Tiede

Maankaltaiset planeetat pian metsästäjien ulottuvilla

Jarmo Wallenius
Geneven yliopiston tähtitieteen professori Michel Mayor, joka yhdessä Didier Quelozin kanssa löysi ensimmäisen tavallista tähteä kiertävän planeetan vuonna 1995, otaksuu nyt, että 90 prosentilla kaikista tähdistä on kiertolaisia.Mayor sai 8.10.2019 fysiikan Nobel-palkinnon.
Geneven yliopiston tähtitieteen professori Michel Mayor, joka yhdessä Didier Quelozin kanssa löysi ensimmäisen tavallista tähteä kiertävän planeetan vuonna 1995, otaksuu nyt, että 90 prosentilla kaikista tähdistä on kiertolaisia.Mayor sai 8.10.2019 fysiikan Nobel-palkinnon.

JUTTU ON ALUN PERIN JULKAISTU TURUN SANOMISSA ELOKUUSSA 2006.

Turun Sanomat, München

Näkyvässä universumissa on sata miljardia tähtijärjestelmää eli galaksia. Omassa galaksissamme Linnunradassa on satoja miljardeja tähtiä. Parin viimeisen vuosikymmenen aikana kotigalaksistamme on kartoitettu noin 3000 sellaista potentiaalista tähteä, joita ehkä kiertää yksi tai useampi planeetta jopa kokonainen planeettakunta.

Ensimmäinen Auringon kaltaista tavallista pääsarjan tähteä kiertävä planeetta löydettiin vuonna 1995. Tämä nin sanottu ensimmäinen ”Kuuma Jupiter” kiertää ympyräradalla hyvin lähellä 51 Pegasis -nimistä tähteä meistä 50 valovuoden päässä. Tähän mennessä on epäsuorasti havaittu jo noin 200 tällaista ekstrasolaarista eksoplaneettaa eli aurinkokuntamme ulkopuolella kiertävää tähtien luonnollista sateliittia. Pienimmät löydetyistä planeetoista ovat olleet noin viisi kertaa Maata suurempia.

Jatkuu mainoksen jälkeen
Mainos päättyy

Planeettojen kirjo on runsas

Planeetanmetsästäjien haaveena on tietenkin, että heidän teleskooppiensa haaviin jäisi Maan kaltainen ja kokoinen planeetta eli jotakin aurinkoa sopivalla, elämälle edullisella etäisyydellä kiertävä, jonkinlaisen ilmakehän omaava kivipallo. Ennen kuin tällainen astronomien Graalin malja havaitaan joko epäsuorasti tai jopa valokuvaamalla, luvassa on vuoden 1995 löydön tehneen Geneven yliopiston tähtitieteen professorin Michel Mayorin mukaan mahdollisia muitakin yllätyksiä. Mayor on itse äskettäin (Nature 18.5.2006) tutkimusryhmineen löytänyt Linnunradastamme ”aurinkokunnan”, jossa kolme Neptunuksen massaista planeettaa kiertää emotähteä ja kahden kiertolaisen väliin jää vielä asteroidivyöhyke. Sveitsiläisprofessori painottaa, että eksoplaneettojen kirjo on paljon oman aurinkomme planeettakuntaa moninaisempi. Jatkossa voidaan saada havaintoja vaikkapa niin sanotuista valtameriplaneetoista, joissa rautasydämen ja silikaattikuoren välissä on jäinen syvä meri.

Aivan uunituoreita lisäviitteitä planeettojen eksoottisesta olemuksesta saatiin viime perjantaina, jolloin Science-lehdessä raportoitiin toisiaan kiertävistä planemoni-kaksosista: Planemonit eivät ole aivan tähtiä, mutta eivät kaasumaisia planeettojakaan. Toisaalta taas Cassini-luotain on äskettäin löytänyt Saturnuksen suurimman kuun Titanin pohjoiselta kalotilta etaani-/metaani -järviä.

Eksoplaneetan ilmakehä
Eksoplaneetan ilmakehä

Tähden huojumisessa kävelyvauhdin eroja

Vuonna 2005 varmistui ensimmäinen valokuvaamalla tehty havainto eksoplaneetasta, mutta yli 90 prosenttia kaikista löydöistä pohjautuu emotähden ja sitä kiertävien planeettojen välisiin dynaamisiin vaikutuksiin, joiden perusteella planeettojen olemassaolo voidaan päätellä. Tähden ja planeetan massoista ja etäisyydestä riippuvainen painovoima aiheuttaa muutoksia tähden ratanopeudessa – tähti huojuu radallaan. Analysoimalla tähdestä tulevan valon spektriä saadaan tuttua lähestyvän ja loittonevan signaalin Doppler-ilmiötä hyväksi käyttäen selville tähden huojumisen nopeus. Kun tarkastellaan tähden spektriviivan sini- ja punasiirtymien eli Doppler-efektissä esiintyviä muutoksia, voidaan tähden säteisnopeuden vaihteluista saada määritetyksi planeetan kiertoaika, sen massan alaraja ja etäisyys tähdestä. Vaikka menetelmä mahdollistaa Michel Mayorin mukaan jo ihmisen kävelyvauhdin suuruisen, alle 1m/s, nopeuseron havaitsemisen, se soveltuu parhaiten lähellä tähteä kiertävien, Jupiterin suuruusluokkaa olevien planeettojen kartoittamiseen. Omassa aurinkokunnassamme Maan aiheuttama nopeuden muutos Auringon nopeusvaihteluun on 12,5 cm/s. Jupiterin vaikutus siihen verrattuna on 100-kertainen eli 12,5 m/s.

Jatkuu mainoksen jälkeen
Mainos päättyy

Pienin tähän mennessä löytynyt eksoplaneetta, 25000 valovuoden päässä meistä Linnunradan keskustan suuntaan oleva kiertolainen, on todennettu mikrolinssi-ilmiön avulla. Tässä tapauksessa kolmen AU:n eli kolmen Auringon ja Maan välisen etäisyyden (150 miljoonan kilometrin) päässä punaista heikkovaloista kääpiötähteä kiertävä seuralainen osuu samalle suoralle Maan ja tähden kanssa. Nytkään ei nähdä itse planeettaa, mutta sen olemassaolo voidaan päätellä tavasta, jolla tähti linssin tavoin gravitaation ansiosta taivuttaa kohteesta tulevaa valoa. Tällöin tähden valon voimakkuus muuttuu. Mikrolinssi-ilmiö kestää noin kuukauden, mutta vaikka se on nopein tapa löytää pieniä kylmiä planeettoja, vaaditaan tätä tarkoitusta varten rakennetuilta pieniltä robottikameroiltakin melkoisesti onnea, jotta kohdetähden suurennus tapahtuu juuri oikeaan aikaan.

Pimeänä näkyvä Hevosenpää-sumu on osa Orionin tähdistössä näkyvää suurempaa Orionin molekyylipilvikompleksia. Meistä noin 1500 valovuoden päässä oleva viiden valovuoden korkuinen sumu on syntyvien tähtien ja aurinkokuntien kehto. Syntyvät tähdet näkuvät pieninä oranssisina pisteinä. Taustalla hehkuu kirkkaan tähden ionisoima vetykaasu.
Pimeänä näkyvä Hevosenpää-sumu on osa Orionin tähdistössä näkyvää suurempaa Orionin molekyylipilvikompleksia. Meistä noin 1500 valovuoden päässä oleva viiden valovuoden korkuinen sumu on syntyvien tähtien ja aurinkokuntien kehto. Syntyvät tähdet näkuvät pieninä oranssisina pisteinä. Taustalla hehkuu kirkkaan tähden ionisoima vetykaasu.

Mallia Venuksen ylikulusta

Tehokkaan Doppler-efektiin perustuvan eksoplaneettaetsinnän rinnalle onkin nousemassa ylikulkumenetelmä. Siinä planeetta kulkee emotähden editse samalla tavalla kuin Venus kaksi vuotta sitten tai vuonna1768, jolloin turkulainen luonnontutkija Herman Spöring nuorempi kirjasi asiasta James Cookin matkassaTyynellämerellä.

Ylikulun aikana planeetta lipuu tähden editse, jolloin tähden valossa havaitaan intensiteetin ja värin vaihteluita. Jupiterin kokoinen eksoplaneetta himmentää tähden valoa noin yhden prosentin. Menetelmä mahdollistaa planeetan radan säteen ja siten myös tiheyden määrittämisen. Varsinaisena valttina voidaan kuitenkin pitää sitä, että tähtitieteilijät pystyvät myös selvittämään infrapuna-astronomiaa hyödyntäen interferometrin avulla eksoplaneetan atmosfäärin koostumuksen ja lämpötilan. Tuloksesta kerrottin vuosi sitten sekä Nature- että Astrophysical Journal -lehdessä

Jatkuu mainoksen jälkeen
Mainos päättyy

Niinpä Michel Mayor ja muut Euroopan toisen avoimen tiedefoorumin ESOF 2006:n ”Kuinka monta kotia E.T:llä?” -luentosession planeettatutkijat odottavatkin tämän johdosta nyt jo paljon uudelta, ensi lokakuun lopulla Baikonurista laukaistavalta, 26 miljoonaa euroa maksaneelta ranskalaiselta COROT-satelliitilta. Tekokuun on tähtiseismologisen ”kuuntelututkimuksen” lisäksi tarkoitus etsiä ja analysoida Doppler- ja ylikulkumenetelmää käyttäen myös Maan kokoisia eksoplaneettoja. Vuonna 2008 COROT saa seurakseen Nasan Kepler-luotaimen.

Tunnetut, valikoivasti löytyneet eksoplaneetat antavat omista aurinkokunnistaan varsin toisenlaisen kuvan, mitä kotitähtemme kiertolaisista voisimme päätellä: Suurin osa eksoplaneetoista kiertää emotähteään hyvin lähellä 0,1 AU:n etäisyydellä ympyräradoilla ja on Jupiterin suuruusluokkaa. Usean planeetan järjestelmiä on löydetty18. Otaksutaankin, että ko isot planeetat ovat jossakin kehitysvaiheessa vaeltaneet kaukaisemmilta ellitptisemmiltä kiertoradoilta lähemmäksi keskustähteä.

Ainakin noin 10 prosentilla pääsarjan tähdistä näyttäisi olevan planeettakunta. Havaittujen tähtien massat ovat 0,8-1,2 kertaa Auringon massa, mutta niiden metallipitoisuus eli vetyä ja helumia raskaampien alkuaineiden määrä on kotitähteämme runsaampi.

Korkea metallipitoisuus suosii kivisten planeettojen ja kaasuplaneettojen ytimien muodostumista. On ilmeistä, että tähti on siepannut ympärilleen metallipitoista ainesta ja planeettoja.

Nykyisen teorian mukaan gravitaatio tiivistää kaasun ja pölyn tähdiksi, mutta tuore tutkimustulos osoittaa, että tähden ympärillä olevasta kertymäkiekosta tiivistyvien kiviplaneettojen sisus voi olla joka kiteistä tai amorfista silikaattiainesta riippuen siitä, miten lähellä tähteä olevasta protoplaneettamateriaalista on kyse.

Lue myös:

Onko maapallon ulkopuolella elämää? Fysiikan Nobel-voittajien tutkimukset tuovat kosmologian askeleen lähemmäs "ikuista kysymystä"

Jatkuu mainoksen jälkeen
Mainos päättyy