Finns det stora exomånar och kan dom i så fall hysa liv?

Allt fler exoplaneter upptäcks. En naturlig fråga att ställa sig är om dessa planeter har månar. Det vore ju ganska naturligt med en stor mängd månar med tanke på hur det ser ut i vårt solsystem. Våra modeller av hur månsystem kring planeter skapas är fortfarande ganska outvecklade. Man kan kanske tänka sig att när planetsystem bildas blir en hel del materia över som med tiden kan klumpa ihop sig och bilda månar som fångas in av planeterna. Hittills har man inte funnit några exomånar, men däremot ett antal exomånkandidater. Några av dessa kan dessutom vara inom den s.k beboeliga zonen. Websidan Planetary Habitability Laboratory beskriver närmare 40 sådana potentiella månar. Månar kan vara väl så beboeliga som planeter, men det finns vissa restriktioner.

Vad krävs då för att en måne ska vara beboelig? I en intressant forskningsrapport,  "Constraints on the habitability of extrasolar moons", författad av René Heller och Rory Barnes, lyfts denna fråga mer ingående.

Att en måne kan befinna sig inom den beboeliga zonen och hysa liv kräver förstås att den har en lagom temperatur. Förutom att den får värme från den stjärna som planet och måne kretsar kring kan den också få energi från planetens gravitationskraft, särskilt om det är en stor planet. Månen bör också ha uppnått en stabilitet i sin omloppsbana runt planeten. Forskning pekar på att planetens gravitationella påverkan på månen tycks vara väl så viktig som effekterna av strålningen från stjärnan.

Varför har vi då inte hittat någon exomåne ännu? Faktum är att vi ännu inte hittat särskilt många jordstora planeter heller. Det är helt enkelt svårt att upptäcka små planeter, och därmed också månar. I den forskningsrapport som Heller och Barnes presenterar anges att forskare tror att den första exomåne som upptäcks kan vara nästan lika stor som jorden och ha en massa på uppemot 25% av jordens massa. Om man jämför detta med månarna i vårt solsystem så inser man att det handlar om att hitta en jättemåne. Alla månar i vårt solsystem är i jämförelse med detta mycket små. Trots att diametern för de största månarna, Jupitermånen Ganymedes och Saturnusmånen Titan är ca 40% av jordens diameter så har de en låg massa. För Ganymedes uppgår den endast till 2,5% av jordens massa.

Kepler 22b är en av exoplaneterna som studerats (Bildkälla: NASA)

Förutom att månarnas massa bör vara stor, så bör de också ha en bunden rotation. Det innebär att månarna, på samma sätt som vår måne, visar en och samma sida mot planeten hela tiden. Dygnet blir betydligt kortare än året på månen. Jämfört med planeter i den beboeliga zonen som har bunden rotation kring sin stjärna är detta en stor fördel enligt forskarna.

En tredje faktor som forskarna ser talar till månarnas fördel kontra planeterna är att månar kring jätteplaneter tros ha större chans att rotera kring en rotationsaxel som lutar mot omloppsbanan. Det innebär att sådana månar har årstider, vilket är positivt för eventuellt liv.

En fjärde faktor som talar för att leta efter liv på månar är att de med största sannolikhet är mycket större till antalet än planeterna. Vi kommer sannolikhet inom det närmaste decenniet att upptäcka ett stort antal exomånar.

Det är en fördel om månen befinner sig inom den beboeliga zonen. De kan dock vara utanför denna zon om det kompenseras av att planeten genom sin gravitationskraft "värmer upp" månen. Risken är dock att månen påverkas i så hög grad att den blir som Jupitermånen Io, ett inferno av vulkanutbrott.

Om då dessa förutsättningar är uppfyllda krävs, liksom för planeter, att värme distribueras på månytan på ett sådant sätt att månen blir lagom varm. Månens växthuseffekt påverkar dess energibalans, dvs hur mycket värmeenergi den får och hur mycket den avger. Det gäller att undvika en galopperande växthuseffekt typ den som Venus tycks ha utvecklat. Forskarna har i simuleringar försökt beräkna energidistribution på olika typer av månar genom att göra olika antaganden av ovanstående faktorer. Även stjärntyp har största betydelse för om en måne kan hysa liv. Stjärnans massa avgör på vilket avstånd en planet/måne-duo bör kretsa. Planetens storlek avgör hur nära månen bör kretsa planeten. Forskarna kommer fram till att det skulle kunna finnas förutsättningar för liv på en stor måne kring en Neptunusstor planet om stjärnans massa överstiger 0,2 solmassor. En lägre stjärnmassa än så kräver att månen kretsar för nära planeten helt enkelt. Månen riskerar att bli som Jupitermånen Io.

En jordlik måne som kretsar kring en Saturnuslik planet. Finns sådana? (Bildkälla: NASA)

Många faktorer påverkar således förutsättningarna för liv på en måne, men forskarna anser det ändå sannolikt att det någonstans kan finnas en måne som är tillräckligt stor och som kretsar kring en Neptunusstor planet i den beboeliga zonen kring en stjärna. När hittar vi denna måne? Nästa år, inom fem år, inom tio år? Ingen vet, men en intensiv utforskning pågår. När rymdteleskopet James Webb kommer upp och när ESO:s European Extremely Large Telescope blir byggt ökar förutsättningarna avsevärt att upptäcka sådana månar. I en annan forskningsstudie, "On the direct imaging of tidally heated exomoons" anser forskarna Mary Anne Peters och Edvin L. Turner att det t o m borde vara ganska lätt att upptäcka månar som värms upp av stora planeters gravitationskrafter. De borde helt enkelt vara så ljusstarka att de kan direktobserveras med kraftfulla teleskop.