Hyppää pääsisältöön

Uusia eksoplaneettoja löytyy nyt koko ajan – juuri julkaistun löydön takana on myös suomalainen tähtiharrastaja

planeettoja piirroksena
planeettoja piirroksena Kuva: Kuva: ESA / NASA eksoplaneetta

Aurikokunnan ulkopuolisten planeettojen löytäminen on periaatteessa yksinkertaista. Mutta helppoa se ei ole. Yksi tuoreimmista löydöistä on Neptunuksen kokoinen eksoplaneetta, jonka löytämiseen osallistui myös suomalainen tähtiharrastaja.

Aurinkoamme kiertää kahdeksan planeettaa ja paljon eri kokoisia pienempiä kappaleita. Aina siitä alkaen, kun Aurinkokunnan syntyhistoriasta on ollut edes pieni käsitys, on ollut selvää, että myös muiden tähtien ympärillä voi olla planeettoja. Planeettojen muodostuminen tähden ympärille näytti olevan ennemminkin sääntö kuin poikkeus, mutta kaukoputkemme ja havaintolaitteemme olivat sen verran heppoisia, että ensimmäinen toista tähteä kuin Aurinkoa kiertävä planeetta – eksoplaneetta – löydettiin vasta vuonna 1992.

Tai tarkalleen ottaen löytö varmistettiin tuolloin. Aavistuksia oli jo aikaisemminkin ja nyt on huomattu, että ensimmäiset tiedossa olevat merkit eksoplaneetasta ovat jo yli sadan vuoden takaa vuodelta 1917. Tuolloin havaintoa ei vain ymmärretty eksoplaneetaksi.

Nyt marraskuun 2019 alussa tiedossamme on varmasti 4126 eksoplaneettaa 3067 tähden ympärillä ja epäilyksen alaisia havaintoja on tuhansia lisää. Kaikkiaan 671 tähdellä tiedetään olevan enemmän kuin yksi planeetta. On varsin todennäköistä, että lähes jokaisella tähdellä on planeettoja, mutta emme vain kykene niitä havaitsemaan. Suurin osa eksoplaneetoista on liian pieniä tai hankalia havaittavaksi – toistaiseksi.

Eksojen löytäminen on yksinkertaista, mutta vaikeaa

Nyt marraskuun alussa tapahtui eksoplaneettojen metsästyksessä paljon kiinnostavaa. Uusin eksoja etsivä satelliitti, Euroopan avaruusjärjestön CHEOPS-satelliitti (CHaracterising ExOPlanet Satellite) on juuri saapunut laukaisupaikalleen Kouroun avaruuskeskukseen ja sitä valmistellaan joulukuussa tapahtuvaan laukaisuunsa. Samalla moni satelliitti taivaalla jatkaa työtään eksoplaneettojen löytämiseksi; viimeisin näistä on viime vuonna avaruuteen lähetetty amerikkalainen TESS (eli Transiting Exoplanet Survey Satellite).

Kepler teleskooppi
Tähän mennessä tehokkain eksojen etsijä on ollut Nasan Kepler-avaruusteleskooppi, joka sammutettiin viime vuoden marraskuussa polttoaineen käytyä vähiin. Se toimi yhdeksän ja puoli vuotta, minä aikana se teki havaintoja kaikkiaan 530506 tähdestä ja löysi 2662 eksoplaneettaa. Kepler teleskooppi Kuva: Nasa avaruus

TESSin lisäksi avaruudessa on parhaillaan toiminnassa kaksi eksoplaneettoja etsivää satelliittia, ja Maan pinnalla olevia kaukoputkia käyttää kaikkiaan yli 40 eri tutkimusohjelmaa. Näistä osa on itse asiassa hankkeita, joiden päätarkoituksena on kartoittaa taivasta tai etsiä aurinkokunnassa olevia pienkappaleita – mahdollisesti jopa sellaisia, jotka olisivat törmäyskurssilla maapallon kanssa.

Näissä kaikissa tapauksissa otetaan yksinkertaisesti paljon kuvia tähtitaivaasta. Kun tähtiä katsotaan tarkemmin, huomataan niiden sijainnin muuttuneen hieman ja joidenkin kirkkaus myös muuttuu. Toisinaan nämä muutokset ovat täysin luonnollisia, mutta usein ne kertovat tähteä kiertävästä planeetasta tai useammasta sellaisesta.

Jos esimerkiksi tähden valossa tapahtuu hyvin säännönmukaisia pieniä himmentymisiä, voidaan päätellä, että tähden ympärillä on valoa ajoittain vähentävä planeetta. Kun planeetta kiertää sopivasti tähteään siten, että se tulee välillä radallaan tähden ja maapallon väliin, voidaan planeetan kiertoaika havaita säännöllisistä tähden kirkkauden pienistä heikentymisistä.

eksoplaneetta tähden edessä
Kun eksoplaneetta tulee tähden eteen, pieni osa tähden pinta-alasta peittyy ja siksi sen kirkkaus vähenee. Ongelmana tässä menetelmässä on se, että planeetan ratatason tulee olla suoraan samassa suunnassa maapallon kanssa, eli planeetan täytyy kulkea radallaan täsmälleen Maan ja tähden välistä. eksoplaneetta tähden edessä Kuva: ESA eksoplaneetta

Toisessa tapauksessa tähden sijainti näyttää muuttuvan myös säännönmukaisesti. Tarkalleen ottaen planeetat eivät kierrä tähden ympärillä, vaan tähti ja planeetat kiertävät yhteisen massakeskipisteensä ympärillä. Tällöin tähti tulee aina hieman lähemmäksi Maata, kun planeetta on täältä katsottuna tähden takana, ja päinvastoin. Muutokset näkyvät tähden valossa, kun valon spektriviivat siirtyvät nopeuden mukaisesti. Mittaamalla tätä edestakaista liikettä voidaan määrittää planeetan kiertoaika, ja siitä voidaan päätellä planeetan massa ja etäisyys.

Kun kyseessä on yhden planeetan sijaan monta planeettaa, on tuloksena kummassakin tapauksessa monimutkainen sarja käyriä, joiden tulkitseminen on hyvin hankalaa. Mitä pienemmistä – siis mitä enemmän Maata muistuttavista – planeetoista on kyse, sitä vaikeammaksi havaitseminen tulee ja sitä epävarmemmaksi tulosten tulkinta. Ei ihme, että näistä tuloksista on tutkijoiden välillä joissain tapauksissa erimielisyyttä.

eksoplaneetan rata piirrettynä
Tähdet eivät suinkaan ole paikallaan taivaalla, vaan niiden sijainti muuttuu. Tarkasti tätä liikettä havaitessa voidaan joskus huomata myös tähden ikään kuin tanssivan liikeratansa ympärillä: se on merkki kiertolaisesta, joka voi olla esimerkiksi eksoplaneetta. eksoplaneetan rata piirrettynä Kuva: ESA eksoplaneetta

Kolmas tapa löytää eksoplaneettoja on varsin eksoottinen, niin sanottu mikrolinssi-ilmiö. Siinä heikkovaloinen tähti tulee kohteen ja maapallon väliin, jolloin sen painovoima taivuttaa kohteesta tulevaa valoa hieman samaan tapaan kuin linssi. Näin ollen tähti toimii ikään kuin suurena luonnon rakentamana kaukoputkena. Sen sijaan että tähti ja sitä kiertävä planeetta näkyisivät selvästi luontaisen suurennuslasin tuottamassa kuvassa, pystytään planeetta havaitsemaan tavasta, jolla tähden valon voimakkuus muuttuu.

Suomalaisharrastaja mukana löytämässä eksoplaneettaa

Marraskuun ensimmäisenä Astrononomical journalissa julkaistu artikkeli Neptunuksen kokoisen eksoplaneetan löytämisestä kuuluu juuri tähän viimeiseen luokkaan. Tällaisia mikrolinssi-ilmiöitä on havaittu tähän mennessä 84, mutta tämä tapaus on kahdessa mielessä erikoinen.

Ensiksikin aiemman mikrolinssit on havaittu Linnunradan keskustan suunnassa, missä on paljon tähtiä, mutta tämä tapaus on vastakkaisella puolella. Siellä tähtiä on harvemmassa, ja siksi kahden tähden osuminen juuri sopivasti samalla suoralle on epätodennäköisempää.

eksoplaneetan rata piirrettynä
Kun tähti osuu täsmälleen Maan ja toisen tähden väliin, syntyy välimatkojen ollessa juuri sopivat mikrolinssi-ilmiö, missä tähden painovoima taivuttaa valoa ja toimii kuin optinen linssi. Kuvassa suhteelliset koot eivät ole lainkaan oikeat, mutta se osoittaa hyvin periaatteen. eksoplaneetan rata piirrettynä Kuva: Tokion yliopisto eksoplaneetta

Toiseksi tällä tapauksella on kiinnostava historia. Kaksi vuotta sitten, lokakuussa 2017, japanilainen tähtiharrastaja Tadashi Kojima etsi taivaalta novia. Novat ovat säännöllisesti purkautuvia ja siten kirkastuvia tähtiä ja tyypillisiä tähtiharrastajien kohteita, koska näitä selviä muutoksia kirkkauksissa on mukavaa havaita – etenkin kun usein purkaukset voidaan ennustaa etukäteen kohtalaisen tarkasti.

Kojima katsoi myös Härän tähtikuviossa olevaa tähteä, ja äkkäsi, että eräs heikko tähti oli kirkastunut varsin olennaisesti. Parin päivän jälkeen tähteä uudelleen katsoessaan hän havaitsi kirkastumisen vain jatkuneen.

Hän raportoi löydöstään tähtitieteilijöiden ja muuttuvien tähtien havaitsijoiden käyttämissä hälytysverkoissa ja monilla kaukoputkilla ympäri maailman saatiin kohteesta pian lisätietoa.

Tähden kirkastuminen oli selvästikin johtunut mikrolinssi-ilmiöstä. 1600 valovuoden päässä meistä oleva tähti oli osunut juuri suoraan 2600 valovuoden päässä olevan tähden eteen täältä maapallolta katsottuna, jolloin tuloksena oli yllättävä tähden kirkastuminen. Aluksi havaintoa pidettiin "tavallisena" gravitaatiolinssinä, mutta koska valokäyrässä oli pari ylimääräistä mutkaa, epäilykset tähteä kiertävästä planeetasta nousivat nopeasti esiin.

Olennaista tässä salapoliisityössä oli saada tarkkoja havaintoja nopeasti ja jatkaa kirkkauden tarkkailua muutaman kuukauden ajan. Tokion yliopiston tutkijaryhmä osallistui seurantaan usealla isohkolla kaukoputkellaan ja onnistui päättelemään varsin paljon tästä eksoplaneetasta sekä sen tähdestä. Nähtävästi tähti on kooltaan noin puolet omasta Auringostamme ja planeetta kiertää sitä jotakuinkin samalla etäisyydellä kuin Maa kiertää Aurinkoa. Massaltaan tämä eksoplaneetta on noin 20% raskaampi kuin Neptunus.

havainnekuva eksoplaneetasta
Havainnekuva Kojima-1Lb -eksoplaneetasta. Koska tähti on Aurinkoa pienempi ja viileämpi, on planeetan seutuvilla todennäköisesti samankaltaiset olosuhteet kuin meillä kaasujättiläisten etäisyydellä. On siis varsin mahdollista, että kyseessä on vähän kuin isokokoinen Neptunus. havainnekuva eksoplaneetasta Kuva: Tokion yliopisto eksoplaneetta

Eräs mukana havaintojen teossa ollut harrastaja oli muuramelainen Arto Oksanen, joka pääsi luonnollisesti mukaan myös artikkelin tekijälistaan. Jo aiemmin useampaan kertaan ammattilaisten tapaan julkaisuihin päässyt Oksanen tekee havaintoja paitsi Jyväskylän Sirius -yhdistyksen havaintolaitteilla, niin myös etäkäytettävillä teleskoopeilla maailman parhailla havaintopaikoilla. Tämän eksoplaneetan havaitsemiseen Oksanen käytti Siriuksen Hankasalmen kaukoputkea.

Kojiman löytämä mikrolinssitähti on kirkkain tunnettu ja tähden ympärillä oleva "viileä ja iso Neptunus" on saanut nimen Kojima-1Lb.

Planeettoja joka puolella!

Näyttää siltä, että planeetat ovat hyvin normaali oheistuote tähden syntymässä ja valtaosalla taivaan tähdistä on planeettoja ympärillään. Kun tähtienvälinen kaasupilvi alkaa tiivistyä tähdeksi, muodostuu sen ympärille enemmän tai vähemmän paljon erilaisia ainekerääntymiä, joiden ympärille kerääntyy yhä enemmän ainetta, kunnes ne ovat planeetan kokoisia klönttejä.

On arvioitu, että jokaisella oman galaksimme Linnunradan tähdellä olisi keskimäärin 1,6 planeettaa. Kun Linnunradassa on karkeasti arvioiden 400 miljardia tähteä, voisi planeettoja olla siis 640 000 miljoonaa.

Tähän mennessä olemmekin havainneet vain varsin helppoja tapauksia, mutta jo nyt on huomattu, että havaintolaitteiden parantuessa löytyneiden eksoplaneettojen määrä on kasvanut koko ajan.

grafiikka
Löytyneet eksoplaneetat voidaan jakaa karkeasti viiteen luokkaan: kuumat Jupiterit, kylmät kaasuplaneetat, meri- ja jäämaailmat, laavamaailmat ja kiviplaneetat. Nimet ovat hyvin kuvaavia, sillä kuumat Jupiterit ovat kuin oman aurinkokuntamme Jupiter-planeettoja, mutta kuumempia grafiikka Kuva: Nasa / Ames eksoplaneetta

Osa näistä planeetoista on varmasti elinkelpoisia, tosin kysymys elämästä vaikuttaa vastaukseen. Elämähän voi sinnitellä vaikeissakin olosuhteissa ja se voi olla myös erilaista kuin täällä maapallolla. Mutta ainakin tuntemamme elämän kannalta kiinnostavimpia ovat sopivalla etäisyydessä keskustähdestään olevat kiviplaneetat. Jos niissä on sopivissa määrin vettä ja muita elämän vaatimia aineita ja lisäksi tähti on rauhallinen ja paistaa suhteellisen tasaisesti pitkän aikaa, niin mahdollisuudet elämän kehittymiseen ovat hyvät.

Eikä tässä vielä kaikki: maapallon tapauksessa myös meitä kiertävä kohtalaisen kookas Kuu on pitänyt planeettamme akselin ja pyörimisliikkeen tasaisena. Myös suuret planeetat Jupiter ja Saturnus ovat ohjailleet painovoimallaan komeettoja ja asteroideja sopivasti siten, että vesipitoisia komeettoja on syöksynyt maapallolle, mutta vaarallisia asteroiditörmäyksiä on ollut varsin vähän.

Meillä maapallon asukkailla on ollut siis matkassa hyvin monta onnenkantamoista. Mutta vaikka tällainen olisi hyvin harvinaista, on eksoplaneettoja kuitenkin niin paljon, että todennäköisesti jossain on useampikin Maan kaltainen planeetta.

Hyvin samankaltaisia planeettoja on jo löytynytkin, kuten esimerkiksiKepler 438b. Tämä vuonna 2015 löydetty, punaista kääpiötähteä kiertävä planeetta on halkaisijaltaan vain noin 12 % Maata suurempi ja todennäköisesti se on kiinteäpintainen. Sen pintalämpötilan oletetaan olevan 0°C – 60°C, eli siellä voisi olla nestemäistä vettä. Valitettavasti kuitenkin sen emotähti Kepler 438 on kaikkea muuta kuin vieraanvarainen, sillä se ryöpsäyttää aina silloin tällöin ympärilleen voimakasta säteilyä. Se onkin saattanut koitua planeetan mahdollisen elämän kannalta kohtalokkaaksi.

Proxima centauri
Proxima Centauri b on kenties maankaltaisin tähän mennessä löytynyt eksoplaneetta. Sen massa on noin 1,3 – 3 Maan massaa ja se kiertää tähteään 0,05 tähtitieteellisen yksikön, eli noin 7 miljoonan kilometrin päässä. Yksi kierros kestää vain noin 11,2 vuorokautta – eli tämä on kaikkea muuta kuin maankaltaista. Proxima b on Aurinkokuntaa lähin tunnettu eksoplaneetta sekä lähin tunnettu mahdollisesti elinkelpoinen eksoplaneetta. Proxima centauri Kuva: ESO eksoplaneetta

Uusi planeettametsästäjien sukupolvi

Kaikkein tuotteliain eksoplaneettaetsijä tähän mennessä on ollut Nasan Kepler-avaruusteleskooppi, joka kuitenkin jouduttiin sammuttamaan noin vuosi sitten. Sen työtä jatkoi TESS-satelliitti.

TESS on varsin pieni: sen massa oli laukaisun aikaan 350 kg ja kooltaan se on 3,7 × 1,2 × 1,5 metriä. Sen havaintolaitteena oleva neljän kameran paketti on amatööriteleskooppiluokkaa, eli kukin teleskooppi on varustettu vain kymmenen senttiä halkaisijaltaan olevalla linssillä. Laatu on kuitenkin eri luokkaa.

Vertailun vuoksi: Keplerin massa oli yli tonnin ja sen havaintolaitteena oli tehokas 1,4 metriä halkaisijaltaan ollut teleskooppi.

Olennaista TESSissä on se, että se katsoo taivasta laajakulmaisesti (24°). Siinä missä Kepler teki tarkkoja katsauksia eri puolille ja koetti löytää mahdollisimman paljon eksoplaneettoja, seuloo TESS taivasta isolla kammalla joka puolelta ja koettaa löytää vain kiinnostavia tapauksia lähimpien tähtien ympäriltä.

Nyt joulukuussa laukaistava Euroopan avaruusjärjestön CHEOPS on hieman samantyylinen satelliitti. Se on puolitoista metriä kanttiinsa oleva laite, jonka massa on 280 kg. Havaintolaitteena sillä on 32 cm halkaisijaltaan oleva peiliteleskooppi.

CHEOPS ei kuitenkaan tule ensisijaisesti etsimään uusia eksoplaneettoja, vaan sen avulla halutaan tutkia tarkemmin tähtiä, joiden ympärillä tiedetään jo olevan planeettoja. CHEOPS mittaa tarkasti näiden tähtien kirkkauden muutoksia ja auttaa saamaan siten lisätietoja niitä kiertävistä planeetoista.

luotain valmiina lähtöön
CHEOPS lähes valmiina laukaisuun. luotain valmiina lähtöön Kuva: ESA avaruusluotaimet

Kiinnostavin tulossa oleva eksoplaneettaetsijä on ESA:n Ariel. Sitä tosin saadaan odottaa vielä jonkin aikaa, sillä tämä noin 1300-kiloinen laite lähetetään matkaan vuonna 2028.

Nimi Ariel tulee sanoista Atmospheric Remote‐sensing Infrared Exoplanet Large‐survey mission, eli se ei tule enää vain etsimään eksoplaneettoja, vaan tutkimaan tuhansia erilaisia eksoplaneettoja ja kartoittamaan niiden hyvin paljon toisistaan poikkeavia ominaisuuksia.

Erityisesti Ariel kiinnittää huomiota lämpimien ja kuumien, hieman maapalloa suurempien sekä jättiläisplaneettojen kokoisten eksoplaneettojen kaasukehiin. Tavoitteena on havaita yksinkertaisesti mahdollisimman paljon erilaisia kaasukehiä ja päästä tutkimaan niiden yleisiä ominaisuuksia. Nythän tunnemme kunnolla maapallon ilmakehän lisäksi vain muutamia omassa aurinkokunnassamme olevia kaasukehiä.

Ariel pystyy havaitsemaan kaasukehistä muun muassa vesihöyryä, hiilidioksidia ja metaania. Toivon mukaan näiden määrien vaihteluita voidaan seurata pitkän aikaa, jolloin voisimme saada selville esimerkiksi eksoplaneettojen muuttumista vuodenaikojen mukaan.

Ariel laukaistaan tämänhetkisen suunnitelman mukaan Ariane 6 -kantoraketilla toivon mukaan vuoden 2028 puolivälissä, ja sen lento kestää ainakin neljä vuotta. Satelliitti viedään Maan "varjopuolelle" 1,5 miljoonan kilometrin päähän maapallosta niin sanottuun Lagragnen pisteeseen 2.

Mutta jo sitä ennen avaruuteen laukaistaan Hubblen seuraaja James Webb Space Telescope sekä täällä Maan pinnallaotetaan käyttöön uusia jättisuuria kaukoputkia, joiden eräs tärkeimmistä tehtävistä on eksoplaneettojen tutkiminen.

Lue myös - yle.fi:stä poimittua

Tiede

  • Näin Kerttu oppii uuden taidon – kana on avain kaikkien eläinten kouluttamiseen

    Kanojen avulla koulutustekniikka hioutuu tarkaksi.

    Näin Kerttu oppii uuden taidon – kana on avain kaikkien eläinten kouluttamiseen Tässä on Kerttu, ihan tavallinen kotkottaja Nurmijärveltä. Sillä on kenties kananaivot – mutta niillä pystyy upeisiin suorituksiin. Katso vaikka! Rohkean luonteensa ansiosta Kerttu on saanut töitä läheisen Koirakoulu Vision kanakursseilta, kuten muutamat muut reippaat lajitoverinsa.

  • Isovanhempiemme huonot kokemukset voivat näkyä geenitasolla epigeneettisinä vaikutuksina jopa kolmanteen sukupolveen saakka

    Perimän epigenomi muuttuu ympäristön vaikutuksesta.

    Ihminen on kuin perimänsä. Geenimme ovat määrätty syntymähetkellä eivätkä ne muutu elämän aikana. Mutta miltä kuulostaa ajatus, että isoisäsi tai isoäitisi huonot elämäntavat ja kokemukset tulisivatkin näkyviin elämässäsi? Kenties suurempana riskinä vaikka 2-tyypin diabetekselle, sydän- ja verisuonitaudeille tai psyykkisille häiriöille.

Uusimmat sisällöt - Tiede