Kirjaudu tai rekisteröidy

Eksoplaneetat

Taiteilijan näkemys maankaltaisesta eksoplaneetasta. Kuva Nasa, ESA ja G. Bacon (STScI)

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 marraskuussa 2011 luku oli kasvanut jo 700 eksoplaneettaan.

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.

Planeettojen muodostumisen tehokkuuden uskotaan riippuvan siitä, kuinka paljon muodostuvassa aurinkokunnassa on vetyä ja heliumia raskaampia alkuaineita. Tähtitieteessä kaikkia näitä raskaampia aineita kutsutaan yleisesti metalleiksi. Yhteys tähdestä löytyvien raskaiden alkuaineiden ja jättiläisplaneettojen välillä havaittiin jo pian ensimmäisten eksoplaneettalöytöjen jälkeen. Myös tähden massiivisuus lisää jättiläisplaneettojen esiintymistodennäköisyyttä.

Koska galaksien sisimmät osat ovat yleensä metallirikkaita ja uloimmat osat metalliköyhempiä, myös planeettoja oletetaan olevan eniten galaksin sisimmissä osissa. Perinteisesti galaksien sisäalueet on kuitenkin arvioitu elämälle epäsuotuisiksi, sillä galaksien keskustassa tähtiä on hyvin tiheässä. Tähtien kuollessa ne voivat räjähtää supernovana ja tuhota elämää kymmenien valovuosien säteeltä. Liian läheinen tähtinaapuri voi siis olla elämälle riski. Lisäksi planeettojen radat saattavat häiriintyä tähtien lähiohituksissa.

Vaikka eksoplaneetat ovatkin yleisiä, juuri oman aurinkokuntamme kaltainen planeettajärjestelmä saattaa olla suhteellisen epätavallinen. Meillä planeetat ovat ryhmittyneet siten, että kaikki kiviplaneetat kiertävät lähempänä Aurinkoa kuin kaasuplaneetat. Suurin osa niistä kiertää aurinkoa lähes ympyräradalla, samassa tasossa. Muualla esimerkiksi tähden pyörimisakseliin nähden kallellaan olevat planeetat ovat yleisiä.

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

 

Erityyppisiä planeettoja

Kuuma jupiter kiertämässä tähteään. Kuva Nasa, ESA ja C. Carreau

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 kaasuplaneettojen uskotaan vaellelleen ympäriinsä, erityisesti Jupiterin uskotaan käyneen kääntymässä sisemmässä aurinkokunnassa.

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. Jos planeetat sijaitsevat sopivalla etäisyydellä emotähdestään, ne voivat olla elämälle otollisia paikkoja.

Yleensä näin ei kuitenkaan ole. Esimerkiksi supermaapalloksi epäilty COROT-7b on niin lähellä emotähteään, että planeetan pinta saattaa olla suurelta osin laavan peitossa. Kivinen pinta myös höyrystyy. Kivihöyry kuitenkin jäähtyy uudelleen liikkuessaan planeetan kaasukehässä ja putoaa lopulta kivisateena takaisin planeetan pinnalle.

Kokonsa vuoksi supermaapallojen pinnalla vallitsee myös 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 ovatkin yksi supermaapallojen erityistyyppi. Näiden planeettojen massasta enimmillään jopa 75 prosenttia saattaa koostua vedestä.

Eräs tällainen valtameriplaneetta 40 valovuoden päässä Käärmeenkantajan tähdistössä sijaitseva GJ 1214 b. Kovin miellyttävästä paikasta ei silti voida puhua, sillä planeetan lämpötilan uskotaan nousevan 200-300 celsiusasteeseen.

Tähtienvälisestä avaruudesta on löytynyt yksinäisiä planeettoja, jotka eivät kierrä mitään tähteä. Ne ovat ilmeisesti harhautuneet pois emotähteään kiertäviltä radoilta. Näitä kappaleita kutsutaan myös vapaasti leijuviksi planeetoiksi.

Erään tutkimuksen mukaan yksinään leijuvia planeettoja on jopa neljä kertaa enemmän kuin maailmankaikkeudessa on tähtiä. Tällöin niitä olisi vähintään kaksi kertaa niin paljon kuin muita planeettoja yhteensä. Näin ollen yksinäisiä planeettoja saattaa seikkailla yksin omassa galaksissamme jopa tuhat miljardia kappaletta.

Tähtienvälisessä avaruudessa yksinään vaeltavat planeetat saattavat pitää sisällään suuria määriä nestemäistä vettä. Jos kyseessä on selvästi maapalloa suurempi tai vetisempi planeetta, meri voisi säilyä eristävän jääkuoren alla sulana jopa yli miljardin vuoden ajan. Teoriassa tällainen planeetta pystyisi myös ylläpitämään elämää.

Onko eksoplaneetoilla elämää?

Elinkelpoisen planeetan 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.

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.

Joidenkin tutkijoiden mukaan supermaapalloilla on todennäköisemmin elämälle miellyttävä ilmasto kuin maapallon kokoisilla planeetoilla. Suurten planeettojen etuna uskotaan olevan ennen kaikkea kiivas laattatektoniikka eli mannerlaattojen liike.

Laattatektoniikka säätelee hiilidioksidin määrää ilmakehässä ja toimii eräänlaisena hitaasti reagoivana termostaattina planeetan lämpötilalle. Tehokas laattatektoniikka suojaa siis planeettaa täydelliseltä jäätymiseltä ja kuivumiselta. Maapallo saattaa olla kooltaan juuri minimirajoilla, että laattatektoniikka pystyy toimimaan.

Veden sijaan vierailla planeetoilla voi lainehtia myös esimerkiksi metaanimeri. Tällöin ne muistuttaisivat Saturnuksen Titan-kuuta. Jos metaanimerien peittämällä planeetalla olisi myös elämää, se saattaisi hengittää hapen sijaan sisäänsä vetykaasua ja ulos hiilidioksidin sijaan metaania.

Kaikilla aurinkokuntamme suurilla kaasuplaneetoilla on kivisiä ja jäisiä kuita. Siksi on erittäin todennäköistä, että myös eksoplaneetoilla on kuita ympärillään. Jotkut niistä voivat olla Maan kokoisia, ja niillä saattaa olla ympärillään ilmakehä. Eksoplaneettojen kuut saattavatkin olla yhtä lupaavia kohteita elämän etsintään kuin planeetat itse. Toistaiseksi ei kuitenkaan tunneta vielä yhtään eksokuuta.

Kuinka eksoplaneettoja havaitaan?

Ylivoimaisesti tehokkain menetelmä eksoplaneettojen löytämiseen on tähän saakka ollut 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.

Uusi, lupaava menetelmä perustuu siihen, että mikäli planeetta sattuu kulkemaan tähden editse, se himmentää tähden kirkkautta hetkeksi. Tätä menetelmää käyttää esim. Kepler-avaruusteleskooppi, joka on tällä hetkellä 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.

 

Planeetan liike tähden ympäri aiheuttaa tähden huojumista. Liike on sitä isompaa, mitä suurempi ja lähempänä tähteään planeetta on. Tähden ja planeetan yhteinen massakeskipiste on merkitty kuvaan ristillä.
Infrapunasäitelyä mittaavassa kuvassa tähden HB 8799 säteily on peitetty, ja sitä kiertävät kolme massiivista kaasuplaneettaa on saatu näkyviin. Tähden paikka on merkitty kuvaan rastilla. Kuva Nasa / JPL-Caltech / Palomar Observatory

Otsakkeen kuvat: Nasa, ESA, N. Smith (Kalifornian yliopisto, Berkeley), ja The Hubble Heritage Team (STScI/AURA)