Fem tusen eksoplaneter funnet – nå går vi på jakt etter liv

Om lag førti lysår unna, i retning av stjernebildet Vannmannen, finnes en liten rød dvergstjerne. Den ble oppdaget i år 2000, og da var den ikke mer interessant enn over hundre milliarder andre stjerner av samme type i Melkeveien.

Men det endret seg i 2015. Da oppdaget astronomene at det så ut til å gå tre små planeter, omtrent på størrelse med jorden, i bane rundt stjernen. Og i årene som fulgte, dukket det opp fire til.

Det fremmede solsystemet er helt spesielt, for ikke bare er alle de sju planetene steinplaneter, som vår egen. Flere av dem befinner seg også på en avstand til stjernen som i prinsippet gjør det mulig at det kan finnes liv der.

Derfor brenner astronomene etter å undersøke dem nærmere, og det får de sjansen til nå.

Det nye store romteleskopet James Webb gir nemlig forskerne mulighet til å observere eksoplaneter i detalj, noe som kan avsløre levekårene.

«Med Webb-teleskopet kan vi for første gang få karakterisert atmosfæren til eksoplaneter på størrelse med jorden. Det blir kjempestort!» sier Lars Buchhave, professor ved Danmarks Tekniske Universitet.

Buchhave er blant verdens ledende eksoplanetforskere og leder et forskningsprosjekt som nettopp skal bruke Webb-teleskopet til å analysere atmosfæren på en av planetene i Trappist-1.

Astronomenes drømmescenario er at de oppdager en atmosfære med umiskjennelige spor etter liv. Hvis det lykkes, vil vi endelig få visshet for at vi ikke er alene i universet.

Eksoplanetene myldrer fram

Webb-teleskopet ble skutt opp 25. desember 2021, og det tok et halvt års tid å få det på plass i banen halvannen million kilometer fra jorden og deretter fininnstille det. Nå blir teleskopet brukt av all verdens astronomer, som retter det mot en rekke ulike mål, blant annet eksoplaneter, som i Trappist-1-systemet.

Egentlig var det ikke meningen at romteleskopet skulle brukes til å utforske eksoplaneter, for det er først og fremst lagd for å fange opp den infrarøde strålingen fra de fjerneste galaksene.

Det er mer enn to tiår siden Nasa begynte å utvikle teleskopet, og den gangen var ikke eksoplanetene noe astronomene tenkte så mye på. Det var bare funnet noen få av dem, og forskerne ante ikke at det skulle finnes mange av dem.

Etter det har de fremmede klodene nærmest myldret fram i forskernes teleskoper, og i 2022 rundet antallet kjente eksoplaneter fem tusen. I dag mener astronomene at de fleste stjerner på himmelen har en eller flere planeter.

En del av dem er steinplaneter som jorden, og noen av dem går i bane rundt stjernen sin i den såkalte beboelige sonen – altså det beltet rundt stjernen der temperaturen tillater planeten å ha flytende vann på overflaten. Uten vann i flytende form er det vanskelig å forestille seg liv.

Astronomene anslår at om lag en fjerdedel av alle sollignende stjerner har selskap av minst én beboelig planet. Tallet er sannsynligvis dobbelt så høyt hvis vi i stedet ser på de mindre røde dvergstjernene – og det er dem det er flest av i universet.

Alt i alt betyr det at det bare i vår egen galakse, Melkeveien, finnes milliarder av planeter som i prinsippet kan ha liv, deriblant de midterste planetene i Trappist-1-systemet.

Formørkelse kan vise livstegn

Den store utfordringen er å finne livstegn på eksoplanetene, og det er her Webb-teleskopet kan hjelpe.

Når en eksoplanet glir inn foran stjernen sin, kan teleskopet se at det skjer en liten formørkelse av stjernen. Formørkelsen kan fortelle hvor stor planeten er, men den kan også gi innblikk i planetens atmosfære.

En liten del av lyset fra stjernen går gjennom atmosfæren og fortsetter mot Webb-teleskopet, men underveis har det endret seg litt. Ulike molekyler absorberer lys med ulike bølgelengder, og derfor bærer lyset et slags fingeravtrykk som avslører hvilke stoffer atmosfæren består av.

Webb-teleskopet er utstyrt med egne instrumenter, såkalte spektrografer, som kan se disse fingeravtrykkene.

Teknologien er kjent fra det over tretti år gamle romteleskopet Hubble, som har blitt brukt til å analysere atmosfæren på svært store planeter, for eksempel gasskjemper som Jupiter.

Hubble-teleskopet er ikke følsomt nok til å oppdage atmosfæren til mindre planeter som jorden. Her kreves et teleskop med et mye større speil, og det er nettopp det Webb-teleskopet har. Med sine 25 kvadratmeter samler hovedspeilet på Webb-teleskopet inn lys fra et areal som er seks ganger så stort som speilet på Hubble-teleskopet.

Til tross for det store speilet kan Webb-teleskopet bare undersøke de nærmeste eksoplanetene i Melkeveien. Dessuten må astronomene nøye seg med å se på steinplaneter som går i bane rundt røde dvergstjerner. Større stjerner som for eksempel vår egen sol lyser så sterkt at det lyset som går gjennom en planetatmosfære, drukner.

De to begrensningene har heldigvis ingen betydning for utforskningen av Trappist-1-systemet. Avstanden på 40 lysår er innen Webb-teleskopets rekkevidde, og de sju eksoplanetene går i bane rundt nettopp en rød dvergstjerne, som ikke forstyrrer for mye.

Fire planeter er i søkelyset

De sju planetene beskrives med bokstavene fra b til h, og særlig d, e, f og g er interessante fordi astronomene mener de ligger i den beboelige sonen.

I studiene sine av planetatmosfærene har Webb-teleskopet det handikapet at det utelukkende fanger opp infrarødt lys. Derfor kan det ikke oppdage de stoffene som bare setter avtrykk i det synlige og ultrafiolette området av lysspektrumet.

I det infrarøde området kan Webb-teleskopet blant annet finne spor av vanndamp, karbondioksid, metan og ammoniakk. Det er også mulig å påvise ozon, som kan ha stor betydning for levekårene på en planet. Her på jorden har ozonlaget en viktig funksjon som et skjold som beskytter oss mot farlig UV-stråling fra solen.

Til gjengjeld blir det vanskelig å se oksygenmolekyler, som utgjør en femtedel av jordens atmosfære. De store mengdene oksygen er resultatet av levende organismer som via fotosyntesen har forvandlet solskinn, vann og karbondioksid til karbohydrater og oksygen.

Atmosfæren ville sett helt annerledes ut hvis det ikke hadde vært for den biologiske produksjonen av oksygen.

Av samme grunn er det selvfølgelig ergerlig at Webb-teleskopet ikke kan spore oksygenmolekyler i atmosfærene. Men heldigvis kan andre stoffer avsløre livstegn.

Amerikanske forskere har for eksempel funnet ut at metan kan være et spor etter liv i en atmosfære som har mye karbondioksid, men lite karbonmonoksid. En slik atmosfæren vil nemlig se ut som det vi hadde på jorden for mer enn to og en halv milliard år siden – altså om lag 1,3 milliarder år etter at livet oppsto.

Kanskje vil målingene fra Webb-teleskopet vise at en eller flere av Trappist-1-planetene er bebodd av mikroorganismer som skiller ut metan, på samme måte som når jordiske bakterier danner biogassen.

Det er selvfølgelig også mulig at Webb-teleskopets resultater ikke blir så sikre som astronomene drømmer om, og da trengs flere beviser. De kan antagelig leveres av et nytt teleskop, som – hvis alt går bra – er på plass i verdensrommet på midten av 2040-tallet.

Foreløpig har det blitt døpt LUVOIR, som står for Large Ultraviolet Optical Infrared Surveyor. Som navnet tilsier fanger teleskopet ikke bare opp infrarødt, men også synlig og ultrafiolett lys. Det gjør det mulig å spore flere stoffer i eksoplanetenes atmosfærer enn det Webb-teleskopet kan.

Det er fortsatt usikkert nøyaktig hvor stort LUVOIR-teleskopet blir. Tidligere har modeller med opptil 15 meter brede speil vært aktuelle, men antagelig ender det med et speil som er litt større enn det Webb-teleskopet har, på 6,5 meter.

Teleskopet blir uansett et kraftigere verktøy i astronomenes arbeid for å finne livstegn på eksoplanetene. Og i motsetning til Webb-teleskopet vil LUVOIR også kunne analysere atmosfæren på planeter som går i bane rundt sollignende stjerner.

Så hvis ikke Webb-teleskopet klarer å finne noe blant de røde dvergstjernene, vil LUVOIR kanskje levere det endelige beviset for liv utenfor jorden – i et solsystem som ser ut som vårt eget.