Den heta isplaneten

4 juni 2007

Skaran av exoplaneter, planeter utanför vårt eget solsystem, runt andra stjärnor, växer ständigt. Växer ständigt gör också antalet märkliga planeter. En av de senaste i raden är Gliese 436 b, den heta isplaneten.

Gliese 436 b cirklar runt den mycket anspråkslösa röda dvärgen Gliese 436, som ligger 30 ljusår från solen. Dess sol är liten och sval, men eftersom planeten cirklar runt den på futtiga 4 miljoner kilometers avstånd – ungefär 1/40-del av avståndet mellan solen och jorden – så har den det ganska hett om öronen ändå.

Isjätte

Gliese 436 b upptäcktes 2004 genom den gungande rörelse den orsakade hos sin sol. Astronomerna slöt sig då till att den var ungefär lika massiv som Neptunus. I augusti i fjol såg schweiziska astronomer de första tecknen på att Gliese 436 b hör till den exklusiva skaran planeter som passerar precis framför sin sol sett från jorden. Dessa observationer bekräftades sedan av det 1,2 meters Euler-teleskopet vid det europeiska sydobservatoriet i La Silla, Chile.

Sådana passager gör att det går att bestämma storlek och massa mer exakt än annars. Det går också att mäta temperaturen och få en uppfattning om atmosfärens komposition genom att jämföra stjärnans "vanliga" ljus med det som astronomerna ser när planeten passerar framför stjärnan och då sätter ett litet men mätbart avtryck i stjärnljuset.

Gliese 436 b är 50 000 kilometer tvärs över. Det gör den fyra gånger bredare än jorden, väldigt nära Neptunus i storlek, och därmed den minsta planet man upptäckt när den passerar framför sin sols skiva. Dess massa är dryga tjugo gånger jordens, och alltså lite större än Neptunus. Detta betyder att den inte är tillräckligt tät för att vara en stenig planet som jorden, men för tät för att vara en gasplanet som Jupiter och Saturnus. Dess huvudbeståndsdel måste rimligen vara vatten, över en stenig kärna och under en väldig atmosfär. Så långt är den en traditionell "isjätte", som sin kusin Neptunus.

Tryckkokare med isbotten

Men temperaturen på ytan är uppåt 300 grader, vilket som bekant inte bara räcker för att smälta is, utan även för att koka vattnet. Med tanke på detta har Gliese 436 b ett märkligt inre. Under de ofantliga tryck som råder en bit ner i planeten är det superhettade vattnet – is!

Under extrema tryck kan exotiska former av is existera, precis som extrema tryck kan skapa den exotiska form av kol som vi kallar diamant. Det vi till vardags kallar "is" är egentligen en av 14 kända varianter av vatten i fast form. De isformer astronomerna tror finns i djupet av Gliese 436 b kallas Is VII, som bildas när vatten utsätts för ett tryck av över 3 gigapascal (30 000 atmosfärer) och Is X, som bildas när trycket stiger ännu mer, till över 70 gigapascal – sju ton per kvadratmillimeter.

Och över ytan har den förmodligen en atmosfär av vattenånga, som blir allt tjockare ner mot "ytan", om det finns någon väldefinierad sådan, för att i djupet bli till en enorm tryckkokare.

Neptunus på rymmen

Gliese 436 b har sannolikt inte alltid sett ut som den nu gör. Dess likheter med Neptunus gör att astronomerna tror att den är just en släkting till Neptunus, och att den alltså har bildats utanför "islinjen", det område i ett solsystem där temperaturerna under planetbildningen var tillräckligt låga för att vatten skulle frysa. Men som uppenbarligen har hänt i åtskilliga andra solsystem så har planeten vandrat inåt. Skulle Neptunus ligga tillräckligt nära vår sol skulle den vara mycket lik Gliese 436 b.

Samuel Regandell, som på observatoriet i Uppsala håller på med just planetbildning, vill dock slänga in en brasklapp.

– Man måste komma ihåg att alla resultat till en del beror på vilka modeller man använder för planetbildningen, eftersom vi inte kan göra direkta mätningar på de här planeterna ännu.

Men även modellerna har vissa ramar att hålla sig innanför. Så astronomerna har ändå ganska mycket på fötterna.

Kompakt smältugn

Som en glödande kolbit kanske den ligger där, HD 149026 b.

En annan nyligen upptäckt planet som också tänjer på gränserna för vad vi känner till om universum är HD 149026 b. Den ligger också väldigt nära sin sol, och är också en av de få som passerar över sin sols skiva.

Redan snart efter den upptäckts av japanska astronomer insåg man att den var en märklig skapelse. Den var en jupitersläkting men med den massivaste kärna man sett hos en planet, många gånger massivare än Jupiters. De astronomer som gjorde denna upptäckt spekulerade i att detta skulle kunna vara ett resultat av en enorm kollision, och att planetens enorma kärna alltså härrörde från två ursprungsplaneter. Utan extraordinär förklaring skulle HD 149026 b annars tänja teorierna om planetbildning till bristningsgränsen.

Nu har färska observationer av planeten visat att den är ännu märkligare än astronomerna först trodde. Man har lyckats mäta temperaturen på planeten, och den visar sig vara över 2 000 grader, nästan lika mycket som vissa stjärnor.

Detta måste bero på att det finns en komponent i atmosfären som fångar upp solljuset extremt effektivt, menar astronomerna. Det är förmodligen samma komponent som gör att planeten är svart som en kolbit. På grund av sin extrema temperatur kanske den också glöder som just en kolbit.

De har också kunnat mäta temperaturfördelningen över planetytan och har sett att den hetaste fläcken inte ligger direkt under solen, utan är förskjuten en bit. Detta tyder på enorma vindrörelser i atmosfären som omfördelar värmeenergin.

Bra för ödmjukheten

Förhållandevis många av de exoplaneter som upptäckts är märkliga på ett eller annat sätt. De passar inte in i de teorier för planetbildning som mödosamt arbetats fram under 1900-talet. Vad innebär det? Är det i första hand besvärligt för astronomerna eftersom man måste ompröva teorier, eller är det julafton?

– Det är kul!, säger Samuel Regandell. Det är också bra för ödmjukheten att vi ser att modellerna inte fungerar överallt. Det driver också på utvecklingen. Vi vill ju gärna ha en och samma förklaring till hur alla planeter bildas. Men just nu ser det mörkt ut på det området ...

Han menar dock att dessa planeter sannolikt är rätt extrema planeter. Just på grund av de är extrema – ligger nära sin sol – är de lätta att hitta. Eftersom de ligger på extrema platser är det svårt att säga om deras egenskaper i övrigt är representativa.

– Är de udda för att de är där de är, eller är de där de är för att de är udda? Teorierna kanske funkar utmärkt, men det kanske finns exceptionella händelser som gör att vi observerar det vi observerar.

Han påpekar att astronomerna faktiskt också hittar planeter och planetsystem som ser ut som de "ska".

– Men undantagen är kanske lite för många.

När ESA:s Darwin och NASA:s Terrestrial Planet Finder, TFP, så småningom skickas upp, kanske som ett gemensamt projekt, så kommer Samuel Regandell och hans kollegor att få mer material att jobba med.

– Exoplaneter är ett så nytt fält, och det tar tid att få igång projekt som Darwin och TFP. För bara drygt tio år sedan fanns fältet inte i praktiken, det var bara teoretiska funderingar.

Copyright 2000 - 2014 © European Space Agency. All rights reserved.