Tittar du på himlen en klar natt kan du vara säker på vad våra förfäder inte ens misstänkte: åtminstone en planet kretsar kring nästan alla stjärnor.
Världar i andra stjärnbanor kallas "exoplaneter" och sträcker sig från jätte gasjättar större än Jupiter till små steniga planeter som jorden eller Mars. Avlägsna planeter kan vara tillräckligt heta för att metall ska smälta på sina ytor eller som isiga snöbollar. Många av dem kretsar så snabbt och nära runt sina stjärnor att deras år varar flera jorddagar. Vissa kan ha två solar. Det finns vandrare utvisade från sina system, de som vandrar i mörkret över galaxen.
Vintergatan är en enorm familj av stjärnor som sträcker sig över cirka 100 000 ljusår. Dess spiralstruktur innehåller cirka 400 miljarder invånare, och vår sol är bland dem. Om var och en av dessa stjärnor inte har en planet i sin bana, utan flera, som i solsystemet, är antalet världar i Vintergatan helt enkelt astronomiskt: räkningen går till biljoner.
Stjärnsystemen som lever i Vintergatan. Upphovsman: ESA / Hubble / ESO / M. Kornmesser.
I flera århundraden har mänskligheten tänkt på möjligheten att det finns planeter runt avlägsna stjärnor, och nu säger vi med tillförsikt att det finns extrasolära världar. Vår närmaste granne, Proxima Centauri, hade nyligen upptäckt en stenig planet och den är nog inte ensam. Avståndet till det är cirka 4,5 ljusår eller 40 biljoner kilometer. De flesta exoplaneter som finns finns dock hundratals eller tusentals ljusår bort.
Dåliga nyheter: vi har inget sätt att nå dem än. Den goda nyheten är att vi kan titta på dem, mäta temperaturer, "känna" atmosfären och kanske snart upptäcka tecken på liv gömda i det svaga ljuset från dessa avlägsna världar.
Den första exoplaneten som kom in på världsarenan var 51 Pegasi b, en "het Jupiter" 50 ljusår från oss som kretsar kring en stjärna på fyra jorddagar. Vändpunkten efter vilken extrasolära planeter blev vanligt kom 1995.
Konstnärlig framställning av het jupiter. Kredit: ESO.
Kampanjvideo:
Före 51 Pegasi b fanns det flera kandidater. Exoplaneten som idag kallas Tadmor upptäcktes 1988. Även om dess existens ifrågasattes 1992 på grund av otillräckliga bevis, bekräftade ytterligare observationer tio år senare att en planet kretsade kring Gamma Cepheus A. Sedan 1992 upptäcktes ett system av "pulsarplaneter". Dessa världar kretsar kring en död stjärna, den pulserande PSR 1257 + 12, som lever 2300 ljusår från jorden.
Vi lever nu i ett universum av exoplaneter. Deras antal ökar ständigt, och just nu har antalet bekräftade planeter utanför solsystemet passerat gränsen 3700, men under det kommande decenniet kan schemat hoppa till tiotusentals.
Hur kom vi till det här?
Vi är på väg till stora upptäckter. Tiden med tidig utforskning och de första bekräftade exoplaneterna satte scenen för nästa fas: jakten på avlägsna världar med mer "vaksamma" och sofistikerade teleskop i rymden och på jorden. Några av dem fick i uppdrag att genomföra en exakt folkräkning, beräkna olika storlekar och typer av exoplaneter. Andra granskar enskilda världar, deras atmosfärer och deras potential att upprätthålla livet.
Direkt visualisering av exoplaneter, det vill säga deras faktiska bilder, spelar en allt viktigare roll, även om forskare har nått den nuvarande kunskapsnivån främst på indirekt sätt. De två huvudsakliga metoderna är wobble och eclipse.
Animering sammanställd från bilder av fyra massiva exoplaneter som kretsar om ungstjärnan HR 8799. Kredit: Jason Wang / Christian Marois.
Den första är baserad på fixering av distinkta svängningar av stjärnor under påverkan av en planets kretslopp. Dessa avvikelser kännetecknar massan av exoplaneten. Metoden gjorde det möjligt att bekräfta de första kandidaterna, inklusive 51 Pegasi b, och totalt upptäcktes cirka 700 världar genom att mäta radiell hastighet.
Men de allra flesta exoplaneter hittas genom transiteringsmetoden, som bygger på att fånga en otroligt liten droppe i en stjärnas ljusstyrka när en planet korsar sin skiva. Denna sökstrategi anger storleken på objektet. NASA: s rymdteleskop Kepler, som lanserades 2009, har hittat cirka 2700 bekräftade exoplaneter på detta sätt. Han upptäcker fortfarande nya världar fram till i dag, men tyvärr kommer hans jakt snart att avslutas när bränslet tar slut.
Varje metod har sina egna fördelar och nackdelar. Att mäta den radiella hastigheten visar planetens massa, men ger ingen information om dess diameter. Transiten talar om den extrasolära världens storlek, men tillåter inte bestämning av massan.
Men när flera metoder används tillsammans kan vi få viktig information om planetariska systemet utan direkt visualisering. Det bästa exemplet är TRAPPIST-1, cirka 40 ljusår bort, där sju jordstorleksplaneter kretsar kring en liten röd dvärg.
Planeter som kretsar kring den extremt svala röda dvärgen TRAPPIST-1 jämfört med jorden. Upphovsman: ESO / M. Kornmesser.
TRAPPIST-1-familjen har studerats av markbaserade och rymdteleskop. Forskning har inte bara visat diametrarna på de sju tätt packade planeterna utan också deras subtila gravitationsinteraktioner med varandra. Nu vet vi deras massor och diametrar, vi kan uppskatta temperaturen på ytan och till och med gissa himmelens färg på var och en av dem. Medan mycket fortfarande är okänt om dessa sju planeter, inklusive om de är täckta av hav eller en isskorpa, har TRAPPIST-1 blivit det mest studerade stjärnsystemet förutom vårt eget.
Vad kommer härnäst?
Nästa steg blir en ny generation rymdteleskop. Först och främst TESS, som är planerad att lanseras den 16 april 2018. Detta moderna instrument kommer att genomföra en nästan komplett undersökning av närliggande ljusa stjärnor på jakt efter transiterande planeter.
TESS väljer de bästa kandidaterna för närmare granskning med James Webb Space Telescope, som kommer att gå ut i rymden 2020. Hubbles efterträdare, med sin enorma spegel, kommer att samla ljus direkt från planeterna själva, som sedan kan sönderdelas i ett spektrum, en slags streckkod som visar vilka gaser som finns i exoplanets atmosfär. Huvudmålen för teleskopet kommer att vara "superjordar".
"Hunter" för exoplaneter TESS. Kredit: NASA.
Lite är känt om denna klass av extrasolära världar idag, inklusive om de är beboeliga. Anledningen till detta är bristen på analoger av superjorden i solsystemet. Om vi har tur kommer en av dem att visa tecken på syre, koldioxid och metan i atmosfären. Men jakten på atmosfären på planeter på jorden måste skjutas upp till nästa generation av rymdteleskop på 2030-talet.
Tack vare Kepler-teleskopet vet vi nu att stjärnorna ovanför oss är omgivna av planeter. Och vi kan vara säkra inte bara på ett stort utbud av exoplanetära grannar, utan också att äventyret precis börjar.
Roman Zakharov