Det finns lediga parkeringsplatser för planeter

Kring ett flertal stjärnor har man upptäckt mer än en planet. De kretsar på varierande avstånd från stjärnorna. I de flesta planetsystem finns "luckor" där ytterligare en eller ett par planeter skulle kunna få plats. Så är det t.ex i vårt solsystem, där det finns ett rejält utrymme mellan Mars och Jupiter. I utrymmet finns idag det s.k asteroidbältet, men där skulle det ha kunnat finnas en planet. Likadant är det kring andra stjärnor. Det visar en forskningsstudie som forskare vid University of California genomfört. Studien redovisas i New Scientist.

När ett planetsystem bildas ur den gasskiva som omger en protostjärna sker en kamp mellan de olika himlakropparna om utrymmet. Ett visst avstånd mellan planeterna behövs för att en planets tillvaro ska bli någotsånär stabil. Är det för tätt mellan himlakropparna börjar de wobbla och riskerar att krocka med varandra. I denna kamp om utrymme händer det också ofta att både små och stora himlakroppar kastas ut ur planetsystemet med hjälp av en annan himlakropps gravitationskraft. Forskare har tidigare trott att planetsystemen med tiden fylls upp för att stabilitet ska uppstå. Så tycks det dock inte vara. Vårt eget solsystem är stabilt, men det tycks fattas en planet mellan Mars och Jupiter. Många forskare tror att det har funnits en större planet där, men att Jupiter för ca 4 miljarder år sedan kastade ut den.

Illustration av planetsystem kring en stjärna (Bildkälla: NASA)

Forskarna har gjort simuleringar som går ut på att peta in ytterligare en planet i kända planetsystem och sedan studera vad som skulle hända under en tidsperiod av 100 miljoner år. I en tredjedel av systemen med 2 eller 3 planeter så löpte planetsystemen amok. I system med fyra planeter var det än svårare att peta in en extra planet. Det fungerade bara i hälften av fallen. Det intressanta är dock att en majoritet av planetsystem med upp till fyra planeter skulle kunna ha plats för ytterligare en planet och fortfarande vara stabila.

Man kan konstatera att naturen inte alltid är perfekt, inte ens i solsystemsskala. Forskarna drar också en annan intressant slutsats. Om man studerar kända och stabila planetsystem och upptäcker sådana här lediga parkeringsplatser för planeter så är det en liten hint om var man bör söka efter planeter. Parkeringsplatsen är kanske inte ledig utan döljer en hittills oupptäckt planet.

Är det bättre att satsa på avancerade jordbaserade teleskop än rymdteleskop?

Jag tänkte denna söndag i ett par inlägg reflektera lite över vägval vad gäller sökandet efter exoplaneter i vår galax, Vintergatan. Jag blir emellanåt förvånad över vad som tycks vara en brist på strategiskt tänkande inom astronomisk forskning. Mycket av utforskning av exoplaneter tycks ske mer eller mindre ad hoc. Den här första artikeln handlar teknologiska vägval - om rymdteleskop kontra jordbaserade teleskop.

Vi står vid en punkt då viktiga vägval behöver göras. Om det är forskarna eniga. Det finns en viss frustration bland forskare över att det är så svårt att finna planeter som liknar jorden. Att upptäcka jordkopior är varje exoplanetforskares dröm och ett av de viktigaste målen för exoplanetforskningen. Det har så här långt gått trögt. Antalet upptäckta exoplaneter närmar sig visserligen 900, men det är till helt övervägande del stora och mycket heta planeter som upptäckts. Stora gasplaneter i all ära, men det är jordliknande planetfynd vi väntar på. Vad krävs för att ett genombrott ska ske? Kanske en mer utvecklad exoplanetstrategi med tydliga mål för utforskningen. Kanske flera mer specialiserade projekt snarare än ett fåtal projekt som ska studera allt.

Illustration av ett planetsystem (Bildkälla: ESO)

Jag har tidigare här i bloggen ifrågasatt NASA:s rymdsondsstrategier (läs HÄR). Då handlade det om utforskningen av vårt solsystem. Samma problem finns vad gäller utforskningen av exoplaneter. Bristen på en tydlig strategi gör att NASA mycket väl kan bli omkört av ESO, av olika forskningsinstitut och av universitet som med hjälp av avancerade jordbaserade teleskop upptäcker jordliknande planeter. Det sker en snabb teknologisk utveckling inom området just nu. Mer om det nedan, men först lite om NASA:s planer.

NASA planerar att sända upp rymdteleskopet TESS 2017 (läs min artikel om teleskopet HÄR). TESS har i uppdrag att söka efter exoplaneter kring stjärnor i vår närhet. Även om det kan tänkas hitta jordstora exoplaneter är teleskopet sannolikt inte tillräckligt kraftfullt för att studera dem mer i detalj. Teleskopets uppgift kan därför snarare bli att ge uppdrag till ett annat och mycket kraftfullare teleskop, James Webb-teleskopet (JWST), som sänds upp i slutet av 2018. JWST-projektet är det i särklass dyraste av NASA:s pågående projekt. Häromdagen lämnade Obamaadministrationen sitt budgetförslag för 2014 och i den fortsätter man finansieringen av JWST. Projektet kommer att ha kostat över 50 miljarder kronor när det väl är dags för uppskjutning av teleskopet 2018!

Illustration av JWST (Bildkälla: NASA)

Är det verkligen rimligt att satsa mångmiljardbelopp (i dollar) på nya rymdteleskop i den ekonomiska situation som många av rymdnationerna befinner sig i. Trots teleskopets enorma potential att upptäcka nya världar och ge oss en ny kunskap om universum och dess utveckling; är det verkligen värt pengarna? Jag för min del börjar tveka, trots att jag vet vad t.ex Hubbleteleskopet betytt för astronomins utveckling. Orsaken till min tvekan är att vi för dessa pengar kunde ha finansierat flera mycket stora rymdsondsprojekt + ett tiotal mindre rymdsondsprojekt + ett eller ett par enormt avancerade jordbaserade teleskop + en hel skock små jordbaserade teleskop. Och tänk om uppskjutningen av JWST misslyckas? Vilken mardröm!

Paul Gilster på Centauri Dreams tänker i samma banor i en artikel där han funderar på framtida exoplanetutforskning (läs HÄR). I artikeln funderar han på vilken av upptäcktsmetoderna som egentligen är att föredra. De olika metoderna har sina fördelar och nackdelar. Ett intressant projekt som nämns i artikeln är det s.k Minervaprojektet. Det handlar om att installera en ny typ av relativt små teleskop på klassisk mark, uppe på Mount Palomar i Kalifornien. Teleskopen använder sig av både radialhastighetsmetoden och transitmetoden och ska användas för att upptäcka jordstora exoplaneter kring stjärnor i vår närhet. Det rör sig om ett multiteleskopsystem där man med fyra 0,7 metersteleskop med stor flexibilitet ska kunna utforska olika stjärnor och söka efter planeter. Under en treårsperiod ska stjärnor inom 75 ljusår från oss studeras. Projektet verkar vara så långt gånget att man redan nästa år kan börja observationerna. Hela projektet går, enligt Gilster, på i sammanhanget fjuttiga 3,5 miljoner dollar!! Kanske är det den här typen av projekt man i större utsträckning borde satsa på?

Illustration av ett par Minervateleskop (Bildkälla: Caltech)

Förutom den här typen av små teleskop finns också flera stora observatorier runtom i världen som upptäcker alltfler exoplaneter. Det ska bli intressant att t.ex följa ESO:s, det europeiska sydobservatoriets, arbete under de närmaste åren. Ett flertal mycket avancerade teleskop, såsom VLT, Alma, samt om några år E-ELT, kan komma att göra väl så många fynd som rymdteleskopen.

Så vilka vägval behöver då göras? Sannolikt handlar det om att rymdteleskop och jordbaserade teleskop kompletterar varandra. Det som behövs är därför kanske i steg 1 en strategi över vad man ska studera och inte med vilken utrustning. Om det handlar artikel 2 nedan. När man har en tydlig inriktning för utforskningen av exoplaneter bör vägval avseende teleskop m.m göras.

Astrobiologer diskuterar framtida utforskning av exoplaneter

Här följer del 2 i mina reflektioner vad gäller framtida utforskning av exoplaneter. Läs del 1 HÄR.

Den eminenta tidskriften Astrobiology Magazine har nästan dagligen intressanta artiklar på sin websida. Förutom nyhetsförmedling anordnar man emellanåt debatter mellan forskare. En sådan debatt handlar om framtida utforskning av exoplaneter. Själva debatten hölls i samband med Astrobiology Science Conference i höstas. En hel del intressant framfördes och jag ska försöka sammanfatta det viktigaste nedan.

Illustration av ett exoplanetsystem (Bildkälla: NASA)

Det finns ett missnöje bland forskare över att NASA inte tycks ha någon riktig strategi i sökandet efter planeter med förutsättningar för liv. Exoplanetutforskningen är lite ad hoc. En av forskarna efterlyser en "Terrestrial Planet Finder", dvs ett rymdteleskop med uppgift att söka efter jordkopior. Trots att exoplanetforskningen är ett synnerligen hett område just nu tycks området hamna mellan stolarna i den strategiplanering som det amerikanska forskarsamfundet gör och som utmynnar i den s.k Decadal Survey. Denna survey är forskarnas syn på vad NASA bör prioritera. Strategiprocesserna hänger helt enkelt inte med i den snabba utveckling som skett vad gäller utforskning av exoplaneter.

Terrestrial Planet Finder var ett förslag på NASA-projekt som dock inte blev prioriterat. Projektidéen byggde på ett avancerat teleskopsystem som skulle kunna upptäcka jordliknande planeter. Många forskare hoppas fortfarande på att projektet så småningom blir av.

Illustration av TPF (Bildkälla: NASA)

Några av de stora strategiska frågorna när det gäller exoplanetutforskning lyfts i debatten:

• Kring vilken typ av stjärnor ska vi söka efter exoplaneter? Ofta talar man om att fokusera på de solliknande stjärnorna, men kanske finns skäl att också studera lite svalare stjärnor (M-klass). Dessa är ju trots allt i majoritet i vår galax. Häromdagen kom en forskningsrapport som beräknar antalet jordliknande planeter till kanske 100 miljarder kring just den här typen av stjärnor (läs HÄR)!  De är också enklare att studera, men frågan är om det är "rätt" stjärnor att titta på om vi vill upptäcka en jordkopia.Å andra sidan så är det kanske fel att bara titta på solliknande stjärnor bara för att vår jord råkar kretsa kring en sådan. Det är kanske också fel att vara så fokuserad på jordkopior.
• Hur ska vi se på den beboeliga zonen? I januari i år föreslog forskare en ny definition som innebär att jorden nästan hamnar utanför den beboeliga zonen (läs HÄR). Definitionen visar att faktorer som planetatmosfärers sammansättning, "energitillskott" från en annan himlakropp (t.ex Jupiters månar får energi från Jupiter) m.m kan skapa förutsättningar för liv även utanför den beboeliga zonen. Därför borde man kanske ha en vidare syn på beboelighet på en himlakropp. Det kan innebära att exomånar kan vara väl så beboeliga som exoplaneter.
• Ska vi fortsätta fokusera på jordlika planeter som kretsar relativt nära stjärnorna eller ska vi bygga mer avancerade rymdteleskop som kan upptäcka planeter som kretsar lite längre från stjärnorna men ändå inom den beboeliga zonen? I dagsläget sker en stor del av observationerna utifrån vad som kan observeras och inte utifrån vad som bör observeras. Det är naturligt så här i inledningen av exoplanetutforskningen, men i förlängningen bör vi göra tydligare val av vad som ska observeras.
• Planeter har visat sig vara väldigt olika vad gäller utveckling, sammansättning m.m. Kanske är vi för enkelspåriga när vi letar efter jordkopior. Andra utvecklingslinjer kan finnas som också leder till att liv utvecklas på en planet. "Beboelig zon" och en planets beboelighet är verkligen relativa begrepp. Faktum är att jorden under långa perioder av sin utveckling varit en synnerligen ogästvänlig plats. Likväl har liv upprätthållits. Om väl liv uppkommer på en himlakropp kan det överleva långa perioder av värme eller kyla eller under andra "omöjliga livsbetingelser". Se bara på de mikroorganismer, s.k extremofiler, som lever kring heta källor, under enormt tryck i djuphaven eller på mycket torra platser här på jorden.

Så vilka vägval bör då göras? Om det lär forskarna inte vara eniga. En del vill fokusera på jordliknande planeter kring solliknande stjärnor. En del vill titta närmare på dvärgstjärnor och leta efter planeter runt dem. Andra vill lägga mer forskningsresurser på att öka vår kunskap om eventuell förekomst av liv på månar såsom Europa, Titan och Enceladus. Debatten lär fortsätta, men någon slags strategiskt vägval åtminstone vad gäller kommande rymdsondsprojekt bör tas. NASA, ESA och andra rymdmyndigheter har inte råd att utforska allt utan måste prioritera. 

Allt om rymdturism på Rymdturism.se

Jag har lagt till en länk här i bloggen till websidan Rymdturism.se. Här kan man läsa om det mesta som händer inom en bransch som sannolikt kommer att växa explosionsartat under de kommande åren - rymdturismen. Det ska bli intressant att följa framförallt det amerikanska rymdföretaget Virgin Galactics fortsatta framfart. Kommer vi att få se de första "charterresorna" upp i atmosfären redan inom ett år? Det verkar ju kunna bli relativt billigt dessutom. Man kanske skulle ta ett saftigt banklån och boka en biljett? Det vore ju något att berätta vid en kommande middag med goda vänner! Jag kan se framför mig följande konversation vid middagsbordet:

Gäst: Nu ska du få höra något häftigt! Jag har bokat en tvåveckors resa till Kanarieöarna! Häftigt va! 

Jag: Låter trevligt. Själv blir jag nog hemma i år.

Gäst: Va? Ska du inte åka någonstans?

Jag: Nä, du vet, jag har bokat in mig på en rymdresa nästa vår, så jag får ta det lite lugnt i år.

Gäst: ???????????  (stum och med gapande mun)

"Charterplanet"  (Bildkälla: Virgin Galactic)

Curiosity pepprar Marsstenar med sin "laserkanon"

Curiosity fortsätter studera berggrunden på Mars genom att borra små hål i berget samt skjuta med sin laser. Den 26 mars i år sköt Curiosity 150 "skott" som med stor pricksäkerhet, med 30 skott per mål, skapade de fem små hålen i bilden nedan. Dessutom avfyrades hela 300 skott in i det ena av borrhålen. Syftet med detta våldsamma skjutande är att försöka analysera Marsmaterian. Bilden nedan visar borrhålen och märkena efter  lasern (klicka på bilden för att förstora den).

Hur kol, livets viktigaste byggsten, hamnar i atmosfären

Kol anses vara själva "ryggraden" för det liv vi har här på jorden. När forskarna letar efter liv i universum söker man oftast efter just kol. En av de viktigaste förutsättningarna för liv på en planet är att planeten har en lagom tät atmosfär som ser till att hålla planeten lagom varm och samtidigt skyddar planeten från skadlig strålning från den stjärna som planeten kretsar kring. Vår jord har just en sådan skyddande atmosfär. Den består av framförallt kväve och syre, men också av koldioxid. Även om andelen koldioxid i atmosfären endast uppgår till delar av en promille så är det sannolikt av allra största betydelse för liv på jorden. Det viktiga är dock att ha lagom mängd koldioxid i atmosfären. Annars kan det gå som för Venus och Mars.

Hur har vi då fått koldioxid i vår atmosfär. Jo genom den s.k kolcykeln sker en ständig omsättning av kol mellan biosfär, geosfär, hydrosfär och atmosfär. Det är alltså en kombination av biologiska och geologiska processer samt mänsklig påverkan i form av förbränning av organiskt material som förser atmosfären med kol. Om vi här bortser från biologin och mänsklig påverkan och tittar lite på geologin så beskrivs i en färsk forskningsrapport hur kol tillförs atmosfären från underjorden så att säga.

Till skillnad från t.ex Venus och Mars atmosfärer, som till mer än 95% består av koldioxid, är vår atmosfär relativt koldioxidfattig. Venus lider av ett extremt växthusklimat eftersom koldioxid förhindrar värme att komma ut i rymden. Det innebär att planeten har en yttemperatur på över 400 grader Celcius. Mars har en tunn atmosfär som i huvudsak består av koldioxid. Tabellen nedan visar lite atmosfärfakta. Förutom skillnader i andelen koldioxid i atmosfären kan man också notera den stora skillnaden i atmosfärtryck. Venus har mer än 90 gånger större tryck än jorden!

På jorden däremot är det mesta av kolet bundet i sedimentära bergarter såsom kalksten. När material från jordmanteln smälter till magma fångas en del av detta kol in. När sedan magman rör sig uppåt jordytan vid t.ex ett vulkanutbrott minskar trycket på magman och kolet frigörs som gas. Koldioxid förs därmed till vår atmosfär. Denna process har varit känd länge. Däremot har viss oklarhet rått kring motsvarande process på andra planeter och på månar. I forskningsrapporten har forskarna nu klarlagt hur det sannolikt går till.

Kolet binds lite annorlunda i magman i dessa himlakroppar och frigörs i planeternas atmosfärer som kolmonoxid eller metangas. Skillnaden mellan jorden och t.ex Mars eller vår måne är mängden fritt syre. Jorden har betydligt större andel fritt syre i jordmanteln. Denna skillnad innebär en helt annorlunda utveckling på jorden än på Mars. Det fick till följd att Mars en gång i tiden hade aktiva vulkaner som sprutade ut en stor mängd metangas i Marsatmosfären. Eftersom metangas har en mycket kraftigare växthuseffekt än koldioxid kunde även en relativt tunn atmosfär ge planeten ett skyddande lager som höll planetytan varm. Mars var betydligt varmare än idag vilket gjorde att planeten kunde behålla stora mängder flytande vatten. I det skedet av planetens historia kan liv ha uppstått. Det är spår av eventuellt liv från denna tid som rymdsonder och Marsfordon nu söker efter.

Bild av den röda planeten Mars, en idag torr planet (Bildkälla: NASA)

Riskerar Keplerteleskopet att haverera inom kort?

Det har varit ganska klent med nya exoplanetfynd i år. Trenden pekade för några år sedan på en närmast explosionsartad utveckling vad gäller antal identifierade exoplaneter. Under 2012 upptäcktes betydligt färre exoplaneter än under 2011 och 2013 ser nästan ännu sämre ut. Med tanke på att ett flertal forskningsrapporter uppger att det finns miljarder planeter därute så kan man ju tycka att t.ex Keplerteleskopet borde hitta fler och fler ju längre observationstid teleskopet får. NASA har ju beslutat förlänga Keplerprojektet till minst 2016 i syfte att just observera stjärnor under ett flertal år så att planeter "hinner" passera solskivan på dessa stjärnor minst 3-4 gånger. Detta för att eventuellt upptäcka några jordkopior.

Varför får vi då inga rapporter om nya exoplanetfynd från Kepler? Frågan är om inte teleskopet har större tekniska problem än vad som hittills rapporterats. Ett teleskop som Kepler, som studerar en ganska liten sektor av vår stjärnhimmel, stabiliseras med hjälp av fyra stycken s.k "reaction wheels". Dessa "hjul" ser till att rikta teleskopet exakt rätt över en lång tidsperiod. Utan denna positioneringshjälp börjar teleskopet att wobbla och kan då inte observera stjärnor. Ett av dessa reaction wheels slutade att fungera under 2012, men teleskopet fungerar fortfarande utmärkt med tre hjul. Under de senaste månaderna har ytterligare ett av hjulen börjat visa på friktionsproblem. Trots att teleskopet satts i viloläge under kortare perioder för att försöka komma till rätta med problemet har det inte hjälpt. Om dessa problem accentueras riskerar även detta hjul att sluta fungera. Med de återstående två hjulen kan teleskopet fortfarande göra observationer, men inte alls så som det var tänkt.

Illustration av Keplerteleskopet (Bildkälla: NASA)

Dessa "reaction wheels" är relativt små mekaniska detaljer som används i många rymdsonder och rymdteleskop. Det känns ju lite surt om dessa synnerligen högteknologiska projekt som ofta kostar miljardbelopp får avbrytas i förtid på grund av ett sådant relativt simpelt tekniskt problem. Det här är väl en av de stora nackdelarna med rymdteleskop kontra jordbaserade teleskop. Ett teleskop på jorden kan alltid repareras och successivt uppgraderas medan man för det mesta måste få allt att fungera med detsamma med ett rymdteleskop. Det går visserligen att reparera även rymdteleskop, men det kräver (åtminstone i dagsläget) att de kretsar runt jorden så att de kan nås av "reparatörastronauter". Hubbleteleskopet är ju ett exempel på ett teleskop som reparerats några gånger. Keplerteleskopet kretsar ungefär i jordens bana kring solen, lite bakom jorden så att säga. Teleskopet har dessutom en något längre omloppstid, 372,5 dagar, vilket medför att den successivt halkar efter jorden. Motivet för denna omloppsbana är att teleskopet ska undvika att få solen eller månen i vägen för observerandet.

Keplerteleskopets omloppsbana runt solen (Bildkälla: NASA)

SpaceflightNow beskriver problemen mer i detalj i en artikel på sin websida.