5000 exoplaneter er fundet – nu går vi på jagt efter liv

Cirka 40 lysår herfra, i retning af stjernebilledet Vandmanden, findes en lille rød dværgstjerne. Den blev opdaget i år 2000, og umiddelbart var den ikke mere interessant end Mælkevejens over hundrede milliarder andre stjerner af samme type.

Men det ændrede sig i 2015. Her opdagede astronomerne, at der om stjernen så ud til at kredse tre små planeter, omtrent på størrelse med Jorden. Og i de følgende år dukkede endnu fire op.

Det fremmede solsystem er helt specielt, for ikke blot er alle de syv planeter klippekloder som vores egen, flere af dem kredser også i en afstand til stjernen, som i princippet gør det muligt, at liv kan trives på dem.

Derfor brænder astronomerne for at undersøge dem nærmere, og det får de chancen for nu.

Det nye store rumteleskop James Webb giver nemlig forskerne mulighed for at observere exoplaneter i en detaljeringsgrad, som kan afsløre, hvordan livsvilkårene på dem er.

“Med Webb-teleskopet kan vi for første gang få karakteriseret atmosfæren om exoplaneter på størrelse med Jorden. Det bliver kæmpestort!”, som Lars Buchhave, professor ved Danmarks Tekniske Universitet, udtrykker det.

Buchhave er blandt verdens førende exoplanetforskere og leder et forskningsprojekt, som netop skal bruge Webb-teleskopet til at analysere atmosfæren på en af planeterne i TRAPPIST-1.

Astronomernes drømmescenarie er at opdage en atmosfære med umis­kendelige spor af liv. Hvis det lykkes, vil vi endelig få vished for, at vi ikke er alene i universet.

Exoplaneterne myldrer frem

Webb-teleskopet blev sendt op den 25. december 2021, og det tog et halvt års tid at få det på plads i sin bane halvanden million kilometer fra Jorden og finindstille det. Nu bliver teleskopet brugt flittigt af alverdens astronomer, der retter det mod et væld af forskellige mål, heriblandt exoplaneter som dem i TRAPPIST-1-systemet.

Egentlig var det slet ikke meningen, at rumteleskopet skulle bruges til at udforske exoplaneter, for det er i højere grad designet til at opfange den infrarøde stråling fra de fjerneste galakser.

Det er mere end to årtier siden, at NASA gik i gang med at udvikle teleskopet, og dengang fyldte exoplaneterne ikke meget i astronomernes bevidsthed. Der var kun fundet ganske få af dem, og forskerne anede ikke, hvor talrige de er.

Siden er de fremmede kloder nærmest myldret frem i forskernes teleskoper, og i 2022 rundede antallet af kendte exoplaneter 5000. I dag mener astronomerne, at de fleste stjerner på himlen omkredses af en eller flere planeter.

En del af dem er klippeplaneter som Jorden, og nogle af dem kredser rundt om deres stjerne i den såkaldte beboelige zone – dvs. det bælte omkring stjernen, hvor temperaturen tillader planeten at have flydende vand på overfladen. Uden vand i flydende form er det svært at forestille sig liv.

Astronomerne anslår, at cirka en fjerdedel af alle sollignende stjerner har selskab af mindst én beboelig planet. Tallet er sandsynligvis dobbelt så stort, hvis vi i stedet ser på de mindre røde dværgstjerner – og det er dem, der er flest af i universet.

Alt i alt betyder det, at der alene i vores egen galakse, Mælkevejen, findes milliarder af planeter, som i princippet kan huse liv, deriblandt de midterste planeter i TRAPPIST-1-systemet.

Formørkelse kan vise livstegn

Den helt store udfordring er at finde livstegn på exoplaneterne, og det er her, Webb-teleskopet kan hjælpe.

Når en exoplanet glider ind foran sin stjerne, kan teleskopet se, at der sker en lille formørkelse af stjernen. Formørkelsen kan fortælle, hvor stor planeten er, men den kan også give indblik i planetens atmosfære.

En lille del af lyset fra stjernen passerer gennem atmosfæren og fortsætter mod Webb-teleskopet, men undervejs har det ændret sig en smule. Forskellige molekyler absorberer lys ved forskellige bølgelængder, og derfor bærer lyset en slags fingeraftryk med sig, som afslører, hvilke stoffer atmosfæren består af.

Webb-teleskopet er udstyret med særlige instrumenter kaldet spektrografer, som netop kan aflæse disse fingeraftryk.

Teknikken kendes fra det over 30 år gamle rumteleskop Hubble, som er blevet brugt til at analysere atmosfæren om meget store planeter, dvs. gaskæmper i stil med Jupiter.

Hubbleteleskopet er ikke følsomt nok til at detektere atmosfæren om mindre planeter som Jorden. Her kræves et teleskop med et meget større spejl, og netop det råder Webb-teleskopet over. Hovedspejlet på Webb-teleskopet samler med sine 25 kvadratmeter lys ind fra et areal, som er seks gange større end spejlet på Hubbleteleskopet.

På trods af sit store spejl kan Webb-teleskopet kun undersøge de nærmeste exoplaneter i Mælkevejen. Desuden må astronomerne nøjes med at kigge på klippeplaneter, der kredser om røde dværg­stjerner. Større stjerner som fx vores egen Sol stråler så kraftigt, at signalet fra en planetatmosfære drukner i lyset.

De to begrænsninger har heldigvis ingen betydning for udforskningen af TRAPPIST-1-systemet. Afstanden på 40 lysår er inden for Webb-teleskopets rækkevidde, og de syv exoplaneter kredser netop om en rød dværgstjerne, som ikke forstyrrer for meget.

Fire planeter er i søgelyset

De syv planeter betegnes med bogstaverne fra b til h, og især d, e, f og g er interessante, fordi astronomerne mener, de ligger i den beboelige zone.

I sine undersøgelser af planeternes atmosfærer har Webb-teleskopet det handicap, at det udelukkende optager infrarødt lys. Derfor kan det ikke detektere de stoffer, som kun sætter aftryk i det synlige og ultraviolette område af lysspektret.

I det infrarøde område kan Webb-teleskopet bl.a. finde spor af vanddamp, kuldioxid, metan og ammoniak. Det er også muligt at påvise ozon, som kan have stor betydning for livsvilkårene på en planet. Her på Jorden har ozonlaget en vigtig funktion som et skjold, der beskytter os mod Solens farlige uv-stråling.

Til gengæld vil det knibe med at se iltmolekyler som dem, der udgør en femtedel af Jordens atmosfære. De store mængder ilt er resultatet af levende organismer, der via fotosyntesen har forvandlet solskin, vand og kuldioxid til kulhydrater og ilt.

Atmosfæren ville se helt anderledes ud, hvis det ikke havde været for den biologiske produktion af ilt.

Af samme grund er det selvfølgelig ærgerligt, at Webb-teleskopet ikke kan spore iltmolekyler i atmosfærerne. Men heldigvis kan andre stoffer afsløre livs­tegn.

Amerikanske forskere har fx fundet ud af, at metan kan være et tegn på liv, hvis den findes i en atmosfære, som i øvrigt er rig på kuldioxid, men fattig på kulmonoxid. Sådan en atmosfære ville nemlig ligne den, vi havde på Jorden for mere end 2,5 milliarder år siden – dvs. cirka 1,3 milliarder år efter at livet opstod.

Måske vil målingerne fra Webb-teleskopet vise, at en eller flere af TRAPPIST-1-planeterne er beboet af mikroorganismer, der udskiller metan, på samme måde som når jordiske bakterier danner biogassen.

Det er selvfølgelig også muligt, at Webb-teleskopets resultater ikke bliver så sikre, som astronomerne drømmer om, så der skal flere beviser til. De kan formentlig leveres af et nyt teleskop, som – om alt går vel – er på plads i rummet i midten af 2040’erne.

Foreløbig er det blevet døbt LUVOIR, som står for "Large Ultraviolet Optical Infrared Surveyor”. Som navnet siger, modtager teleskopet ikke kun infrarødt, men også synligt og ultraviolet lys. Det gør det muligt at spore flere stoffer i exoplaneternes atmosfærer, end dem Webb-teleskopet kan påvise.

Det er stadig usikkert, præcis hvor stort LUVOIR-teleskopet bliver. Tidligere har modeller med helt op til 15 meter brede spejle været i spil, men formentlig ender det med et spejl, som er lidt større end Webb-teleskopets på 6,5 meter.

Under alle omstændigheder bliver teleskopet et stærkere værktøj i astronomernes bestræbelser på at finde livstegn på exoplaneterne. Og i modsætning til Webb-teleskopet vil LUVOIR også kunne analysere atmosfærerne på planeter i kredsløb om sollignende stjerner.

Så hvis det ikke lykkes Webb-teleskopet at få gevinst hos de røde dværg­stjerner, vil LUVOIR måske levere det endelige bevis for liv uden for Jorden – i et solsystem, som ligner vores eget.