exoplanet95.html
©J Westman 1995, 1996, 1997, 2001, 2005, 2012

Andra solsystem.

I november 1995 fick vi det bekräftat: Det finns planeter kring andra stjärnor. Så hä;r skrev jag: "Amerikanska astronomer bekräftade i förrgår (torsdag) uppgiften från schweiziska kollegor tidigare denna månad, (6 november 1995), att en planet förefaller kretsa runt en stjärna i stjärnbilden Pegasen (Pegasus) 42 ljusår från Jorden. Astronomerna har länge misstänkt att det finns planeter runt andra stjärnor, och trots att man inte har sett den här planeten, bara hur den påverkar sin stjärna, är upptäckten en milstolpe i vetenskapshistorien. (Bv42/95)
Härnedan har jag samlat några av kommentarerna då och från de närmast följande åren


jw december 1995 , januari 1996, januari 1997,januari 2001, januari 2012. Genomgång 12.1.2012.

Första meddelandet (1995).

Varken schweizarna Michel Mayor och Didier Queloz som meddelade om upptäckten den 6 oktober 1995, eller amerikanen Geoffrey Marcy som har bekräftat den, har sett själva planeten. Det har ingen annan heller. Något tvivel råder emellertid inte, upptäckten är utan tvivel verklig. Det som Mayor och Queloz vid observatoriet i Geneve observerande och Marcy vid Lick-observatoriet i Californien bekräftade är förskjutningar i spektallinjerna i stjärnan 51 Pegasis spektrum, som visar, att stjärnan vinglar i sina rörelser därför att den störs av någonting. Detta någonting har en period på 4 dygn och knappa 5 timmar - och Marcy behövde bara fyra nätters observationer för att bekräfta att Mayor och Queloz verkligen hade observerat de här rörelserrna hos stjärnan 51 Pegasi. Det var lite bittert för Geoffrey Marcy att vara tvungen att bara bekräfta andras observationer - i 8 långa år har han sj&aumnl;lv jagat extrasolära planeter utan framgång. Men så kan det gå.

Spektrallinjer är grundämnenas signaturer i det ljus stjärnan sänder ut. De har sin bestämda våglängder - om de är förskjutna från sina platser beror det på att ljuskällan rör sig, och om förskjutningen varierar skvallrar det om att juskällan vinglar av och an i synlinjens riktning, därför att den valsar runtmed en osynlig följeslagare.

Ur storleken på förskjutningarna och den astrofysiska modellen för själva stjärnan får man ut de övriga uppgifterna: att detta något har en massa omkring hälften av planeten Jupiter, jätten i VÅRT solsystem. Det är en massa som motsvarar 150 till 200 jordklot. Den kretsar på ett avstånd av bara 8 miljoner kilometer från 51 Pegasi - motsvarande bara fem procent av Jordens avstånd från Solen - och stjärnan måste hetta upp den så att dess yttemperatur måste vara i storleksordningen 1 500 grader Celsius eller mer. Planeten kretsar såpass nära sin sol att tidvatteneffekten måste ha bundit dess rotation - den visar ständigt ena sidan mot 51 Pegasi, den andra sidan vetter ut mot tomma kalla rymden.

Vi kan spekulera över hur den ser ut. Den kan inte vara ett klot av väte och heliumgas som Jupiter utan den måste bestå av svårsmält material, järn och sten. Eftersom materialet den består av har hög densitet, måste den vara mindre än Jupiter. En femtedel av volymen kanske och en diameter på 60 000 kilometer eller så. Som Saturnus i vårt solsystem. Tyngdkraften på ytan måste vara 5...6-faldig jämfört med Jordens. Uppstår där berg, så rasar de samman. Ytan måste vara ganska jämn. Kanske planet 51 Pegasis yta på solsidan är en ocean av orangeglödande lava. I alla fall ingen trevlig plats precis.

Stjärnan 51 Pegasi ligger på 42 ljusårs avstånd från oss, i stjärnbilden Pegasus. Man kan se 51 Pegasi om man vet var man ska titta. Stjärnbilden Pegasus - Vinghästen - står i öster nu på hösten när solen går ner och är ganska rakt i söder vid midnatt. 51 Pegasi hittar ni på en bra stjärnkarta.

Men planeten kan säkerligen inte ses ens i rymdteleskopet HST. Om man observerade Solen från 42 ljusårs avstånd med markbundna teleskop, skulle man inte kunna se planeten Jupiter. Jupiter skulle vara alldeles för ljussvag och dränkas i solens strålar. Rymdteleskopet HST kunde - kanske - uppsnappa en glimt av den.

Däremot skulle en observatör med dagens instrument kunna konstatera att Solen vinglar i sin bana med en 11,86 års period. Tyngdpunkten i systemet Jupiter-Solen befinner sig nämligen en liten bit ovanför solens yta.

Det är förskjutningar i spektrallinjerna som har varit planetjägarnas stora förhoppning - att en extrasolar planet skulle upptäckas endera året var väntat - och att den skulle vara i Jupiters storleksordning var också väntat- oväntat var att den skulle vara så nära sin moderstjärna, det gjorde de å andra sidan lättare att upptäcka. En period på 4 dygn 5 timmar är bra mycket lättare att konstatera än 11,86 år. Och de störningar den ger upphov till är mångfalt större än de störningar Jupiter ger upphov till i Solens rörelser.
    Osynliga följeslagare till stjärnor har nog upptäckts genom att mäta stjärnornas skenbara rörelser i sidled på himlavalvet. Stjärnan Sirius rör sig i en buktande linje med en 50 års period - men följeslagaren Sirius B visade sig vara en vit dvärg - liten och het men lika tung som vår sol. Senare har man upptäckt osynliga följeslagare med massor på ett tiotal gånger Jupiter eller så runt ena komponenten i endel dubbelstjärnor - där rör ju sig stjärnorna såpass snabbt kring varann att oregelbundenheter kan spåras.

På 1960- och 1970-talen genomförde holländaren Pieter van de Kamp en observationsserie av den närstnärmaste stjärnan utanför solsystemet, Barnards stjärna, som är en ensam vandrare, och efter mer än tio års arbete tyckte sig van de Kamp urskilja att stjärnans egenrörelse genom rymden stördes av en himlakropp som var bara något större än Jupiter. Det är observatioiner som ingen har kunnat bekräfta genom att göra om dem, och det har antagits att resultaten är en följd av något systemtiskt fel i observationerna eller - en elakare möjlighet - handlar om önsketänkande kring data som ligger inom fel-området i metoden. De observationerna har inte heller bekräftats den spektrala vägen. Och studiet av hur stjärnan vaggar genom att mäta hastighetsskillnader i stjärnans spektrum ger mer exakta uppgifter än att mäta stjärnans egenröelse på himlen - spektralmätningarna är dessutom oberoende av avstånd.

Vad är en planet?

Vad skiljer en planet från en liten stjärna? Ja, en planet är en himlakropp som inte kan lysa med eget ljus, vilket en stjärna gör. Gränsen torde gå vid ungefär tio gånger Jupiters - eller en hundradedel av solens massa.

Mayor och Queloz har observationer av en riktig planet - i massa mellan Jupiter och Saturnus. Men det, att den är så stor och ändå så nära stjärnan får endel astronomer att fortfarande tvivla.

Nåja, nånting finns där och vi får väl tro att det är någonslags planet. Och det visar då, att det ligger något bakom dagens uppfattning om hur vårt solsystem har kommit till. Enligt den modellen uppstod solsystemet ur ett moln av stoft och gaser som drog sig sammam därför att en supernova som exploderade i närheten störde jämvikten i det, och samtidigt berikade molnet med en del tunga grundämnen. En stor del av molnets massa samlade sig i solen. En annan del bildade en skiva av material i sammandragning, ackretionsskiva, runt Solen.

Sådana skivor har astronomerna under de senaste tio åren iakttagit runt endel stjärnor - den klara stjärnan Vega, som lyser på kvällshimlen nästan rakt i söder efter solnedgången var den första som upptäcktes med infraröd-astronomisatelliten IRAS år 1983. En annan är stjärnan Beta Pictoris, där man ser skivan från kanten, den har kunnat fotograferas ochså från flygplansburna och tillockmed mark-observatorier. Beta Pictoris är en stjärna på södra stjärnhimlen på 52 ljusårs avstånd från Jorden. I somras (1995) publicerade Alfred Vial-Madjar och Roger Ferlet vid astrofysiska observatoriet i Paris nyanalyser av en märklig serie observationer av Beta Pictoris som ett schweiziskt team gjorde hösten 1981 med det då nya teleskopet vid European Southern Observatory på bergstoppen La Silla i Chile.

Man hade tänkt sig att använda Beta Pictoris som ett standardljus - men i början av november fann schweizarna att stjärnans ljus ökade under en tiodygnsperiod, som starkast med 2 procent. Den 10 november 1981 sjönk ljusstyrkan till mindre än normalstyrka under två timmar. Den ljusnade till, med +2% över normal igen och sjönk tillbaks till normalnivå under de följande tio dygnen. Detta skedde två år innan stoftskivan runt stjärnan upptäcktes, och schweizarna avbröt observationsserien utan att ha en aning om vad de hade spår på.

Vidal-Madjar och Ferlet hittade motsvarande data i nya observationer med ESO-teleskopet. Nu har de en tolkning. Skivan av gas och stoft runt Beta Pictoris - den har en diameter på 500 gånger jordens avstånd från Solen - fem hundra astronomiska enheter - medan vårt solsystems yttersta STORA planet Neptunus inte är längre ute än tretti astronomiska enheter. Och vi iakttar skivan snett från kanten, så i princip skymmer den en smula av Beta Pictorisljus. Men där tycks finnas en ringformad öppning i den -det är förklaringen till att stjärnans ljusstyrka ökade. Mitt i öppningen finns något som rörde sig över stjärnans yta och sänkte dess ljusstyrka. Vidal-Madjar och Ferlet tror att det är en stor planet, som har svalt stoftet kring sin bana. Henny Lamers, Universitetet i Ytrecht tror att det snarare är fråga om en samling planetesimaler - många små och mellanstora lösa klumpar på väg att bli planet. Vad det än är händer det spännande saker kring Beta Pictoris 52 ljusår borta.

Intresset för Beta Pictoris har fått astronomerna kring Hubble Space Telescope att ta sig en titt på stjärnan och Thierry Lanz, Sara Heap och Ivan Hubeny finner att Beta Pictoris inte är en normal klar stjärna med en halv miljard år på nacken, utan mycket ung, högst 12 miljoner år. Bara barnet, jämfört med vår 4,5 miljarder år gamla Sol, och den 8 miljarder år gamla 51 Pegasi.

Sedermera har ett antal exoplaneter upptäckts genom att man fotometriskt har bestämt hur de förmörkar, dvs skymmer lite av ljuset från sin centralstjärna, det finns tillochmed fall där de spektrala observationerna användes för att söka och finna förmörkelser.

Meteorernas vittnesbörd.

Det äldsta material som finns från solsystemets barndom är ur en stenmeteorit som föll ner i Allende i Mexico år 1969, samma år som de första månproverna kom till Jorden med Apollo-11. Allende-meteoriten är fortfarande föremål för undersökningar därför att den berättar oss vad som har hänt i dessa avlängsna tider. Vissa delar av Allende-meteoriten har åldersbestämts till 4 566 miljoner år. Det var den tidpunkt då stenmaterialet stelnad från ett smält tillstånd. Och närvaron av en kortlivad aluminium-isotops dotterämnen visar, att detta skedde inom 10...12 miljoner år - en mycket kort tid - efter att den radioaktiva moder-aluminiumisotopen hade bildats i en supernova-explosion - den sista av de supernovaexplosioner som skapade alla de grundämnen förutom väte och helium som jorden och månen och du och jag består av.

Själva kollapsen från ett gas- och stoftmoln i rymden till en proto-sol med en stoftskiva omkring sig har inte tagit mer än 100 000 år, och det har inte tagit särskilt mycket längre tid för planeterna att bildas. Proverna från Månen visar nämligen att det radioaktiva aluminiet fanns med då Månen hade blivit till, efter att en för-planet stor som Mars hade kolliderat med det som skulle bli Jorden och Månen uppstod av utkastet från den smällen.

Bekräftelse på att planeter kan uppstå mycket snabbt har vi från ettt annat och överraskande håll. I april 1994 rapporterade en amerikansk radioastronom, Alexander Wolszczan (Volsj-tjan), att han hade funnit planeter runt pulsarer. Metoden att upptäcka DEM är densamma som Mayor och Queloz har använt - bara med den skillnaden att det är spektrum i radio-området som observeras.

Men Wolszczan-s pulsar-planeter är ännu mer udda och mer svårförklarade, för de bör ju ha uppstått efter att det som nu är pulsar exploderade som en supernova. Å andra sidan, om både Wolszczan-s supernova-planeter och schweizarnas 51-Pegasi-planet är verkliga så visar de, att det är normalt för material runt en stjärna att dra sig samman till planeter, oavsett om materialet kommer från det moln som stjärnan uppstår av eller ur något som slits sönder av en supernovaexplosion, och att det hela går fort astronomiskt sett.

Överhuvudtaget verkar det som om finfördelad materia, spridd runt en centralkropp, kommer att dra sig samman till mindre och sedan större himlakroppar. Vår egen måne anses ju ha uppstått på detta sätt sedan en proto-planet av Mars' storlek kolliderade med proto-Jorden för 4,5 miljarder år sedan.

Planetsystem allmänna.

I såfall är planetsystem nånting man kan vänta sig kring nästan alla de stjärnor som inte är dubbelstjärnor (och det visar sig, även inom dubbelstjärnesystemen!). Återstår att upptäcka de mera normala planetsystemet - fast det verkar som om de udda systemen skulle stå först i kön.

Dubbelstjärnorna utgör drygt hälften av alla stärnorna och i ett system med två eller flere stjärnor anses det vara svårt för överblivet material att formera sig till planeter. De osynliga följeslagarna i dubbelstjärnesystem har alla massor flera tiotal gånger Jupiters, de bildar en egen, tillsvidare gåtfull grupp, nästan-stjärnor eller bruna dvärgar. Hubble Space Telescope har fotograferat en sådan: Gliese 105 C på 27 ljusårs avstånd, den har mindre än en tiondel av Solens massa och kan nätt och jämnt upprätthålla kärn-reaktioner i sitt inre, men den är ändå hundra gånger mer massiv än Jupiter.

Huruvida ALLA de ensamma stärnorna har planetsystem, och om sådana planetsystem sedan innehåller planeter som i likhet med Jorden är lämpade för liv är sedan en annan sak. I vårt solsystem uppstod tre sådana planeter: Venus Jorden och Mars. Men det vara bara Jorden som drog vinstlotten.

Nya jätteplaneter (januari1996)

   Torsdagen den 18 januari 1996 kom nyheten, att astronomer i USA sade sig ha upptäckt två nya planeter runt andra stjärnor än solen. EN kring stjärnan nummer 70 i konstellationen Jungfrun, 9 gånger tyngre än solsystemets största planet, Jupiter, ett årsvarv på 116 dygn. Den ANDRA kring stjärnan 47 i Karlavagnen, 3 gånger Jupiters massa, året 1 100 jorddygn. Det som väckte uppmärksamhet var, att upptäckarna, Geoffrey Marcy och Paul Butler, talade om möjligheterna till LIV.

Vad har verkligen upptäckts? Jo, igen nånting som stör stjärnornas rörelser. På samma sätt som två schweiziska astronomer upptäckte planeten kring stjärnan 51-Pegasi, som annonserades i oktober 1995, sedan just Marcy hade bekräftat den upptäckten.

Stjärnorna och de osynliga störande kropparna svänger runt parens gemensamma tyngdpunkt - som stora och stöddig farbröder, som valsar runt med små små flickor. Ser vi inte de små små flickorna, så ser vi bara att de stora farbröderna tycks vingla lite fram och tillbaka på dansgolvet. Här är det väldigt små små planetflickor, bara tusendelen av stjärnfabbona. Med nöd och näppe syns vinglandet som rytmiska förskjutningar av linjerna i stjärnornas spektrum.

Ett spektrum är ljus, som har bretts ut efter våglängd genom att det passerar genom ett prisma, som Isaac Newton redan upptäckte. Numera används gitter. Alla grundämnen som är med i gasform sätter sina signaturer som linjer på alldeles BESTÄMDA ställen. Om gasen med grundämnena rör sig till eller från oss, FÖRSKJUTS linjerna från sina rätta platser. BLÅförskjutning betyder rörelse mot oss, RÖDförskjutning att rörelsen är från oss. Detta kallas Dopplersk förskjutning efter den österrikiske fysiker som på 1800-talet f&oum;rklarade fenomenet, egentligen borde man tala om Doppler-Fizeau-effekten, eftrersom Doppler teoretiserade kring ljudvågor och fransmannen Hippolyte Fizeau utsträckte förskjutningsteorin till att även gälla elektromagnetiska vågor, som ljus.
   När förskjutningarna svänger av och an - då valsar stjärnan med någonting.

Den goda sidan är att mätningarna är oberoende av avståndet till stjärnan. Det svåra är att förskjutningarna är små - och att observationsserierna måste vara längre än ett planet-år. Marcy med medhjälpare har hållit på i drygt 7 år - än så länge. I vårt solsystem är Jupiter-året 11 jord-år.

Geoffrey Marcy sa på presskonferensen, att det på planeten kring stjärnan 70 i Jungfrun är 85 grader varmt. Där kan finnas flytande vatten, regn och oceaner, sa Marcy. Komplicerade organiska molekyler kan förekomma där. På den andra planeten, som nog är kallare, kan det finnas en nivå i atmosfären där vatten och organiska molekyler kan finnas. NASA-chefen Dan Goldin var med på presskonferensen, och han sa, att när man har funnit planeter, där vatten kan finnas, så vet vi från jorden, att där det finns vatten så finns det liv.
   Det är mycket sagt. Men inte alls för mycket om man i dagens USA vill ha offentliga medel för att fortsätta ett observationsprogram.

Vad grundade de sig på? Jo, LITE uträkningar och MYCKET spekulation. Först uträkningarna:

Vardera stjärnan har en massa som är lite mindre än solens. Ur storleken på rörelsestörningarna får man massorna, nio och tre gånger Jupiters massa. Ur perioderna 116 dygn och 1 100 dygn, kan man räkna ut avstånden mellan stjärnorna och planeterna. Då man vet hur intensivt stjärnorna strålar, då får man temperaturerna på de avstånden: + 85 grader Celsius för planet 70 Virginis, och - 80 för 47 Ursae Majoris. Resten är ren och skär spekulation.

Nu är det bara så, att planeter med massor 9 gånger Jupiter är nästan 3 000-faldigt mer massiva än Jorden, och 3 gånger Jupiter är 900 gånger mera massiv än Jorden. Högst sannolikt är så stora kroppar gas-giganter, som Jupiter - mellanting mellan stenplaneter som Jorden och stjärnor som Solen. Jupiter är 300-falt mera massiv än Jorden. Solen har en massa 1 000 gånger Jupiters.

Men - där det finns STORA planeter kan det också finnas mindre. De stora kan ju också ha månar. Om planeten är tiofalt större än Jupiter kan de största månarna vara stora som planeten Mars eller tillockmed Jorden. Men det där vet vi inte.

Så vari ligger då den verkliga nyheten?

-det är första gången man upptäcker någorlunda normala stor-planeter runt andra stjärnor. Trots "Stjärnornas Krig" och "Star Trek" har man hittill bara trott på att dom ska finnas - man har inte vetat det. Inom vetenskapen gäller inte att man tror.

Detta kommer att sätta fart på instrumentbygge och utveckling av utrustning för att fortsätta jaga planeter. Alldeles riktigt, NASA formulerade snart ett program som fick namnet "Origins" och man började planera rymd-teleskop och rymd-interferometrar för att upptäcka och undersöka planeterna utanför vårt solsystem. Sådana här ålaner tar tiotals år att genomföra. Man kan med skäl undra om ivern orkar sitta i så länge- fyra till sex valperioder.

Sci-fi och exoplaneterna

"Stjärnornas Krig" och "Star Trek" är vår tids sagor - ett sätt att göra det Universum som astronomerna talar om fattbart. Sagor och myter är viktiga - det är genom dem vi strukturerar det okända. Men man ska inte tro för mycket på dem.

På presskonferensen om de nya planeterna sa NASA-astronomen Robert Brown, att "Herr och fru Amerika och herr och fru Värld vill veta svaret på frågan: är Jorden unik, eller finns det andra ställen som kan vara hemvist för liv?"

Det är kärnpunkten - vi vill väldigt gärna att det ska finnas intelligent liv på andra planeter. Vi tror väldigt gärna att så är fallet. En del av oss, Juhan af Grann tillexempel, utnyttjar denna vilja för att sälja strunt. En del av de ansvariga, i koimmersiella MTV-3 tillexempel, vet att det är strunt, men köper i alla fall för det lockar tittare.

För 130 år trodde astronomerna att de såg kanaler på Mars. Sen den tiden talar man ännu om marsianer. Den finländske generalen ( i ryska armen, förståss!) och forskaren Edvard Engelbert Neovius skrev om "Vår tids största uppgift" och föreslog ett batteri med tiotusen bågljuslampor i Anderna för att blinka meddelanden till Mars, och utarbetade ett blink-språk som marsianerna skulle kunna tyda. Det var 1875, faktiskt redan 2 år innan Giovanni Virgilio Schiaparelli kom med sitt sensationella meddelande om att han skådat "canali" som överkorsade Marsytan.

Vid sekelskiftet 1900 instiftade en rik fransk änka ett pris - Guzman-priset - som skulle ges åt den som först fick kontakt med utomjordingar. Men Mars räknades inte - det skulle vara för lätt!

Nu vet vi att kanalerna på Mars var en synvilla. Tyvärr, får man säja.

Hur kan man upptäcka liv?

Jo, om ljuset från stjärnan passerar genom en kall gas av ett grundämne sätter grundämnet en MÖRK linje i stjärnspektrat. Om man spårar spektrallinjer av kallt fritt syre eller någon annan aktiv gas som inte förekommer fritt utan att någonting fyller på det hela tiden, som visar rörelseförskjutning i förhållande till stjärnljuset, så har man en planet med liv. Med känsliga instrument utanför jordens atmosfär kan man kanske se sådana spektrallinjer, som inte hör hemma i stjärnljuset. Det kan lyckas i infrarödområdet eller mikrovågsområdet, sär stjärnljuset är svagt. Det kommer att bli fart på att utveckla metoderna nu. Mätningarna blir ett av uppdragen för Hubble-teleskopets efterträdare, James Webb-teleskopet, om och när det byggs.

Sedan sextitalet har det gjorts försök att med radioteleskop att avlyssna radiosignaler som kunde komma från andra civilisationer. Här senast kom en rapport om ett australiensiskt program, man hade avlyssnat 200 av de närmaste stjärnorna - ingenting - men australiensarna ämnar avlyssna 800 till.

Tidsfaktorn.

Om radioavlyssnandet inte ger resultat är det ingenting att förvåna sig över: Vi ska tänka på tidsfaktorn: Om vi tänker oss den tid livet har till sitt förfogande - Vetenskapscentrum Heureka hade häromåret en Tidsstig där 180 meter motsvarade Jordens ålder 4,5 miljarder år. Livet uppkom så snart det fanns oceaner på jorden, för 3,9 till 3,6 miljarder år sedan, när 140 meter är kvar av Tidsstigen. De sista 20 meter på Tidsstigen motsvarar den tid flercelliga fossil är kända. Hela den tid m&aAuml;nniskan har haft skrift, 5 000 år, motsvarar där 0,2 mm, en femtedels millimeter - ett någorlunda tunnt pennstreck. I den skalan är de hundra år radion har funnits 4 / 1 000 millimeter.

Framför oss ligger minst 40 meter Tidsstig, kanske ett par hundra meter, innan liv på jorden blir omöjligt. Om liv har uppstått nån annanstans, så är utgångspunkten för var deras Tidstig börjar en annan, och utvecklingen löper säkert inte parallellt. Vi hittar amöbor eller änglar - inte människor.

Man har upptäckt tecken på liv genom observation av en planet från rymden. Halvt på skämt. Med rymdsonden Galileo.

Rymdsonden Galileo sändes efter oändliga besvär iväg med destination Jupiter i oktober 1989. Men det fanns inte då någon tillräckligt kraftig bärraket att skicka iväg farkosten direkt. Istället måste den göra en sväng förbi Venus och två förbi Jorden, varje gång stal den lite av planetens rörelse-energi. I januari 1992 passerades Jorden andra gången och gav fart till Jupiter. Då passade markkontrollen på och observerade Jorden. Galileos fjärrmätningsutrustning upptäckte att det finns fritt syre i jordens atmosfär. OCH - man upptäckte radiosignaler som uppenbarligen var konstgjorda - de kom från en väderleksboj i Sydatlanten.

I början av december 1995 kom Galileo fram till Jupiter.

Jupiter.

Jupiter är 5 gånger längre ut från Solen än Jorden. Hittills har Jupiter studerats från Jorden förståss, och med två Pioneer-sonder i slutet av 1970-talet och två Voyager-sonder 1979 och 1981.

Galileo hade med sig en sond, som kort efter midnatt finsk tid den 8 december 1994 dök in i Jupiters atmosfär. Sonden sände data under 57 minuter efter inträdet i atmosfären, den kom ungefär 600 kilometer ner, till trycknivå ungefär 20 jordatmosfärer . Data togs emot av moderfarkosten som gick in i bana runt Jupiter, och lagrades på den. De har överförts mycket långsamt -Galileos huvud-antenn fungerar nämligen inte - och sen har budgetbråket i USA bromsat upp analysen av data.

Tidigare har man observationer av tre olika molnlager, högst ammoniak-kristaller, sedan ammoniumhydrosulfid, och lägst vatten-is-kristaller, men sonden upptäckte ingenting av det där. Det kan bero på att sonden träffade ett ställe där Jupiteratmosfären var klar ner till mer än 600 kilometer. Dålig tur, heltenkelt.

Mängden vatten i Jupiters atmosfär visar sig vara bara 50%...10% av väntat. Det finns inte mera vatten än det skulle finnas på solen, om syremolekylerna där var förenade med väte till vatten. Som väntat upptäcke sonden väte och helium. Mängden helium var mindre än väntat, och det var mängderna neon, kol, syre och svavel också. Vad detta betyder vågar ingen säja innan hela mängden inmätt data kommer över.

Vinden ökade ju lägre ner man kom, den högsta vindhastigheten var över 120 meter i sekunden. Enligt forskarna bevisar dethär, att de vindbälten och strömningar man ser på Jupiters yta drivs av värme från Jupiters inre. Hos oss kommer värmen utifrån - från solen.

Forskarna har två teorier om hur Jupiter uppstod: Enligt de ena bildades planeten direkt genom att material, stoft och gas runt den unga solen, drog sig samman. Enligt den andra uppstod planeter och månar i två skeden: först samlades gas och stoft till mindre kroppar, som skulle ha påmint om stora kometkärnor - hundratals kilometer i diameter. Dehär samlade sig i andra skedet till verkliga planeter. Men någon anrikning av kometmaterial syre, kväve, kol, ser man inte spår av i de här preliminära data från Jupiter.

En bra teori om Jupiter behövs för att förklara också resten av solsystemet - bland annat oss - för solsystemet består ju av Solen, Jupiter och det som sedan blev över. Och eftersom de flesta hittills (1997) upptäckta exoplaneterna är stora som Jupiter eller större belyser kunskap om vår Jupiter även det som har skett kring andra stjärnor.

Andra solsystem

År 1997, när detta skrevs, kände man till minst nio planeter utanför vårt solsystem, och fler upptäckter var på kommande. Alla de först upptäckta exoplaneterna är stora, som Jupiter i vårt solsystem 300 gånger mer massiva än Jorden, de flesta större. De flesta rör sig i också i banor som ligger mycket närmare deras centralsol än vad planeten Jupiter ligger från Solen i vårt solsystem. Det är inga "kändisar" bland stjärnorna än så länge, de har bara katalognummer som "16 i stjärnbilden Svanen".

Att det är sådana system där jätteplaneterna är nära centralsolen som först har upptäckts är förståeligt - de upptäcks ju genom att man kan observera de störningar som jätteplaneten utövar på själva stjärnans rörelse. Nu har Jupiter i vårt solsystem en omloppstid på nästan 12 jord-år och Saturnus omkring 30 jord-år. För att upptäcka dem från en annan stjärna måste man observera Solen i minst 12 år för att hitta Jupiter, och över 30 för att hitta Saturnus. För att bekräfta och förfina beräkningarna ett par perioder till.

Tänk er ett par som valsar fram - en stor stjärnpappa med sin lilla planetdotter som vi inte ser. Astronomerna mäter hur stjärnan vinglar och kan då bestämma planetens massa, och ur svängningsperiodens längd - alltså den osynliga planetens omloppstid - även bestämma på ett hur stort avstånd från stjärnan den störande planetmassan måste befinna sig. Sen är det rätlinjiga beräkningar att bestämma hur mycket stjärnstrålning som når planeten och hur mycket den värms upp.

Jupiter och Saturnus.

Vi vet att stjärnor föds när stora moln i rymden drar sig samman. Det mesta av molnen består av gas, väte och helium, men där finns andra grundämnen som stoft och is. Molmaterialet börjar virvla runt den centralanhopning som ska bli en stjärna och formar sig till en platt ansamlings-skiva. Materialet i skivan klumpar sig samman tills ur-planeter uppstår.

I vårt solsystem har vi TVÅ gasgiganter. Jupiter, med massa mer än tre hundra gånger Jordens massa, och Saturnus, nästan 100 gånger Jordens massa. Jupiter ligger i medeltal 5,2 gånger längre bort från Solen än Jorden, och Saturnus på 9,6 jordavstånd från Solen. Längre ut finns två mera halvdana jättar - Uranus och Neptunus, 19,2 och 30,1 jordavstånd ut.

En gasgigant består mest av väte och helium i nästan samma proportion som stjärnor. Först har sten- och is-meterial bildat en himlakropp med en massa på 5 till 10 gånger jordens massa. Dess tyngdkraft har sedan sopat till sig av gasen runt centralstjärnan i födelse, och fortsatt med det tills centralstjärnans nytända strålning blir stark och sopar undan gasen.

Det avgörande för att gasgiganter uppstår förefaller vara att urplaneterna ansamlas på ett sådant avstånd från centralsolen att det är tillräckligt kallt i ur-molnet för att flyktiga molekyler, tillexempel vatten ska förekomma i frusen form, is. Bara så blir urplaneterna stora nog. Nära den unga solen hettar den redan upp materialet, och förgasat vatten och metan rymmer i ansamlingsskedet. Därför är jorden och månen och Mars och Merkurius och Venus små stenplaneter, och vi har inte någon jätteplanet närmare solen än 5 jordavstånd.

I de flesta av de andra solsystemen som hittills har upptäckts är jätteplaneterna mycket närmare centralsolen. Vetenskapsmännen är ense om att de aldrig har kunnat uppstå där. Men där är de, och då måste det finnas en förklaring.

Störningar.

Himmelsmekanikerna Stuart Weldenshilling i USA, och Francesco Marzari från universitetet i Padua i Italien, påpekar, att kärnor till jätteplaneter i andra solsystem kan uppstå i banor som nog just då är stabila, men inte länge. Jätteplaneterna sopar mycket snabbt ihop gas från urmolnet och ökar sin massa, på endast 100 000 år kan de bli så stora att de stör varann. Weidenschillings och Marzari-s och andra gruppers datasimuleringar ger entydiga resultat: Om 3 eller flera giganter börjar störa varann så slutar det efter en astronomiskt sett mycket kort tid - 20 000 år är ett medeltal - med att en slängs helt och hållet ut ur systemet, en hamnar i en avlång bana som för nära centralsolen och en hamnar ganska långt ut. Ett par av de efter 1977 upptäckta systemen påminner om följderna av en sådan utveckling.

Ansenliga mängder gas och stoft finns då kvar i systemets yttre delar och den massans tyngdkraft stör planetbanorna så att de rundas ut. Slutresultat: en jätteplanet nära sin sol. Weidenschilling och Marzari påpekar att vi i vårt solsystem drog en vinstlott: Ingen tredje jätte-planet-kärna gjorde Jupiter och Saturnus rangen stridig, och vi fick inte någon elefant instormande i det inre solsystemets porslinsbod. Därför är vi här.

Eftersom så många jätteplaneter i Jupiters storlek nära sina centralstjärnor redan har upptäckts så måste de vara rätt vanliga. Det kan inte finnas liv på gasgiganterna men hur är det med deras månar?

Det kommer att dröja mycket länge innan astronomerna direkt kan upptäcka månar kring främmande gasgiganter, men alla våra gasgiganter har månar, stora och mindre, som har uppstått samtidigt med dem själva. Det är lika rimligt att anta att månar uppstår kring gasgiganter, som att gasgiganter uppstår då stjärnor föds. I Nature-numret av den 16 januari 1997 går en forskargrupp i Pennsylvania-universitetet ledd av Darren Williams igenom vad som krävs av en livsbärande måne - liv av jordisk typ alltså.

Först och främst måste jätteplaneten med sina månar befinna sig på ett sådant avstånd från sin centralsol att mängden värme och ljus är ungefär densamma som den vi på jorden får från Solen. Av de 10 stjärnsystem som var kända när artikeln i Nature skrevs (1997 - år 2003 var över 100 exoplaneter kända!) - VÅRT solsystem och 9 andra - ligger jätteplaneterna i 6 för nära sin sol. I två fall - vårt eget och stjärnan Lalande 21185 - en mycket näraliggande stjärna, bara drygt 8 ljusår borta - är gasjätten för långt ute. I två fall: stjärnan 47 Ursae Majoris, "47 i Karlavagnen" och dubbelstjärnan 16 Cygni, "16 i Svanen" ligger jätteplaneterna rätt till, men planeten i "16 i Svanen" har en så avlång bana att den värmemängd den får motsvarar den innanför Venus bana när den är som närmast sin sol, 22 gånger mer än när den är som längst borta, då där är betydligt kallare än på Mars.

Planeten i "47-an i Karlavagnen" ligger bäst till - bara lite kallare än planeten Mars hos oss. Inte illa i alla fall: av tio kända hela två tänkbara.

Levande måne (1997)

Darren Williams grupp utgår från nya upptäckter i Jupiters mån-system, som ju utforskas av rymdsonden Galileo sedan ett drygt år. Den livsbärande månen måste bestå av stenmaterial men även innehålla tillräckliga mängder av grundämnena väte, syre kol och kväve plus mindre mängder andra som svavel och forsfor.

Io närmast Jupiter har uttorkats av vulkanism, den nästinnersta Europa har något mer vatten än Jorden, men Ganymedes och Callisto har väl mycket av det goda - de består till hälften av is. Tog vi in Jupiter till Jordens avstånd, så skulle Ganymedes och Callisto ha oceaner som var över tusen kilometer djupa, och oceanen på Europa skulle vara flera tiotal kilometer, kanske 100 kilometer djup.

Månar i banor runt jätteplaneter har bunden rotation - precis som vår måne vänder de ständigt samma sida mot sin centralplanet. Ljuset och värmen från solen når dem i en dygnsrytm som är lika med omloppstiden. Io har en omloppstid och därmed ett dygn på knappa TVÅ jorddygn, Europa nästan fyra jorddygn. Ganymedesdygnet är en jordisk vecka och Callistodygnet nästan sjutton jorddygn och på dem skulle temperaturskillnaderna mellan dag och natt ställa till med ett besvärligt väder.

Den livsbärande månen måste SKYDDAS av ett magnetfält. Jordens magnetfält skyddar oss från partikelstrålning från Solen, till priset av att Jorden omges av ett strålningsbälte av infångade partiklar. Jupiter har ett kraftigt magnetfält där partikelstrålningen är så stark, att den slår ut mån-atmosfärernas gaspartiklar och skulle döda liv på ytan. Rymdsonden Galileos mätningar visar att Ganymedes har ett magnetfält, en tiondel så starkt som jordens och det räcker till för att man kunde använda en kompass. Lite mer räcker till för att skydda ytan från rymdstrålning.

Månen måste vara stor nog att hålla kvar en atmosfär. Även den största Jupitermånen, Ganymedes, med en massa 1/300 av Jordens, är för liten. Darren Williams utredning föreslår en storlek på 1/8 av Jordens massa - aningen större än planeten Mars - för att hålla kvar en tillräckligt tät atmosfär.

Slutligen är det önskvärt att ytan omdanas genom en mekanism påminnande om skivtektoniken på jorden, för att grund-hav och kontinenter ska uppstå, och för att överstora mängder av koldioxid i den ursprungliga atmosfären ska bindas i marken som karbonater. Planetforskarna anser att det är vattnet i jordens oceaner som är en förutsättning för att strömningarna i jordens inre kan åstadkomma kontinentaldriften - skivtektoniken - på ytan. Vattnet deltar också i mineraliseringsprocesserna och spolar ut näringsämnen för organismerna från kontinenterna ut i haven.

Venus och Mars har säkerligen inre värmeströmmar men ingen skivtektonik därför att de inte har oceaner. Skivtektonik förutsätter antingen en intern värmekälla, tunga grundämnens radioaktiva sönderfall, eller också bör värme matas in i månen utifrån. Inre värme driver också de strömningar i den metallhaltiga kärnan som upprätthåller magnetfältet. I Jupitersystemet värmer månarnas tidvatteneffekt på varandra deras inre, Io faktiskt till den grad att den är den mest vulkaniska kroppen i vårt solsystem. Och det är ordentlig vulkanism med smält sten som har temperaturer på 1 200...1 300 grader Celsius.

Darren Williams-gruppen kommer till att ett planetsystem, som får en värmemängd som motsvarar den Jorden får från Solen, med en måne med en massa som motsvarar planeten Mars, i en bana som tidvattenstörs som Io eller Europa, med ett magnetfält som Ganymedes, en sådan måne kunde bära liv i många miljarder år. Och de konstaterar, att "Systemen "47 i Karlavagnen" och "16 i Svanen B" bör beaktas som möjliga hemvist för utomjordiskt liv", underförstått om en sådan måne skulle finnas där.

Slumpen och Jorden.

Vad är det för nytta med övningen?

Nyligen framlidne Carl Sagan kallade ibland strängt jord-definierade kriterier för liv på andra himlakroppar för jordlivs-chauvinism. Han hade i alla fall något gott till övers att säja om stränga regler, han sa: "Allt det som vi inte har tagit med kommer ju då att bara bredda den biologiska arenan."

Darren Williams-gruppens genomgång visar hur ökade kunskaper om mångfalden bland himlakropparna i solsystemet ger möjlighet att klarare bedöma om den kombination av faktorer som är gynnsamma för liv är vanliga eller ovanliga utanför vårt solsystem. Livet på Jorden beror på en mångfald förhållanden som är en följd av rätt osannolika sammanträffanden, som uppkomsten av vår måne. Den uppkom - anser man nu - då den unga Jorden just hade ansamlats och en himlakropp av Mars storlek kolliderade med den - en helt slumpartad händelse.

Månen förorsakar tidvattenfenomen. Vi har indikationer på att tidvattenfenomenen påverkar vulkanismen i någon mån - det är ju inte bara världshavens yta som höjer och sänker sig ungefär en meter två gånger per dygn utan även den fasta jordskorpan deltar i tidvattenrörelsen med ungefär 30 centimeter per dygn.

T idvattenfenomenen minskar också svängningarna i jordaxelns lutning - håller den inom vissa gränser, och eftersom jordaxellutningen är orsak till årstidsväxlingarna på mellan till höga latituder så kan man säja att månen stabiliserar klimatsvängningarna.

Månar kring stora planeter får den här stabiliseringen gratis av sin bundna rotation. Kanske det är så att liv ute i universum rentav är vanligare på stora månar kring jätteplaneter än på små stenplaneter eftersom det är ganska osannolikt att särskilt många av stenplaneterna har en stor måne såsom jorden. Jorden är unik, men Darren Williams-gruppens utredning visar, att själva förhållandena kan upprepas av andra skäl ute i universum. En vacker dag kanske astronomteamet kring något rymdteleskop meddelar om att de har upptäckt spektrallinjerna av fritt syre som uppvisar dopplerska rörelseförskjutningar i en rytm på ett par dygn från närheten av en stjärna, där man tidigare har upptäckt rörelsestörningar som beror på en jätteplanet. Då vet vi vad det är.

Nu är det dags att gå till berättelsen om hur solsystem kommer till , i korthet gick det till såhär:

I ett gasmoln.(2001)

Vad har laboratorie-analys av grundämnen och kemiska föreningar i meteoriter, och observationer av stjärnor med infraröd-rymdteleskop att göra med varann? Jo, i vardera fallen forskar man i förhållandena som rådde där och då solsystemet uppstod.

Det skedde i ett gasmoln. Små partiklar som kallas kondruler i såkallade kondritiska meteoriter innehåller det som avslöjar förhållandena som rådde innan solsystemets planeter bildades.

Den kanske mest undersökta kondritiska meteoriten föll ner i närheten av byn Allende i Mexico 1969 och togs genast tillvara för forskningen. Allende-meteoriten åldersbestämdes ganska snabbt till sådär fyra och en halv miljard år - den härstammar från solsystemets barndomstid och är faktiskt äldre än planeten Jorden.

Kondrulerna - partiklarna - i meteoriten - är ungefär millimeterstora klumpar som innehåller bland annat olika isotoper av aluminium och magnesium. Isotoper - ja grundämnena består ju av atomer med samma laddningstal så att säja, samma antal positiva protoner i kärnan och elektroner i skal utanför kärnan- men med olika atomvikt. Ta tillexempel grundämnet aluminium. Aluminium har atomtalet 13 men förekommer i sex isotoper. Endast isotopen med atomvikten 27 är beständig. Tillexempel isotopen aluminium 26 sönderfaller med en halveringstid på 730 000 år - om det fanns aluminium 26 när solsystemet kom till så finns det inte längre nånting kvar av det.

Men då Al 26 sönderfaller uppstår ett annat grundämne, magnesium, närmare bestämt magnesiumisotopen 26, och den är stabil. I Allende-meteoritens chondrul-partiklar finns det magnesium 26 och det bevisar, att det då kondrulerna bildas fanns aluminium-26 i materialet runt den unga solen. Det aluminiumet bildades i en exploderande stjärna. När en tung stjärna har gjort slut på alla möjligheter att hålla igång fusionsreaktioner exploderar den. Då bildas alla möjliga grundämnen, både lätta och tunga, och de sprids ut i rymden. Chockvågen från explosionen för drygt 4,56 miljard år sedan satte fart på nya sammandragningar i molnet, bland dem det som skulle bli vårt solsystem.

Nu har en brittisk forskargrupp pressat ut nya uppgifter ur Allende-meteoritens isotop-sammansättningar och deras kemi om hur det var i det där gasmolnet. Efterhand som molnets yttre delar svalnade övergick grundämnena från gas till vätska och fast form I det skedet skiljde sig isotoper med olika massor från varann en smula, och grundämnena började genomgå kemiska reaktioner med varandra. Först uppstod partiklar, som var rika på kalcium, aluminium och magnesium. Efter 1...2 miljoner år samlade en del partiklar sig till kondruler, och de uppstod som smälta droppar. Senare när de hade stelnats inneslöts de i en matris av silikatföreningar - "sten" enkelt sagt. Allt detta luskar forskarna ut genom att analysera försvinnande små materialprover i laboratorierna. För att göra en lång historia kort visar det sig att alla klumparna bildades under en tidsperiod på omring 7 miljoner år, vilket är väldigt kort när vi talar om ett sådant här astronomiskt skeende.

Själva kondrulernas storlek - millimeterkornen - talar tillsammans med deras kemi om för oss både vilka temperaturer och vilket tryck som rådde - och det visar sig att kondrulerna har bildats i ett gastryck som var omkring 1/10 av vårt atmosfärstryck vid jordytan . Kemin tar om för oss att gasen var reducerande, alltså det handlade om väte. Det höga gastrycket kan förståss förklaras med att förtätningsvågor, chockvågor, svepte genom gasmolnet, men där måste i alla fall ha funnits en gas för att såpass starka chockvågor kunde uppstå i den.

Här kommer en annan alldeles ny upptäckt in. En holländsk forskargrupp har analyserat infraröd-data som togs med det västeuropeiska infraröd-observatoriet ISO för fem-sex år sedan, och det visar sig att de unga stjärnor, som man har undersökt, omges av betydande mängder väte, som inte kan upptäckas med andra metoder. Mycket mera väte än de gas- och stoftmoln, som upptäcktes på 1980-talet kring en del av dem, ger vid handen. De stora väte-mängderna underlättar förklarandet av hur stora planeter, som Jupiter och Saturnus har uppstått.
Jupiter har en massa över 300 gånger Jordens, och Saturnus med massa nästan 100 gånger jordens, och största delen av massan - upp till 9/10 - är rymdgas: väte och lite helium. Lika tunga och tyngre planeter har påvisats runt andra stjärnor. De stora mängderna väte runt unga - och inte så helt pur-unga - stjärnor hjälper till att förklara hur gas-gigant-planeterna uppstår, men även hur kemin fungerar i ett solsystem som håller på att bli till.

Efterskrift 2012:
Till årskiftet 2012 har över sjuhundra verifierade upptäkter av exoplaneter rapporterats, indikationerna i detta skede är att det i medeltal finns minst lika mycket exoplaneter som stjärnor i vår galax, det vill säja 100..100 miljarder. De flesta hittills upptäckta exoplaneterna är "heta Jupiter"-planeter, av det enkla skälet att de upptäcks lättast genom gravitationsvaggningsmetoden. NASA tog emellertid för ett apr år sedan i bruk en annan metod med rymdfarkosten Kepler , som iakttar stjärnornas ljusstyrka och hur den minskas något när en exoplanet passerar över ytan. Ur det sample av stjärnehären som Kepler iakttar drar astrofysikerna slutsatsen att exoplaneter kring stjärnor snarare hör till reglerna än undantagen. De första upptäkterna av planeter av Jordens storlek och tillochmed mindre rapporterades 2010 och 2011, samtidigt fick man koll på planeter med vattenånga i atmosfären, planeter med yttemperaturer lämpliga för liv - elelr t.o.m. kallare, och - scifins vänner beakta! - en verklighetens motsvarighet till Tatooine i "Stjärnornas Krig" en planet med två solar på sin himmel! Mera är på kommande, för observationerna med Kepler fortsätter, trots politiska svårigheter att finansiera observationerna och tolkningen av dem. Vetenskapsmotståndet är som bekant starkt bland de bibeltroende i USA och de kongressrepresentanter som är beroende av de troendes röster.

Nästa stora upptäckt - åtminstone enligt vad publiciteten gäller - kommer att vara "den andra jorden", en planet av jordens storlek kring en stjärna som liknar Solen och på "rätt" avstånd från den. Sedan kommer upptäkten av en "andra jord" med syre i atmosfären - för där det finns fritt syre är det mycket svårt att komma på någon annan förklaring än att det har kommit dit som en följd av säregen kemi , endel skulle kala det "exo-biokemi", men media kommer att skrika ut: LIV!


De första upptäkterna, som jag rapporterade dem, kan ni läsa om i Pulsarplaneter! och i Den första exoplaneten.
Hur gick det sen? Läs mera i Exoplaneternas frammarsch

Skicka kommentarer till  juhaniwestman@gmail.com, eller juhani.westman@pp.inet.fi

Tillbaka till första astronomi-sidan.
Tillbaka till paradsidan.