Astronomer jager liv på fremmede måner

I Solsystemet boltrer livet sig formentlig på fire måner, men kun på én planet. Sådan kan det også forholde sig udenfor Solsystemet, og i de senere år har astronomerne derfor finkæmmet fremmede planeter for spor efter måner. Hidtil uden held. Men nu er det måske lykkedes i et stjernesystem 8000 lysår fra Jorden.

Et lille, jævnt dyk i lyset efterfulgt af et lidt mindre dyk – og så gentaget tre gange.

Det har fået astronomer til at juble, for de små dyk i lyset er formentlig de første spor efter en måne, der kredser i et fremmed solsystem – en såkaldt exomåne.

Den potentielle exomåne har fået navnet Kepler-1625 b I og er fundet i de enorme mængder af data, som NASA’s rumteleskop Kepler optog i 2009-2013.

Månen kredser om en sollignende stjerne ved navn Kepler-1625 cirka 8000 lysår fra Jorden. Stjernen omkredses af en gasplanet, der – i modsætning til Solsystemets gaskæmper – kredser så tæt på sin stjerne, at den befinder sig i den beboelige zone, hvor liv i teorien kan opstå.

Lys afslørede måne

Keplerteleskopet har opdaget månen Kepler-1625 b I. Den er siden blevet bekræftet af Hubbleteleskopet, som fulgte månen og planeten under en 19 timer lang passage ind foran stjernen.

I praksis er det dog næppe sket på planeten, som ikke har en fast overflade, men muligvis på den enorme måne, der kredser om den.

Med en størrelse som planeten Neptun er månen fire gange større end Jorden og ligner ikke noget, vi kender fra Solsystemet.

Hvis månen er af sten, kan den være et glimrende hjemsted for liv – og det er månen formentlig ikke alene om, for ligner de over 3800 planeter, der til dato er opdaget om fremmede stjerner, Solsystemets planeter bare en lille smule, vil det myldre med livsduelige exomåner.

Og dem er astronomerne nu gået i gang med at lede efter.

Måne er set fire gange

Jagten på exomåner startede i 2011, da astronomen David Kipping og hans kolleger fra Columbia University i USA gik i gang med at finkæmme Keplerteleskopets data om exoplaneter for spor af måner.

Kepler finder en exoplanet, når den i sit kredsløb glider ind foran stjernen og dermed skygger for en del af stjernens lys.

Er exoplaneten omkredset af en stor måne, øges skyggevirkningen, når månen befinder sig ved siden af planeten, men ikke når månen enten er foran eller bag ved planeten.

Derfor får månen planetens skygge til at variere, men kun en lillebitte smule, og de fleste astronomer tvivlede derfor på, at den lille, flimrede skygge af en exomåne kunne skelnes fra planetens langt større skygge, da den amerikanske forskergruppe indledte undersøgelserne.

Tre teleskoper jager måner

Den potentielle exomåne Kepler-1625 b I blev fundet i det enorme datamateriale indsamlet med Keplerrumteleskopet og er siden bekræftet af Hubblerumteleskopet. Men først når James Webb-teleskopet sendes op i 2021, får vi de første klare billeder af exoplaneter.

  • Kepler finder kandidaterne

    Kepler rumteleskopet blev sendt op i 2009 og har undersøgt et udsnit svarende til en kvart procent af himmelrummet. Her har teleskopet ved hjælp af den såkaldte transitmetode fundet over 2600 exoplaneter og spottet mindre stenplaneter 3000 lysår væk og store gasplaneter 8000 lysår væk.
    Her i udkanten af teleskopets synsfelt opdagede forskerne også exomånen.

  • Hubble tjekker målingerne

    Takket være et spejl på 2,4 meter har Hubblerumteleskopet – der blev sendt op i 1990 og stadig fungerer – et skarpere syn end Kepler og har blandt andet observeret en galakse over en afstand på 32 milliarder lysår. Teleskopet fulgte den nyfundne måne og dens gasgigant under den seneste 19 timer lange passage forbi stjernen fra start til slut.

  • James Webb tager billeder af månen

    Efter planen opsender NASA i 2021 James Webb-rumteleskopet, og dermed går jagten på exomåner ind i en ny fase. Med et spejl på 6,5 meter har teleskopet et ekstremt skarpt syn og er perfekt til at tjekke potentielle exomåner fundet af Kepler og TESS. Som noget nyt kan James Webb formentlig tage rigtige billeder af exomåner ud fra den infrarøde varmestråling.

Det afskrækkede imidlertid ikke David Kipping. Gennem de sidste otte år har hans hold af forskere finkæmmet Keplers observationer af 284 exoplaneter for at finde exomåner.

Kun én kandidat har bestået alle tests, nemlig Kepler-1625 b I. Den potentielle exomåne kredser om gasplaneten Kepler-1625 b, der passerede ind foran sin sollignende stjerne tre gange i løbet af rumteleskopets observationer fra 2009 til 2013.

Efter at have gennemgået gasgigantens tre passager minutiøst og simuleret forløbet på en supercomputer vurderede forskerne, at risikoen var én ud af 16.000 for, at signalet skyldtes en tilfældighed eller en fejl.

Det beviste bare ikke endegyldigt månens eksistens.

Før en opdagelse er hævet over enhver tvivl, bør risikoen for fejl ifølge astronomer nemlig være helt nede på en ud af 3,5 millioner.

Det gælder ikke mindst, når det drejer sig om så stort et gennembrud som opdagelsen af den første exomåne.

Derfor fik Kippings forskerhold bevilget 40 timers observationstid med Hubblerumteleskopet – der har en langt større kikkert end Kepler – da planeten passerede ind foran stjernen i oktober 2017.

Gasgigantens kredsløb om stjernen tager 287 dage, og passagen varer omkring 19 timer.

De nye observationer viste, at den enorme gasgigant er omkredset af en exomåne på størrelse med Neptun, der cirkulerer rundt om planeten i en afstand på tre millioner kilometer.

Keplers afløser er næsten klar

James Webb-rumteleskopet skal efter planen sendes op i 2020 og blandt andet lede efter exomåner. Men allerede nu tester ingeniørerne, om teleskopet kan klare de barske kår i rummet.

NASA

Testkammeret beskyttes mod bakterier

Organiske molekyler kan skade teleskopets instrumenter. Derfor bliver testkammeret beskyttet med plader påført en særlig steril overflade.

NASA Goddard

Spejlet måles før test

Teleskopets samlede spejl gennemgår en række test, hvor det blandt andet udsættes for en simulation af de voldsomme rystelser, teleskopet bliver udsat for under opsendelsen. Her måler ingeniører spejlet før test.

NASA Goddard

Støttestruktur er dækket af beskyttende folie

Teleskopets støttestruktur er belagt med termisk guldfolie og skal ligesom resten af teleskopet kunne klare rummets isnende kolde temperaturer.

NASA Goddard

Men ud fra tanken om, at ekstraordinære opdagelser kræver ekstraordinært stærke beviser, ønsker David Kipping at indsamle flere data.

Derfor har forskergruppen ansøgt om en ny observationsrunde med Hubblerumteleskopet for at nærstudere planetens næste passage foran stjernen i maj 2019.

Avanceret liv kræver store hjem

I Solsystemet har astronomerne foreløbig opdaget 185 måner, så ligner de fremmede stjernesystemer vores, er antallet af exomåner formentlig svimlende højt.

Nogle af de måner kan – modsat Solsystemets måner – huse intelligent liv.

Avanceret liv kræver en exomåne, som er mindst lige så stor som Mars, fordi månens tyngdekraft skal kunne fastholde en tyk atmosfære gennem milliarder af år, hvis livet skal udvikle sig.

Så store måner findes ikke i Solsystemet, hvor den største, Jupiters Ganymedes, kun rummer en fjerdedel af den røde planets masse.

Solsystemet myldrer med måner

Solsystemet har kun otte planeter, men 185 kendte måner, og astronomerne opdager hele tiden nye omkring de fire ydre kæmpeplaneter.
Fire af de største måner, Jupiters Europa og Ganymedes samt Saturns Enceladus og Titan, huser måske mikrobielt liv, selvom de befinder sig i Solsystemets ydre iskolde egne.

Men de hidtidige undersøgelser af de mere end 2600 bekræftede exoplaneter har vist, at andre planetsystemer er meget forskellige fra Solsystemet. Det samme gælder sandsynligvis for de såkaldte exomåner.

De fleste måner i Solsystemet er bygget af den samme sky af støv og gas, som fødte planeterne. Her samler støv sig til sten, som tiltrækker hinanden og på den måde gradvist bygger planeter og måner.

Processen kan næppe frembringe måner, som er meget større end Ganymedes, men det kan andre processer sandsynligvis.

For eksempel blev Månen formentlig dannet, da Jorden og et objekt på størrelse med Mars bragede ind i hinanden – og den skabelsesproces kan være i spil i en forstørret udgave.

I fremmede planetsystemer har astronomer efterhånden fundet masser af superjorde – store stenplaneter med op til ti gange Jordens masse – og sammenstød mellem dem kan sagtens have ført til dannelse af exomåner, som er langt større end Mars.

Sammenstød skaber månen

Månens masse er kun 1,2 procent af Jordens, men et sammenstød kan i teorien danne større måner. En exomåne på størrelse med Jorden kan have kontinenter og oceaner, hvor avanceret liv kan udvikle sig.

  • Jorden kolliderer med planetkim

    Jordens måne blev dannet ved en kollision mellem den unge Jord og et planetkim på størrelse med Mars.

  • Smeltet jern og sten udskilles

    Det store brag udløste en gigantisk fane af smeltet jern og sten, som blev slynget ud i rummet.

  • Stof samler sig til Månen

    Med tiden blev stenmasserne afkølet og samlede sig i Månen, der i dag er geologisk død.

I de tilfælde, hvor superjorden kredser om en sollignende stjerne, vil planeten og dens mulige måner ofte ligge så tæt på stjernen, at flydende vand ikke kan eksistere.

Men de forvoksede jordkloder er også fundet nær svagtlysende dværgstjerner, og her kan forholdene for liv være gode.

NASA’s nyeste planetjæger, Transiting Exoplanet Survey Satellite, TESS, blev sendt op i 2018 og skal stille skarpt på 1000 røde dværgstjerner i vores nabolag, og her kan satellitten sagtens finde stenplaneter med store exomåner.

Forskerne er dog langtfra overbeviste om, at kollisioner kan forklare, hvorfor gasgiganten Kepler-1625 b har en måne, der er lige så stor som Neptun.

I stedet mener de, at en tredje proces er i spil. I Solsystemet er Neptuns måne Triton nok en dværgplanet som Pluto, der blev indfanget af planeten Neptuns tyngdefelt og blev til en måne.

Kæmpe planet tiltrækker en måne

En gasgigant, der bevæger sig ind i den beboelige zone, kan undervejs indfange store klippeplaneter eller andre gaskæmper. De store måner kan være dækket af oceaner, hvor livet kan opstå og udvikle sig.

  • Dværgplaneter danser pardans

    Neptuns store måne Triton er en dværgplanet, som tidligere dannede par med en anden dværgplanet.

  • Neptun dukker op til ballet

    På et tidspunkt er de to planeter, der kredser tæt om hinanden, kommet i nærheden af isgiganten.

  • Neptun stjæler en dansepartner

    Neptuns tyngdefelt indfanger den ene, som lander i et kredsløb og bliver til en måne. Den anden slynges langt væk.

I exoplanetsystemer kan varme gasplaneter have udført samme trick med superjorde.

Gasgiganter bliver dannet i de iskolde ydre egne af stjernesystemer, hvor is, støv og sten hurtigt bygger en stor kerne, som tiltrækker enorme mængder gas.

Tætte møder mellem unge gasgiganter kan have slynget nogle af dem ind i de varme indre egne.

På turen indad kan kæmperne have indfanget store stenplaneter og dermed omdannet dem til måner.

Lander kæmperne i stjernens beboelige zone, hvor flydende vand kan eksistere, vil vilkårene for liv være gunstige på de medfølgende stenmåner.

Exomåner udvider livsrummet

Måner behøver imidlertid ikke at opholde sig i den beboelige zone, for at liv kan opstå på dem.

Mens planeter, der ligger længere ude i systemet end den beboelige zone, er for kolde til at huse flydende vand og liv på overfladen, kan store måner omkring dem i teorien sagtens være hjemsted for levende væsener.

Europas gejsere kan indeholde mikrober

Europas ydre er dækket af sprækker og kløfter. De skabes formentlig af tidevandskræfter i et stort indre ocean, som kan rumme liv.
Hubbleteleskopet fandt i 2013 tegn på vanddamp i gejsere.

NASA/JPL/DLR

Ganymedes rummer et stort indre ocean

Jupitermånen er med en diameter på 5268 km. Solsystemets største måne. Under den frosne skorpe rummer månen et ocean, der formentlig indeholder mere saltvand end Jorden. Her lever bakterier muligvis på havbunden.

NASA/JPL/DLR

Enceladus udspyr mulige spor af liv

Gletsjere på saturnmånens sydpol udspyr vanddamp fra et indre ocean. Analyser af data fra Cassinisonden viste i 2018, at dampen indeholder molekyler, der kan stamme fra liv.

JPL-Caltech/Space Science Institute

Titan har en tyk atmosfære

Solsystemets næststørste måne, Titan, er den eneste måne i Solsystemet med en betydelig atmosfære. Den består kvælstof, metan og brint og minder om atmosfæren på den nyfødte Jord.

NASA/JPL-Caltech/Space Science Institute

Her er gasplaneter særlig interessante, fordi de kan varme månerne op på tre måder.

For det første kan varmestråling fra gasgiganten opvarme månen. For det andet kan den enorme planet reflektere stjernens lys hen på månen.

Den tredje og vigtigste måde er gasgigantens ekstreme tidevandskræfter, som i en stenmåne med flere jordmasser vil sætte magmaen i voldsom bevægelse.

Den bevægelse kan udløse en kolossal friktionsvarme, som vil øge temperaturen på månen.

Hvis månen kredser om kæmpen i en passende afstand, kan tidevandskræfterne holde den tilpas varm til at have flydende vand på overfladen, selvom gasgiganten og månen befinder sig langt ude i de kolde dele af et planetsystem.

Når NASA i 2021 opsender det store rumteleskop James Webb, vil teleskopet sandsynligvis direkte kunne se store exomåner ved at opfange den infrarøde varmestråling, de udsender.

I den sammenhæng er det lettest at opdage store, varme stenmåner, der omkredser gasgiganter langt ude i et planetsystem, fordi stjernen er så langt væk, at månens svage udstråling ikke drukner i stjernens stærke stråling.

121 giganters måner kan huse liv

I mellemtiden jager livsjægerne stadig nye informationer i rumteleskopet Keplers omfattende datasæt, som rummer 2652 bekræftede exoplaneter. Her stiller forskerne især skarpt på varme, jupiterlignende gasplaneter, fordi de langt oftere findes i deres stjernes beboelige zone end superjorde.

For nylig har professor i astronomi Stephen Kane fra University of California i USA identificeret hele 121 gasgiganter, som befinder sig i den beboelige zone omkring deres stjerne.

Disse kæmpeplaneter kan have et ukendt antal stenmåner, der måske kan huse liv.

Hvis det lykkes at opdage store måner i kredsløb om en eller flere af de varme jupiterplaneter, bliver det næste trin at finde ud af, om disse måner overhovedet huser liv, og i hvilken udgave.

Det kan astronomerne få indikationer på ved at opklare sammensætningen af månernes atmosfærer.

I princippet er det let nok. Når infrarød varmestråling fra månens overflade trænger ud i rummet gennem atmosfæren, absorberer forskellige molekyler forskellige bølgelængder af strålingen, og det kan udnyttes til at bestemme atmosfærens sammensætning.

Hvis forskerne for eksempel opdager store mængder metan, kan gassen være produceret af mikroorganismer, mens store mængder af ilt blandt andet kan stamme fra enten bakterier eller planter.

Avanceret liv kræver en måne på størrelse med Mars. Solsystemets største måne, Ganymedes, rummer kun en fjerdedel af Mars' masse. Den mindste, Mars-månen Deimos, har en diameter på ca. 12 kilometer.

© NASA/JPL-Caltech/GSFC/Univ. of Arizona

I praksis vil det dog kræve nogle ekstremt skarpe øjne at se, idet måner kun udsender meget lidt varmestråling i forhold til både den gasgigant og den stjerne, de omkredser.

Analyserne vil derfor næppe blive mulige, før James Webb-rumteleskopet indleder sine observationer.

Teleskopet har et spejl på 6,5 meter, hvilket er næsten tre gange så stort som Hubbleteleskopet, og med det kan James Webb opsnappe varmestråling, der er mere end 27 grader varmt.

Til sammenligning var Jordens temperatur i gennemsnit 22 grader, da de første dyr opstod for omkring 540 millioner år siden.

Dyrene har øjne som tekopper

Science fiction-film har for længst udspillet sig på exomåner som den skovdækkede Endor i Star Wars og den magiske Pandora i Avatar.

Men huser virkelighedens exomåner intelligent liv, er vilkårene nok anderledes.

Avancerede livsformer på en stor stenmåne i kredsløb om en gasgigant må nødvendigvis være tilpassede til et miljø med voldsom geologisk aktivitet i form af jordskælv og vulkanudbrud, som vil være en uundgåelig følge af de enorme tidevandskræfter, som gasgiganten udsætter månen for.

Luften vil derfor være fyldt af vulkansk sod og aske. Dagslyset fra solen vil variere i løbet af måneden, fordi den enorme planet ofte skygger helt eller delvist for lyset, mens genskinnet fra planetens enorme skive vil fylde natten med et diffust gul-orange lys.

I det miljø må planterne have store, brede og mørke blade for at udnytte nattens sære genskin til deres fotosyntese.

Hvis planteædende dyr finder føde, og rovdyr derfor jager mellem de mørke planter, kan de have øjne så store som tekopper.

Indtil videre er den vision af livet på en stor stenmåne dog stadig fri fantasi.

Men med den sandsynlige opdagelse af en exomåne kan astrobiologerne måske snart vise, hvordan de fremmede kloder ser ud.

VIDEO - Se NASAs egen video om fundet:

Læs også:

Exoplaneter

NASA afslører ekstraordinært fund: 7 nye planeter

3 minutter
Gliese 1132b
Exoplaneter

Sensation: Superjord kan huse liv

0 minutter
TRAPPIST-1
Liv i rummet

10 kloder hvor livet kan blomstre

5 minutter

Log ind

Fejl: Ugyldig e-mailadresse
Adgangskode er påkrævet
VisSkjul

Allerede abonnement? Har du allerede et abonnement på magasinet? Klik hér

Ny bruger? Få adgang nu!