teleskopets instrumenter. Derfor blir testkammeret beskyttet med plater påført en steril overflate.
Speilet måles før test
Teleskopets samlede speil gjennomgår en rekke tester. Blant annet blir det utsatt for en simulering av de voldsomme rystelsene under oppskytningen. Her måler ingeniører speilet før en test.
Støttestruktur er dekket av beskyttende folie
Teleskopets støttestruktur er belagt med termisk gullfolie og må som resten av teleskopet kunne tåle den voldsomme kulda i verdensrommet.
Men ut fra tanken om at ekstraordinære oppdagelser krever ekstraordinært sterke beviser, ønsker David Kipping å samle inn mer data. Derfor har forskergruppen søkt om en ny observasjonsrunde med Hubble-teleskopet for å finstudere planetens neste passasje foran stjernen i mai 2019.
Avansert liv krever store hjem
I solsystemet vårt har astronomene foreløpig oppdaget 185 måner, så hvis fremmede stjernesystemer ligner, er det samlede antallet eksomåner antagelig svimlende høyt.
På noen av de månene kan det finnes intelligente livsformer.
Avansert liv krever en eksomåne som er minst like stor som Mars, fordi tyngdekraften må kunne holde på en tykk atmosfære gjennom milliarder av år hvis livet skal ha en mulighet til å utvikle seg.
Så store måner finnes ikke i solsystemet. Den største månen i solsystemet er Ganymedes, som går i bane rundt Jupiter, men den er bare en fjerdedel av størrelsen til Mars.
Men observasjoner av de nesten 4000 bekreftede eksoplanetene har vist at planetene i vårt solsystem ser ut til å være unntak. Det samme gjelder sannsynligvis for månene.
De fleste månene i solsystemet er bygget av den samme skyen av støv og gass som ga opphav til planetene. Støv samlet seg til steiner, med tyngdekraft som tiltrakk hverandre og på den måten gradvis bygget planeter og måner. Prosessen kan neppe frambringe måner som er særlig mye større enn Ganymedes, men det kan trolig skje med andre prosesser. For eksempel ble vår måne antagelig dannet da jorda kolliderte med et himmellegeme på størrelse med Mars – og det samme kan ha skjedd i større skala også.
I fremmede planetsystemer har astronomer etter hvert funnet massevis av superjorder – store steinplaneter med en masse som er opptil ti ganger så stor som jorda – og sammenstøt mellom dem kan godt ha ført til at det har blitt dannet eksomåner som er mye større enn Mars.
Sammenstøt skaper månen
Månens masse er bare 1,2 prosent av jordas, men et sammenstøt kan i teorien danne større måner. En eksomåne på størrelse med jorda kan ha kontinenter og hav der avanserte former for liv kan utvikle seg.
1.
Jordas måne ble dannet ved en kollisjon mellom den unge planeten og en planetkime på størrelse med Mars.
2.
Det store braket utløste en gigantisk søyle av smeltet jern og stein som ble slynget ut i verdensrommet.
3.
Med tiden ble steinmassene avkjølt og samlet seg til månen, som i dag er geologisk død.
I de tilfellene der superjorda går i bane rundt en sollignende stjerne, vil planeten og månene ofte ligge så tett på stjernen at det ikke kan eksistere flytende vann. Men de forvokste jordklodene er også funnet ved dvergstjerner som ikke er like kraftige, og her kan forholdene for liv være gode.
Nasas nye planetjeger, Transiting Exoplanet Survey Satellite, TESS, ble sendt opp i 2018 og skal fokusere på 1000 røde dvergstjerner i nabolaget vårt. Det er ikke usannsynlig at den finner steinplaneter med store eksomåner.
Forskerne er likevel ikke overbevist om at kollisjoner kan forklare hvorfor gasskjempen Kepler-1625 b har en måne som er like stor som Neptun. I stedet mener de at en tredje prosess er involvert. I solsystemet vårt er Neptuns måne Triton sannsynligvis en dvergplanet som Pluto, som ble fanget inn av gravitasjonsfeltet til Neptun og ble til en måne.
Enorm planet drar inn en måne
En gasskjempe som beveger seg inn i den beboelige sonen, kan fange inn store steinplaneter eller andre gasskjemper. De store månene kan være dekket av hav der livet kan oppstå og utvikle seg.
1.
Neptuns store måne Triton er en dvergplanet som tidligere dannet par med en annen dvergplanet.
2.
På et tidspunkt har de to planetene, som da gikk i bane rundt hverandre, kommet i nærheten av iskjempen.
3.
Neptuns gravitasjonsfelt fanger inn den ene, som havner i en bane og blir til en måne. Den andre slynges langt unna.
I eksoplanetsystemer kan varme gassplaneter ha utført samme triks med superjorder.
Gasskjemper blir dannet i de iskalde ytre områdene av stjernesystemer, der is, støv og stein raskt bygger en stor kjerne som igjen tiltrekker seg enorme mengder av gass.
Unge gasskjemper som passerer hverandre på kloss hold, kan ha slynget noen av dem inn i de varme områdene i nærheten av stjernen.
På turen innover kan de ha fanget inn store steinplaneter og dermed gjort dem til måner.
Hvis gasskjempene havner i stjernens beboelige sone, der det kan være flytende vann, vil vilkårene for liv være gunstige på steinmånene.
Eksomåner utvider livsrommet
Måner må imidlertid ikke befinne seg i den beboelige sonen for at det skal oppstå liv på dem.
Den regelen gjelder nemlig bare for planeter: Hvis de er utenfor den beboelige sonen, er de for kalde til flytende vann, og dermed liv, på overflaten. Men på store måner kan det i teorien godt være levende vesener, også her ute.
Europas geysirer kan inneholde mikrober
Europas ytre er dekket av sprekker og kløfter. De skapes antagelig av tidevannskrefter i et stort indre hav der det kan være liv. Hubble-teleskopet fant i 2013 tegn på vanndamp i geysirer.
Ganymedes rommer et stort indre hav
Jupiter-månen er med en diameter på 5268 kilometer den største i solsystemet. Under den frosne skorpen er det et hav som antagelig inneholder mer saltvann enn det er på jorda. Her lever det kanskje bakterier på havbunnen.
Enceladus spyr ut mulige spor av liv
Isbreer på Saturn-månens sørpol spyr ut vanndamp fra et indre hav. Analyser av data fra Cassini-sonden viste i 2018 at dampen inneholder molekyler som kan stamme fra liv.
Titan har en tykk atmosfære
Solsystemets nest største måne, Titan, er den eneste i solsystemet med en betydelig atmosfære. Den består av nitrogen, metan og hydrogen og minner om atmosfæren på den nyfødte jorda.
Her er gassplaneter spesielt interessante. De kan varme opp månene på tre ulike måter. For det første sender gassgiganten ut varmestråling. For det andre kan den enorme planeten reflektere lys fra stjernen i sentrum av systemet mot månen. Den tredje og viktigste måten er gasskjempenes ekstreme tidevannskrefter, som kan sette magmaen i en steinmåne i voldsom bevegelse.
Den bevegelsen kan utløse en kolossal friksjonsvarme, som vil øke temperaturen på månen. Hvis månen går i bane rundt kjempen i en passende avstand, kan tidevannskreftene holde den passe varm til å ha flytende vann på overflaten, selv om gasskjempen og månen befinner seg langt ute i de kalde delene av et planetsystem.
Når Nasa i 2021 sender opp det store romteleskopet James Webb, vil det trolig kunne se store eksomåner direkte ved å fange opp den infrarøde varmestrålingen de sender ut. Det er lettest å oppdage store, varme steinmåner som går i bane rundt gasskjemper langt ute i et planetsystem, fordi den svake utstråling fra månen ikke drukner i den sterke strålingen fra stjernen.
121 kjemper kan ha lovende måner
I mellomtiden er forskerne fortsatt på jakt etter nye opplysninger i det omfattende datasettet fra romteleskopet Kepler, som har funnet tusenvis av eksoplaneter. Forskerne fokuserer særlig på varme, Jupiter-lignende gassplaneter, fordi det er flere av disse enn av superjorder i den beboelige sonen.
Nylig har astronomiprofessor Stephen Kane fra University of California i USA identifisert hele 121 gasskjemper som befinner seg i den beboelige sonen.
Disse kjempeplanetene kan ha et ukjent antall steinmåner der det kanskje kan være liv.
Hvis forskerne klarer å finne noen av disse månene, blir det neste trinnet å finne ut om det finnes liv her, og i så fall hva slags type. Det kan astronomene få indikasjoner på ved å undersøke innholdet i månenes atmosfærer.
I prinsippet er det enkelt. Når infrarød varmestråling fra månens overflate trenger ut i verdensrommet gjennom atmosfæren, absorberer ulike molekyler ulike bølgelengder av strålingen, så en analyse av lyset vil avsløre atmosfærens sammensetning.
Hvis forskerne for eksempel oppdager store mengder metan, kan gassen være produsert av mikroorganismer, mens store mengder av oksygen kan stamme fra enten bakterier eller planter.
Avansert liv krever en måne på størrelse med Mars. Solsystemets største måne, Ganymedes, har bare en fjerdedel av massen til Mars. Den minste, Mars-månen Deimos, har en diameter på ca. 12 kilometer.
I praksis er dette arbeidet likevel ekstremt komplisert, siden måner sender ut så lite varmestråling sammenlignet med både gasskjempen og stjernen. Analysene vil derfor neppe bli mulige før James Webb-romteleskopet innleder sine observasjoner.
Teleskopet har et speil på 6,5 meter, noe som er nesten tre ganger så stort som Hubble-teleskopet, og dermed kan James Webb snappe opp varmestråling som har en temperatur over 27 grader. Til sammenligning var jordas temperatur i gjennomsnitt 22 grader da de første dyrene oppsto for omkring 540 millioner år siden.
Dyrene har øyne som tekopper
Mange science fiction-filmer har utspilt seg på eksomåner, som den skogdekkede Endor i Star Wars og den magiske Pandora i Avatar. Men hvis det er intelligent liv på virkelighetens eksomåner, er nok vilkårene annerledes.
Avanserte livsformer på en stor steinmåne som går i bane rundt en gasskjempe, må nødvendigvis være tilpasset et miljø med voldsom geologisk aktivitet – både jordskjelv og vulkanutbrudd. Det vil være en uunngåelig følge av de enorme tidevannskreftene gasskjempen utsetter månen for. Luften vil derfor være fylt av vulkansk sot og aske.
Dagslyset fra stjernen vil variere i løpet av måneden, fordi den enorme planeten ofte skygger helt eller delvis for lyset, mens gjenskinnet fra planetens enorme skive vil fylle natten med et diffust gul-oransje lys. I det miljøet må plantene ha store, brede og mørke blader for å utnytte nattens gjenskinn til fotosyntesen. Hvis planteetere skal finne mat, og hvis rovdyr skal gå på jakt mellom de mørke plantene, kan de ha øyne så store som tekopper.
Inntil videre er bildet av livet på en stor steinmåne fri fantasi. Men når eksomånene blir undersøkt nærmere, kan astrobiologene si mer om hvordan livet på den kan se ut.