Esitelmä eksoplaneetoista

Kirkkonummen Komeetta järjesti yleisöesitelmän eksoplaneetoista 10.10.2006 Kirkkonummen koulukeskuksessa. Esitelmän piti tutkija Marianna Ridderstad Helsingin yliopiston Observatoriosta. Yliopiston Vapaan sivistystyön toimikunta rahoitti esitelmän. Esitelmällä oli 63 kuulijaa.

Viimeisen kymmenen vuoden aikana on toisista aurinkokunnista löydetty planeettoja jo yli 200, ja uusien eksoplaneettojen määrä lisääntyy kiihtyvällä tahdilla. Millaisia ovat nämä löydetyt uudet planeetat ja planeettakunnat, ja miten niitä havaitaan? Entä milloin voidaan odottaa ensimmäisen Maan kaltaisen eksoplaneetan löytymistä? Esitelmässä kerrottiin myös, miten eksoplaneetoilta voidaan tulevaisuudessa yrittää havaita elämän merkkejä.

Esitelmässä etsittiin vastauksia kysymyksiin: Milloin eksoplaneettoja alettiin havaita? Montako eksoplaneettaa/planeettakuntaa tunnetaan? Miten eksoplaneettoja voidaan havaita? Millaisia havaitut eksoplaneetat ovat? Mitä eksoplaneettatutkimuksen tulevaisuus tuo tullessaan?

Eksoplaneettoja ja löytäjiä

Eksoplaneettoja on yritetty havaita aktiivisesti 1940-luvulta lähtien lähinnä astrometrisillä menetelmillä. Muutamia planeettoja on luultukin löydetyn, mutta myöhemmin ne on huomattu havaintovirheiksi.

Ensimmäisen kerran löydettiin planeetta pulsarilta vuonna 1993.

Ensimmäinen eksoplaneetta auringonkaltaiselta tähdeltä 51 Pegasi havaittiin mittaamalla säteisnopeuden muutoksia vuonna 1995. Löytäjät olivat Michel Mayor ja Didier Queloz.

Nykyään tunnetaan 210 eksoplaneettaa. Näistä 4 kpl on pulsareilla.

Planeettakuntia tunnetaan 180. Tunnetaan 21 järjestelmää, joissa on enemmän kuin yksi planeetta.

Uusia planeettoja löytyy jatkuvasti kiihtyvällä tahdilla. Nykyään löytyy yli 20 planeettaa vuodessa.

Klikkaa kuvaa!
Tutkija Ridderstadin esitelmää kuunteli yli 60 henkeä. Kuva Seppo Linnaluoto.

Havaintomenetelmät

Menetelmistä vanhin, mutta samalla vaikein on astrometrinen menetelmä. Tähteä kiertävä planeetta aiheuttaa tähden kiertoliikkeen tähden ja planeetan yhteisen painopisteen ympäri. Tämä liike voidaan havaita tähden liikkeenä valokuvauslevyllä. Siirtymä on kuitenkin vain kaarisekunnin tuhannesosan luokkaa.

Suurin osa planeetoista on löydetty mittaamalla säteisnopeuden muutoksia tähden spektristä. Se antaa planeetan massalle vain alarajan, koska ratatasoa ei tällä menetelmällä saa selville. Tällä hetkellä alin havaittava säteisnopeusmuutos on noin 3 metriä sekunnissa.

Kolmas menetelmistä perustuu planeetan kulkuun tähden editse. Menetelmää sanotaan ylikulkumenetelmäksi. Tällöin tähden säteilemä teho pienenee 0,01-1 %. Koska tähden massa ja koko voidaan määrätä spektroskooppisesti, saadaan myös planeetan massa ja etäisyys tähdestä selville. Myös planeetan kaasukehän spektri voidaan mitata. Menetelmän rajoituksina on sen hitaus ja siinä, että planeetan ratatason täytyy olla suunnilleen näkösäteen suuntainen.

Yksi menetelmä on mikrolinssimenetelmä. Kun tähti kulkee taustalla olevan kaukaisemman tähden editse, se toimii gravitaatiolinssinä. Planeetta aiheuttaa havaittavia häiriöitä. Planeetan massa saadaan selville. Ongelmana on tapahtuman harvinaisuus ja sen toistumattomuus.

Joidenkin tähtien pölykiekoissa on havaittu aukkoja, jotka voisi aiheuttaa planeetta.

Eksoplaneettoja on yritetty saada myös valokuvattua. Neljä kertaa on saatu valokuvattua eksoplaneetta tai ruskea kääpiö (ruskea kääpiö on taivaankappale, jonka massa on liian pieni, jotta se syttyisi loistamaan tähden tavoin). Näistä tapauksista yhdessä taivaankappaleen massa on 5 Jupiterin massaa, eli se on ainoa, joka on varmasti planeetta. Lisäksi kahdessa tapauksessa on saatu mitattua infrapunasäteilyä.

Tämä valokuva on ainoa, joka on saatu eksoplaneetasta. Eksoplaneetta vasemmalla, tähti oikealla. Kuvan on ottanut ESO:n (Euroopan eteläinen observatorio) Very Large Telescope Chilessä.

Suora havaitseminen on tavattoman vaikeaa. Näkyvässä valossa tähti on vähintään miljoona kertaa kirkkaampi kuin planeetta, infrapuna-alueella noin 100 000 kertaa kirkkaampi ja millimetrialueessa 3000 kertaa kirkkaampi.

Havaitut eksoplaneettakunnat

Planeetan ja ruskean kääpiön massojen raja on noin 11-13 Jupiterin massaa. Ruskean kääpiön massojen yläraja on noin 80 Jupiterin massaa. Tätä raskaammat taivaankappaleet syttyvät loistamaan tähden tavoin.

Useimmat eksoplaneetat ovat hyvin massiivisia kaasujättiläisiä, jotka kiertävät hyvin lähellä tähteään, vain muutaman miljoonan kilometrin päässä. Siksi näiden planeettojen pintalämpötila on hyvin suuri.

Nämä eksoplaneettojen ominaisuudet johtuvat havaintomenetelmistä, tällaisia planeettoja on huomattavasti helpompi havaita kuin sellaisia, jotka kiertävät tähteään kauempana ja jotka ovat pienempiä.

Useimpien eksoplaneettojen radat ovat hyvin eksentrisiä eli niiden etäisyys keskustähdestään vaihtelee voimakkaasti.

Havaintomenetelmistä johtuen "kuumia jupitereita" on havaittu huomattavasti enemmän kuin muunlaisia planeettoja.

"Kuumien jupitereiden" oletetaan vaeltaneen lähelle emotähteään syntynsä jälkeen. Samalla sisäplaneetat ovat törmänneet tähteen tai lentäneet ulos järjestelmästä.

Planeettoja näyttäisi esiintyvän ainoastaan sellaisilla tähdillä, joissa on suhteellisen runsaasti muitakin alkuaineita kuin vetyä ja heliumia.

Yli 21 000 valovuoden päässä punaista pääsarjan tähteä kiertää pienin tunnettu eksoplaneetta. Se on 5,5 Maan massan kokoinen kiviplaneetta, joka kiertää 2,6 AU:n (1 AU on Maan keskietäisyys Auringosta) päässä tähteään. Planeetan pinta on paksun jään peittämä ja sillä on kaasukehä. Sen lämpötila on -220 Celsiusastetta. Planeetta kiertää tähden ympäri kerran kymmenessä vuodessa.

Planeettoja elokehässä

Elokehä on elämälle mahdollinen vyöhyke. Siinä vesi on nesteenä eli lämpötilan täytyy olla nollan ja sadan Celsiusasteen välillä.

Elokehän rajat ovat Auringolle seuraavat: elokehän sisäraja on 0,95 AU:ta ja ulkoraja on 1,37 AU:ta. Jos kasvihuoneilmiö on suurimmillaan, ulkoraja on 1,67 AU:ta.

Omassa aurinkokunnassamme elokehässä on Maa ja Mars. Mars on kuitenkin liian pieni, jotta siellä voisi olla elämää.

Esitelmöitsijä oli löytänyt parisenkymmentä planeettaa, jotka ovat elokehässä. Mutta kaikki nuo planeetat ovat suunnilleen Jupiterin massaisia tai jopa suurempia, joten ne eivät sovellu elämälle. Mutta planeetoilla voi olla kuita, jotka sopisivat elämälle. Esim. meidän aurinkokunnassamme Saturnuksella on Titan-kuu, jolla on tiheä ilmakehä.

Klikkaa kuvaa!
Taiteilijan piirros eksoplaneetasta, joka on 20 000 valovuoden päässä. Kuva G. Bacon (STCcl).

Nykyiset ja tulevat havaintoprojektit

Sellaisia eksoplaneettojen havaintoprojekteja, jotka ovat löytäneet eksoplaneettoja, on 19 kpl. Sellaisia havaintoprojekteja, jotka eivät toistaiseksi ole löytäneet eksoplaneettoja, on 26 kpl. Kaikki avaruudessa toimivat kolme projektia ovat löytäneet eksoplaneettoja.

Tulevia Maassa toimivia havaintoprojekteja on 15. Avaruudessa toimivia projekteja taas on 13. Varsinkin avaruudessa toimivien projektien toteutuminen on hyvin epävarmaa.

15.12. tänä vuonna avaruuteen laukaistava COROT-tekokuu etsii ylikulkumenetelmällä varsinkin maankaltaisia planeettoja. Sen on tarkoitus havaita 60 000 tähteä ja sen odotetaan löytävän parikymmentä planeettaa.

Ensi vuonna avaruuteen lähetettävä Kepler-tekokuu etsii ylikulkumenetelmällä planeettoja, jotka ovat vähintään puolen Maan massaisia ja jotka ovat korkeintaan 3000 valovuoden päässä. Se etsii ennen kaikkea maankaltaisia planeettoja tähtien elokehiltä. Sen odotetaan löytävän 50 maankaltaista planeettaa. Suurempia planeettoja sen pitäisi löytää enemmän.

Vuonna 2011 lähetettävä GAIA-tekokuun on tarkoitus kolmella optisella kaukoputkella tehdä astrometriaa ja säteisnopeusmittauksia. Sen on tarkoitus havaita miljardia tähteä ja sen odotetaan löytävän tuhansia eksoplaneettoja.

Seppo Linnaluoto