Tähtitieteellinen yhdistys Ursa

Tue ursaa

Eksoplaneetat

Eksoplaneetat  ovat planeettoja, jotka kiertävät jotain muuta tähteä kuin Aurinkoa. Koska planeetat ovat kaukana, pimeitä, pieniä ja lähellä kirkasta tähteään, niitten löytäminen on erittäin vaikeaa. Siitä huolimatta tunnettujen eksoplaneettojen lukumäärä kasvaa kiihtyvää vauhtia. Vielä joulukuussa 2010 tunnettiin vain 500 vierasta tähteä kiertävää planeettaa, mutta vuoden 2020 elokuussa eksoplaneettoja tunnetaan jo yli 4 000.

Kyseessä on silti vain murto-osa kaikista maailmankaikkeuden planeetoista. Tähtitieteilijät arvioivat, että maapallon kokoluokkaa olevia planeettoja on vähintään 46 miljardia kappaletta jo yksin omassa galaksissamme, Linnunradassa. Tähän mennessä kaikki tunnetut planeetat sijaitsevat Linnunradassa. Tutkijat ovat kuitenkin havainneet viitteitä myös vieraissa galakseissa olevista planeetoista.

Vaikka eksoplaneetat ovatkin yleisiä, juuri oman aurinkokuntamme kaltainen planeettajärjestelmä ei välttämättä edusta tyypillisintä planeetakunnan mallia. Meillä planeetat ovat ryhmittyneet siten, että kaikki kiviplaneetat kiertävät lähempänä Aurinkoa kuin kaasuplaneetat, mutta tunnetaan paljon planeettakuntia, joissa ulompana syntyneet kaasujättiläiset ovat vaeltaneet lähemmäs tähteään ja kiertävät hyvin lähellä sitä. Suurin osa aurinkokunnan planeetoista kiertää Aurinkoa lähes ympyräradalla, samassa tasossa. Muualla esimerkiksi tähden pyörimisakseliin nähden kallellaan olevat ja soikealla radalla kiertävät planeetat ovat yleisiä. Aurinkokunnassa ei myöskään ole lainkaan ns. supermaapalloja eli muutaman Maan massan kokoisia planeettoja, jotka kuitenkin ovat pienempiä kuin Neptunus ja Uranus.

Aurinko on yksinäinen tähti, mutta suurin osa Linnunradan tähdistä kuuluu järjestelmiin joissa toisiaan kiertää kaksi, tai jopa useampia tähtiä. Avaruudesta on kuitenkin löytynyt myös planeettoja, jotka kiertävät samaan aikaan kahta tähteä. Tähtien kiertäessä toisiaan ne aiheuttavat ympäröivässä avaruudessa melkoisen painovoimamyllerryksen. Aiemmin uskottiin, että tällaiset järjestelmät ovat huonoja paikkoja planeetoille.

 

Erityyppisiä planeettoja

Helpoimmin havaittavia eksoplaneettoja ovat niin sanotut "kuumat Jupiterit" eli lähellä kotitähteään kiertävät massiiviset planeetat. Koostumukseltaan ne muistuttavat oman aurinkokuntamme kaasujättiläisiä Jupiteria ja Saturnusta.

Planeettojen löytäminen on sitä helpompaa, mitä massiivisemmasta ja mitä lähempänä emotähteään olevasta kohteesta on kyse. Koska niitä on kaikkein helpointa havaita, kuumat Jupiterit ovatkin erittäin yleisiä tunnettujen eksoplaneettojen järjestelmissä.

Kaasuplaneetat eivät nykykäsityksen mukaan pysty muodostumaan näin lähellä tähteään, sillä ne vaativat runsaasti kaasua ja jäätä muodostuakseen. Siksi niitten on siirryttävä lähemmäs tähteä planeettakunnan ulko-osista. Myös oman aurinkokuntamme nuoruudessa kaasuplaneetat ovat saattaneet vaellella ympäriinsä, erityisesti Jupiterin uskotaan käyneen kääntymässä sisemmässä aurinkokunnassa. Planeettojen vaeltelu selittäisi Kuusta tehdyt havainnot voimakkaasta meteoripommituksesta noin 3,8 miljardia vuotta sitten, mutta nämä havainnot ovat viime vuosina saattaneet paljastua kyseenalaisiksi ja asiaa on tutkittava lisää.

Kiviplaneettoja, jotka vastaavat massaltaan 2-10 Maan massaa, kutsutaan supermaapalloiksi. Omassa aurinkokunnassamme ei ole yhtään supermaapalloksi luokiteltua planeettaa, mutta muualla ne näyttävät olevan varsin yleisiä.

Kokonsa vuoksi supermaapallojen pinnalla vallitsee suurempi painovoima kuin Maassa. Painovoima ei kuitenkaan ole välttämättä niin huikea kuin voisi luulla, sillä suurten planeettojen pinta on keskimäärin kauempana planeetan keskustasta. Esimerkiksi kolmen maapallon massaisen planeetan pinnalla painovoima on noin 1,4 kertaa Maan painovoiman suuruinen, jos planeettojen tiheydet ovat samat. Ero on pienempi kuin esimerkiksi Maan ja Marsin painovoimien välillä.

Monien supermaapallojen arvellaan muodostuvan maapallon tapaan kivestä ja sisältävän usein myös vettä. Sinänsä supermaapallo-termi kuitenkin viittaa vain planeetan massaan eikä kerro mitään sen rakenteesta tai koostumuksesta. Valtameriplaneetat saattavat olla yksi supermaapallojen erityistyyppi. Näiden planeettojen massasta enimmillään jopa 75 prosenttia saattaa koostua vedestä. Mitä massiivisempi planeetta on, sitä enemmän se voi pidättää ympärillään kaasua, joten raskaimmat supermaapallot saattavatkin muistuttaa enemmän Uranusta ja Neptunusta kuin maapalloa.

Tähtienvälisestä avaruudesta on löytynyt yksinäisiä planeetan kaltaisia kappaleita, jotka eivät kierrä mitään tähteä. Ne ovat ilmeisesti harhautuneet pois emotähteään kiertäviltä radoilta. Näitä kappaleita kutsutaan tähtienvälisiksi tai orvoiksi planeetoiksi. Tiukasti tulkittuna planeetan tulisi kuitenkin määritelmänsä mukaisesti kiertää jotain tähteä. Omassa galaksissamme saattaa seikkailla miljardeja tähtienvälisiä planeettoja.

Onko eksoplaneetoilla elämää?

Tutkimukset viittaavat siihen, että monissa muissa aurinkokunnissa on elämän synnyttämiseen tarvittavia orgaanisia aineita. Näin ollen elämää voisi teoriassa kehittyä mille tahansa elinkelpoiselle planeetalle. Maapallo on kuitenkin ainoa paikka, jossa elämää tiedetään kehittyneen, ja yhden esimerkin perusteella on vaikea arvioida elämän yleisyyttä tai sitä, miten helposti sitä syntyy. Koska kaikki Maan elämä vaatii esiintyäkseen vettä, myös Maan ulkopuolista elämää etsitään paikoista, joissa on vettä. Emme kuitenkaan tiedä, vaatiiko elämän syntyminen juuri vettä, vai voisiko elämälle tarpeellisia kemiallisia reaktioita tapahtua riittävän hyvin myös muissa nesteissä.

Tästä vesivaatimuksesta johtuen elinkelpoisen planeetan yhtenä tärkeimpänä ominaisuutena pidetään sitä, että planeetta sijaitsee niin sanotulla elämänvyöhykkeellä. Elämänvyöhykkeeksi kutsutaan tähteä ympäröivää aluetta, jossa maankaltaisen planeetan pinnalla voi olla nestemäistä vettä. Tutkimusten mukaan peräti joka kolmatta auringonkaltaista tähteä kiertää vähintään yksi elämänvyöhykkeellä sijaitseva kiviplaneetta. Pelkkä sopiva etäisyys ei kuitenkaan kerro mitään elinkelpoisuudesta: myös planeetan kaasukehän tulisi olla sopiva, jotta vesi voisi virrata planeetan pinnalla.

Uskotaan myös, että elämä vaatii syntyäkseen kiinteäpintaisen kappaleen. Kaasuplaneettojen kaasukehissä ei siis uskota kehittyvän elämää.

Uutisissa kerrotaan usein tutkimuksista, joissa on löytynyt "Maan kaksonen" tai muutoin maapalloa muistuttava paikka. Vielä ei kuitenkaan osata sanoa, millaisia nämä planeetat oikeasti ovat. Ne saattavat muistuttaa massaltaan tai kooltaan maapalloa, kiertää Aurinkoa muistuttavaa tähteään etäisyydellä, joka on lähellä Maan etäisyyttä Auringosta, mutta muutoin planeettojen ominaisuuksia ei vielä tunneta hyvin. Esimerkiksi Venus sijaitsee oman aurinkokuntamme elämänvyöhykkeellä, ja on Maan kokoinen ja massainen, mutta sen hiilidioksidipitoinen ja musertavan paksu kaasukehä tekee Venuksesta aivan erilaisen planeetan kuin Maa.

Kuinka eksoplaneettoja havaitaan?

Ylivoimaisesti tehokkain menetelmä eksoplaneettojen löytämiseen oli pitkään tähden huojuntaan perustuva menetelmä. Kun planeetta kiertää tähteä, tähtikään ei pysy täysin paikallaan vaan se kiertää tähden ja planeetan yhteistä massakeskipistettä. Jos planeetta kiertää tähteään meistä katsottuna siten että se kulkee sen editse, tämä aiheuttaa tähden spektriviivoissa pientä keinuntaa, jonka voimakkuuden ja taajuuden avulla voidaan päätellä planeetan massa ja aika, jossa se kiertää tähden ympäri. Jos tähti- ja planeettasysteemi näkyy meille ikään kuin yläpuolelta, planeetta ei koskaan kulje tähden edestä, mutta se aiheuttaa tähden liikerataan muitten tähtien suhteen pientä mutkittelua. Koska planeetat ovat kuitenkin tähtiin verrattuna yleensä hyvin kevyitä ja kaukana tähdistä, nämä muutokset ovat hyvin heikkoja ja vaikeita havaita. Eurooppalainen Gaia-luotain kykenee havaitsemaan tähtien paikkoja niin tarkasti, että sen odotetaan löytävän tuhansittain uusia planeettoja tällä menetelmällä, jota kutsutaan astrometriaksi.

Mikäli planeetta sattuu kulkemaan tähden editse, se himmentää tähden kirkkautta hetkeksi. Himmennys voidaan havaita, ja sen suuruudesta ja kestosta voidaan päätellä eksoplaneetan koko ja kiertoaika tähden ympäri. Tätä menetelmää käytti esim. Kepler-avaruusteleskooppi, joka oli pitkään tuotteliain eksoplaneettojen metsästäjä. Tämä, kuten kaikki muutkin eksoplaneettojen etsimismenetelmät, on kuitenkin herkempi suurille planeetoille jotka kiertävät lähellä tähteään ja siksi pimentävät tähden loistetta enemmän. Monien eksoplaneettakuntien radat eivät koskaan vie planeettoja tähden editse, joten näitä planeettoja ei voi havaita ylikulkumenetelmällä.

Eksoplaneettoja voi havaita myös suoraan kuvaamalla, mutta tämä on hyvin haastavaa. Yleensä tähden loiste peittää alleen piskuiset ja pimeät planeetat. Yksi tapa löytää planeetat on peittää tähden valo erityisillä maskeilla, jolloin eksoplaneetat voidaan saada näkyviin. Vain muutamia eksoplaneettoja on saatu kuvattua suoraan, ja ne ovat tyypillisesti hyvin suuria ja kiertävät kaukana tähdestään. Suoraan kuvatut eksoplaneetat näyttävät kuvissa himmeiltä pisteiltä, eikä niistä voida nähdä planeettojen pintaa.