Nyheter och press

Finns det liv på andra planeter?

2014-10-09

Nikolai Piskunov och Eric Stempels har förutsättningar att få mycket observationstid med instrumentet i Chile, som ska byggas om för att mäta ljus från exoplaneter utanför vårt solsystem.

Uppsalaastronomer bygger ett instrument som kan bli det första att spåra utomjordiskt liv. Instrumentet kommer att kunna analysera atmosfärer på planeter som kretsar runt andra stjärnor än solen och ska stå färdigt 2017.

För trettio år sedan var planeter utanför vårt solsystem bara teorier. Idag har astronomer upptäckt närmare två tusen planeter utanför vårt solsystem – exoplaneter – och antalet ökar ständigt.

Dessa planeter ligger på tiotals, hundratals eller tusentals ljusår från oss, så det kan verka helt hopplöst att göra annat än få en glimt av dem. Men som science fiction-författaren Arthur C. Clarke sa så är tillräckligt avancerad teknik oskiljbar från magi och teknikens magi börjar göra det till synes omöjliga möjligt.

Nikolai Piskunov och Eric Stempels vid Uppsala universitets astronomiska observatorium är inblandade i ett sådant projekt. Piskunov är professor i observationell astrofysik och Stempels är forskare, båda vid institutionen för fysik och astronomi. Projektet går ut på att använda ett redan existerande instrument, som finns vid det Europeiska sydobservatoriet ESO i Chile. Instrumentet heter CRIRES (CRyogenic high-resolution InfraRed Echelle Spectrograph), och det ska nu byggas om till ett nytt instrument, CRIRES+, med den senaste tekniken.

CRIRES är en spektrograf som arbetar i det infraröda området. En spektrograf delar upp ljuset i dess våglängdsmässiga beståndsdelar för att kunna analysera styrkan i de olika våglängderna. Eftersom alla ämnen har karaktäristiska ”våglängds-fingeravtryck”, så går att bestämma vilka ämnen föremålet som sänt ut ljuset består av.

– Det infraröda området innehåller mängder av spektrallinjer från molekyler i jordens atmosfär, som koldioxid, koloxid, vattenånga, ozon och metan. Det är molekyler som är väldigt intressanta när man vill ta reda på om det finns liv på en planet. Vi känner inte till någon annan process än liv som kan ge upphov till mätbara mängder ozon, till exempel. Så skulle vi hitta ozon i atmosfären till en planet i ett annat stjärnsystem är det idag svårt att tolka det på annat sätt än att det finns liv på den planeten.

Det är svårt att föreställa sig en vetenskaplig upptäckt med större tyngd än det. Skulle det hända är nog oddsen på ett kommande nobelpris ganska lågt. Och det är forskare vid Uppsala universitet som leder projektet.

Att de molekyler de vill studera är så vanliga i jordens atmosfär ställer också till ett problem, eftersom de absorberar just de spektrallinjer astronomerna vill observera.

– Lösningen är att använda ett instrument med väldigt hög upplösning, som CRIRES+. Då kan vi titta ”mellan” spektrallinjerna i jordens atmosfär, eftersom linjerna förskjuts en liten aning av jordens rörelse runt solen och det observerade planetsystemets rörelse genom rymden.

Det uppgraderade instrumentet kommer att kunna urskilja det extremt svaga ljus som kommer från en avlägsen planet och filtrera bort det ofantligt mycket starkare ljuset från stjärnan som planeten kretsar kring. Det är ungefär som att mäta på en eldfluga som flyger runt en fyr vid horisonten.

Det svaga ljuset från planeten går inte att se direkt. Så CRIRES+ kommer att mäta ljuset som kommer från stjärnan plus planeten, och sedan mäta ljuset från enbart stjärnan när planeten passerar bakom den och blir ”förmörkad”. Genom att subtrahera den andra mätningen från den första går det att få fram ett spektrum för enbart planeten. Nästan som magi.

Detta sätt att mäta medför att forskarna måste göra vissa kompromisser. De kan bara mäta på planetsystem som ligger så orienterat att planeten faktiskt passerar bakom sin sol. Det gör också att de i praktiken bara kan mäta på planetsystem där planeten har en kort omloppstid, eftersom de inte vill vänta år eller årtionden mellan mätningarna.

– Därför kommer vi att titta på planeter som kretsar runt små, svaga röda dvärgstjärnor, säger Nikolai Piskunov. Eftersom de är så ljussvaga, så kommer planeter som ligger inom den zon där temperaturen är liknande jordens att ligga väldigt nära stjärnan, så deras omloppstid blir veckor istället för år.

Hur många planeter kommer det då att finnas att titta på? Svaret är att vi idag känner till ganska få. Men antalet ökar, så Nikolai Piskunov och Eric Stempels är inte oroliga för att det ska saknas objekt att titta på när instrumentet står färdigt. De senaste beräkningarna pekar på att en ansenlig andel – kring tio procent – av alla sollika stjärnor har en jordliknande planet inom den beboeliga zonen. För små röda stjärnor är den andelen ännu högre.

Det betyder att det statistiskt borde finnas en i de flesta avseenden jordlik planet inom något eller några tiotal ljusår, vilket med interstellära mått mätt är nästgårds.

Nikolai Piskunov och Eric Stempels har fått pengar från Knut och Alice Wallenbergs stiftelse för att delta i projektet. De svenska forskarna står för halva finansieringen. Jena-universitetet i Tyskland står för den andra halvan.

– Vi kommer att ha väldigt bra förutsättningar att få mycket observationstid med instrumentet, säger Eric Stempels och ler. Man kan säga att observationstiden fördelas efter insatsen, och där ligger vi ju bra till.

Studiet av jordlika exoplaneters atmosfärer är CRIRES+ huvudsyfte – och det mest kittlande området. Men CRIRES+ kommer även att kunna mäta den kemiska kompositionen på alla typer av stjärnor, studera den materia som finns i den ”tomma” rymden mellan stjärnorna och mäta magnetfältet på solliknande stjärnor.

 ---

FAKTA: Exoplaneter

Planeter kretsar kring de flesta stjärnor. Astronomerna räknar idag med att det finns flera hundra miljarder planeter i vår galax, Vintergatan.

Det är lättare att upptäcka planeter ju större och tyngre de är, så länge var de planeter man upptäckte snarare kusiner med Jupiter än med jorden. Det är också lättare att upptäcka planeter som ligger nära sin sol än längre bort.

Men observationsteknikerna utvecklas snabbt, och det senaste decenniet har astronomerna konstaterat att de flesta solsystemen är relativt lika vårt, och att små, steniga planeter som jorden och Mars är väldigt vanliga.

Kim Bergström