Pienikokoisin maankaltainen planeetta löydetty

Sen jälkeen kun vuonna 1989 havaittiin ensimmäiset eksoplaneetat, ei Aurinko ole ollut enää ainoa maailmankaikkeuden tähti, jonka ympärillä tiedämme olevan planeettoja. Jo pitkään sitä ennenkin tutkijat ovat olettaneet, että planeetat ovat normaaleja tähden synnyn sivutuotteita, mutta vasta havaintojen myötä teoria muuttui tosiasiaksi.

Nyt muita tähtiä kiertämästä on havaittu kaikkiaan noin 160 planeettaa. Ensimmäiset löydetyt planeetat olivat suuria kaasujättiläisiä, mutta ajan kuluessa ja havaintomenetelmien parantuessa on löydetty myös pienempiä planeettoja. Nyt löytynyt planeetta on enää viisi kertaa maapalloa raskaampi. Se on todennäköisesti kiinteäpintainen kiviplaneetta, koska kaasumaiset jättiläistähdet ovat suurempia ja painavampia.

"Löytö on hyvin merkittävä, sillä kyseessä on ensimmäinen selvästi kivisen planeetan havainto", kommentoi ESAn Darwin-suunnitelman päätutkija Malcolm Fridlund. "Se on siis olemukseltaan lähempänä Maata, Venusta ja Marsia, kuin ovat aikaisemmin löydetyt suuret kaasuplaneetat, jotka muistuttavat enemmänkin Jupiteria. Tämänkaltaisten kiviplaneettojen löytäminen on tärkeää, kun koitamme etsiä elämää muualta maailmankaikkeudesta."

Planeetta kiertää Aurinkoa kevyempää punaista kääpiötähteä varsin kaukana tähdestä olevalla radalla, joten sen pintalämpötila on 220 astetta pakkasen puolella. Sen pinnalla ei ole siten nestemäistä vettä, mutta sillä saattaa olla ohut ilmakehä ja sen pinnalla on kenties jäätyneitä meriä. Uusi planeetta saattaa olla kuin omassa aurinkokunnassamme olevan Pluton suurikokoinen versio.

Koodinimellä OGLE-2005-BLG-390Lb tunnettu uusi planeetta kiertää tähteä, joka sijaitsee 25 000 valovuoden päässä Linnunradan keskustan luona. Planeetta kiertää tähtensä noin 10 vuodessa ja sen etäisyys tähdestään on noin kolme kertaa Maan etäisyys omasta Auringostamme.

Mikrolinssi-ilmiö paljastaa

Tähän mennessä suurin osa eksoplaneetoista on havaittu epäsuorasti emotähden valon kirkkausvaihteluiden tai planeetasta johtuvan pienen liikkeen perusteella. Viime vuonna saatiin myös ensimmäinen eksoplaneetasta otettu valokuva, mutta vasta suuret ja kaukana emotähdestään olevat planeetat pystytään havaitsemaan edes periaatteessa suoraan.

Tällä kertaa planeetta löytyi ns. mikrolinssi-ilmiön avulla. Kyseessä oli kolmas mikrolinssin avulla löytynyt eksoplaneetta. 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. Planeetan suoran näkemisen sijaan nähdään siis sen emotähteensä kohdistama painovoimavaikutus.

Ilmiön ennusti Albert Einstein vuonna 1912, joskin hänelle kyseessä oli vain suhteellisuusteoreettinen ajatusharjoitus. Nyttemmin se on tullut tähtitieteelliseksi havaintotavaksi. Suurempien kohteiden painovoimavaikutuksellaan vääristämiä näkymiä taivaalta on havaittu runsaasti, mutta mikrolinssi-ilmiöt ovat tulleet mukaan vasta nyt, kun niiden todellinen luonne on selvinnyt ja niitä voidaan havaita. Tyypillisesti mikrolinssi-ilmiö kestää noin kuukauden, jonka ajan painovoimallaan kuvaa suurentava tähti on tarkalleen Maan ja kohteen välissä. Tähteä kiertävän planeetan aikaan saama ylimääräinen kirkkausvaihtelu toistuu muutamien päivien tai jopa parin tunnin jaksoissa planeetan kiertoajasta riippuen.

Skotlantilaisen St. Andrewsin yliopiston professori Keith Horne toteaa, että "mikrolinssit ovat nopein tapa löytää pieniä, kylmiä planeettoja, jotka ovat massaltaan jopa Maan luokkaa. Olemme löytäneet jo kolme planeettaa tällä tavalla ja näyttää siltä, että tällaisia pieniä planeettoja on runsaasti joka puolella. Jos voisimme saada erityisesti eteläiselle pallonpuolelle käyttöömme robottikaukoputkia, voisimme löytää kenties piankin ensimmäisen maankaltaisen eksoplaneetan."

Robottikaukoputket

Mikrolinssi-ilmiö kestää hyvin lyhyen aikaa ja sen kuluessa tapahtuu hyvinkin nopeita muutoksia, joten sitä pitää pystyä havaitsemaan lähes jatkuvasti. Tämä ei ole mahdollista monilla suurilla teleskoopeilla, sillä tehokkaimpien tähtitieteellisten observatorioiden havainto-ajat on jaettu etukäteen pitkäksi aikaa. Sen sijaan uudet, automaattisesti taivasta kuvaavat robottiteleskoopit soveltuvat hyvin mikrolinssien havaitsemiseen. Ne ovat tyypillisesti varsin pieniä kaukoputkia, mutta niiden havaintoteho riittää hyvin tähden valomuutosten seuraamiseen. Robottiteleskoopit voidaan ohjelmoida kuvaamaan kohdetta useita kertoja yön kuluessa, vaikka puolen tunnin välein, ja niiden avulla voidaan myös löytää uusia mikrolinssejä helposti.

Nyt löytyneen planeetan seurantaan on osallistunut kolme toisistaan riippumatonta mikrolinssitutkimusryhmää, joissa on yhteensä 73 tutkijaa 32 tutkimuslaitoksesta, jotka sijaitsevat 12 eri maassa (Ranskassa, Iso-Britanniassa, Puolassa, Tanskassa, Saksassa, Itävallassa, Chilessä, Australiassa, Uudessa-Seelannissa, Yhdysvalloissa, Etelä-Afrikassa ja Japanissa).

Yksi tutkimusryhmistä on eurooppalainen PLANET, joka käyttää havaintoihin Euroopan eteläisen observatorion La Sillassa, Chilessä, sijaitsevaa 1,54-metristä tanskalaisteleskooppia, Australian Tasmaniassa olevaa Canopus-observatorion metrin halkaisijaltaan olevalla peilillä varustettua putkea, Perthissä olevaa 0,6-metristä kaukoputkea sekä Etelä-Afrikassa olevia metristä sekä puolitoistametristä teleskooppia. Lisäksi havaintoja on tehty kahden metrin täysin automaattisilla robottiteleskoopeilla, jotka sijaitsevat Kanarian saarilla (aivan yhteispohjoismaisen NOT-teleskoopin vieressä) sekä Havaijilla.

PLANET-ryhmän toinen johtaja, St Andrewsin yliopistossa työskentelevä Martin Dominik kertoo, että Naturen artikkelin aiheena oleva planeetta löytyi viime elokuussa. "Havaitsimme tähden valon voimistuvan odotettuun tapaan ja saavutti maksimikirkkautensa heinäkuun viimeisenä päivänä 2005, minkä jälkeen valovoimakkuus alkoi laskea. Elokuun 10. päivänä havaitsimme kuitenkin puolen vuorokauden mittaisen, odottamattoman välähdyksen. Jatkoimme havaintoja tarkasti kahdella yhteistyöteleskoopilla ja pystyimme päättelemään, että suurennuksen kohteena olleella tähdellä oli pienimassainen planeettaseuralainen."

Mikrolinssi-ilmiöitä havaitaan nykyisin rutiininomaisesti, mutta mahdollisuus, että kohdetähden suurennus tapahtuu juuri oikeaan aikaan, on noin yksi miljoonasta. Kun robottiteleskoopein pystytään havaitsemaan tulevaisuudessa yhä enemmän tähtiä, lisääntyy planeettojen löytämisen mahdollisuus olennaisesti. "Jos havaitsemme jatkuvasti 100 miljoonaa tähteä, niin voimme seurata joka hetki noin 120 tapausta, jossa kohdetähdellämme olevat planeetat näkyvät havainnoissamme", laskee Jodrell Bankin observatorion tutkija Nicholas Rattenbury. "Näin voimme löytää yhä enemmän ja pienempiä planeettoja."

Ensin Corot, sitten Darwin

Seuraava edistysaskel eksoplaneettojen kartoituksessa on ranskalaisen Corot-satelliitin laukaisu tämän vuoden lopussa. Euroopan avaruusjärjestö on mukana sateliitin tutkimusohjelmassa. Corot on tarkka, pienikokoinen avaruusteleskooppi, joka tulee etsimään tähtiä emoplaneettojen valonkirkkautta mittaamalla: valon määrä putoaa vähän, kun planeetta kulkee tähden edestä. "Jos OGLE-2005-BLG-390Lb olisi hieman lähempämä Maata, niin Corot voisi havaita sen helposti", sanoo ESAn Malcolm Frilund. "Varsinaiseen vauhtiin avaruusteleskoopeilla tehtävä planeettojen etsintä pääsee kuitenkin vasta Darwinin myötä."

ESAn Darwin onkin tehokkain suunnitteilla oleva eksoplaneettoja etsivä järjestelmä. Kyseessä on avaruuteen lähetettävä neljän avaruusteleskoopin laivue, joka tulee tekemään havaintoja kuin yksi erittäin suurikokoinen kaukoputki. Kukin teleskoopeista on varustettu vähintään kolme metriä halkaisijaltaan olevalla peilillä, ja ne pystyvät havaitsemaan infrapunaisen valon aallonpituudella. Planeettoja etsittäessä tähden valo on noin miljardi kertaa planeetan valoa kirkkaampi näkyvän valon alueella, mutta keski-infrapunaisella alueella tähti loistaa vain noin miljoona kertaa kirkkaammin. Sen vuoksi planeettojen suora havaitseminenkin on mahdollista.

Teleskoopit laukaistaan avaruuteen, koska ilmakehä estää infrapunavalon kiinnostavimpien aallonpituuksien pääsyn Maan pinnalle ja koska avaruudesta teleskoopit pystyvät tekemään havaintoja lähes kellon ympäri. Havaintojen laatu paranee myös olennaisesti, kun teleskoopit ovat hyvin kylmässä; avaruudessa itse teleskooppien lämpötila on vain 40°C absoluuttisen nollapisteen yläpuolella (-233°C) ja niiden mittauksia tekevät havaintolaitteet jäähdytetään jopa -265°C:n kylmyyteen.

Darwinin neljä yksittäistä teleskooppia ovat kukin jo olennaisesti nykyistä Hubblen avaruusteleskooppia tehokkaampia, joten niillä voidaan tehdä paljon tarkempia ja parempia havaintoja. Kun ne sijoitetaan avaruudessa etäälle toisistaan, vastaa niiden havaintotarkkuus yhtä suurta teleskooppia, mikä olisi jos teleskoopissa olisi kauimpana toisistaan olevien teleskooppien välisen etäisyyden halkaisijainen peili. Mikäli teleskoopit ovat kymmenen kilometrin päässä toisistaan, on kuva yhtä tarkka kuin olisi kymmenen kilometrin halkaisijaisella kaukoputkella – suurin suunnitteilla oleva yksittäinen kaukoputki on tällä hetkellä sata metriä ja suurin olemassa oleva on varustettu 10-metrisellä peilillä.

Darwinin tekeminen on suuri tekninen haaste, sillä teleskooppien sijainnit täytyy pystyä säilyttämään avaruudessa erittäin tarkasti. ESA kehittää Darwinin interferometriaa yhdessä Euroopan eteläisen observatorion kanssa, jonka VLT-observatorion neljä kahdeksanmetristä teleskooppia käyttävät jo nyt samaa tekniikkaa. Siten niiden havaintotarkkuus on yhtä hyvä kuin olisi yli satametrisessä teleskoopissa.

Darwin on tarkoitus ottaa käyttöön vuoden 2015 tienoilla, eli satelliittien sekä teleskooppien varsinainen suunnittelu sekä rakentaminen tullaan aloittamaan muutaman vuoden päästä. Sen päätehtävänä on tutkia tarkasti 1000 Aurinkoa lähintä tähteä ja kartoittaa niitä kiertävät planeetat.

Lisätietoja Darwin-hankkeesta:

Malcolm Frilund (ESA)
Sähköposti: malcolm.frilund@esa.int

Lisätietoja löytyneestä eksoplaneetasta:

Martin Dominik (University of St Andrewsin)
Puh: +44-1334-463066
Sähköposti: md35@st-andrews.ac.uk

Nicholas Rattenbury (Jodrell Bank Observatory)
Puh: +44 (0)1477 572653
Sähköposti: njr@jb.man.ac.uk