Tähtien sota -elokuvan Tatooine-planeetalta tuttu "kaksoisauringonlasku" on todellisuutta. Tähtitieteilijät ovat löytäneet ylikulkumenetelmällä jo kymmenennen eksoplaneetan, joka kiertää kaksoistähteä.

Aiemmin planeettojen syntyä pidettiin epätodennäköisenä kaksoistähtijärjestelmissä, mutta havaintojen mukaan se on yllättävän yleistä. Tämäkin löytö tehtiin Kepler-avaruusteleskoopilla, joka on metsästänyt eksoplaneettoja vuodesta 2009 lähtien.

Planeetan pinnalta kaksoisauringonlaskua ei kuitenkaan pääse ihailemaan, sillä Kepler-453 b on Neptunusta suurempi kaasuplaneetta. Se kiertää tähtiä elämänvyöhykkeellä eli etäisyydellä, jolla lämpötila on sopiva nestemäisen veden esiintymiselle. Yksi kierros eli vuosi kestää 240 vuorokautta.

Jättiläisplaneetoilla on kuitenkin yleensä kookkaita kuita, jotka voivat tarjota tyyssijan eksoottiselle elämälle. Kuista ei kuitenkaan ole havaintoja, ei myöskään muista planeetoista samassa järjestelmässä.

Kaksoistähtiä kiertävät eksoplaneetat syntyvät todennäköisesti melko etäällä tähdistä ja vaeltavat sitten lähemmäs pysyvälle radalle. Syynä voi olla vuorovaikutus nuoria tähtiä ympäröivän ainekiekon tai muiden planeettojen kanssa.

"Uskomme, että Kepler-453 b:n tapauksessa voi kyseessä olla kumpainenkin mekanismi", arvioi Nader Haghighipour Havaijin yliopistosta.

Planeettoja voi löytää ylikulkumenetelmällä ainoastaan, jos eksoplaneetta kulkee tähtensä editse useita kertoja peräkkäin. Se puolestaan edellyttää, että tarkastelemme järjestelmää planeetan ratatason suunnasta.

Radan asento voi kuitenkin muuttua hitaasti ja Kepler-453 b löytyi vain hyvällä tuurilla. Kolmen ylikulun perusteella saatiin varmistettua sen olemassaolo ja ominaisuudet, mutta seuraavan kerran eksoplaneetta kulkee tähtiensä editse vasta vuonna 2066. 

Järjestelmän tähdet kiertävät toisensa 27 vuorokaudessa. Tähdistä isompi on auringonkaltainen, mutta hieman pienempi: sen massa on 94 prosenttia Auringon massasta. Pienemmän ja viileämmän tähden massa on vain noin viidennes Auringon massasta ja sen säteilemän energian määrä on vain sadasosa isomman tähden energiasta.

Kepler-453 on Lyyran tähdistön suunnassa ja järjestelmällä on ikää alle kaksi miljardia vuotta, joten se on paljon Aurinkokuntaa nuorempi.

Uudesta löydöstä kerrottiin Havaijin yliopiston uutissivuilla ja tutkimus on julkaistu Astrophysical Journal -tiedelehdessä (maksullinen)

Kuva: Mark Garlick/markgarlick.com

Päivitys klo 19:05

Kyseessä on NASAn tiedotteen mukaan todellakin pitkälti Maan kaltainen planeetta, joka kiertää pitkälti Auringon kaltaista tähteä etäisyydellä, millä vesi voisi olla sopivissa olosuhteissa nestemäistä planeetan pinnalla ja periaatteessa voisi esiintyä elämää. 

Planeetta on saanut nimen Kepler-452b ja se on 60% suurempi halkaisijaltaan Maahan verrattuna. Otsikkokuvassa (aiempi on vaihdettu tähän uutisen julkistamisen jälkeen) on planeetta taiteilijan hahmottelemana oikealla verrattuna vasemmalla olevaan maapalloon. 

Planeetan tähti, G2-luokkaan kuuluva Kepler-452, on arviolta kuusi miljardia vuotta vanha, eli puolitoista miljardia vuotta Aurinkoa vanhempi, ja se on noin 20% Aurinkoa kirkkaampi ja 10% suurempi halkaisijaltaan. Löydetty planeetta kiertää tähteään 5% kauempana kuin Maa Aurinkoa, joten se on mukavasti ns. elokehällä (ks. piirros oikealla). Myös Aurinko kuuluu spektriluokkaan G2.

Kepler-452 sijaitsee noin 1400 valovuoden päässä Joutsenen tähtikuviossa.

Tämän varmistetun löydön myötä Kepler-avaruusteleskoopin löytämien, varmistettujen eksoplaneettojen määrä on nyt 1030.

Kaikkiaan eksoplaneettoja on nyt löytynyt Eksoplaneetta-arkiston mukaan varmuudella 1879. Lisäksi Keplerin löytämiä ehdokkaita on 4696. New York Timesin nettisivuilla on erinomainen animoitu visualisaatio Kepler-eksoplaneetoista.

Aiempi juttumme aiheesta muokattuna:

Tiedetuubin saamien tietojen mukaan NASA julkistaa tänään illalla uutisen hyvin maankaltaisen eksoplaneetan löytymisestä. Kuten kerroimme aiemmin tänään taustajutussamme, oli entistäkin enemmän Maan tyyppisen, pitkälti Aurinkoa vastaavaa tähteä kiertävän planeetan julkistaminen varsin todennäköinen syy "mullistavaan uutiseen".

Lähteissä vinkattu ja toisestakin lähteestä todennäköisesti varmistettu tähti oli Kepler-kandidaatti KOI-4878.01, mutta se olikin K07016.01, joka sai näin uuden nimen.

Eksoplaneettojen maankaltaisuutta määrittämään käytetään ESI-indeksiä (Earth Similarity Index), missä otetaan huomioon mm. planeetan arvioitu massa, halkaisija, tiheys, pakonopeus pinnalta ja pintalämpötila. Lämpötilaan vaikuttaa mm. tähti, jota planeetta kiertää, ja kiertoradan etäisyys, sekä mahdollinen planeetalla oleva kasvihuoneilmiö. Nolla tarkoittaa erittäin erilaista planeettaa ja arvolla 1 merkitään täsmälleen Maata muistuttava planeetta. Kyseessä olleen eksoplaneetta-kandidaatin indeksi on 0,98 – mikä on varsin hyvä, kun sitä verrataan vaikkapa Marsiin, jonka indeksi on 0,697. Jos KOI-4878.01 varmistuu aikanaan todelliseksi eksoplaneetaksi, on tiedossa vieläkin merkittävämpi uutinen kuin tämänpäiväinen!

Kepler-452b:n indeksiä ei ole vielä julkaistu, mutta se ei lienee 0,9:n tienoilla. Tätä ennen meitä eniten muistuttavien planeettojen, Kepler-69c:n ja Kepler-62e:n indeksit ovat 0,82. Mitä enemmän eksoplaneettoja on löydetty, sitä enemmän niistä on löytynyt erilaisin mittapuin mitattuna Maata muistuttavia planeettoja. 

Alla ovat vielä tätä ennen eniten maankaltaiset löytyneet eksoplaneetat yhteiskuvassa:

NASA aikoo tiedottaa tänään uusista Kepler-avaruusteleskoopin tekemistä eksoplaneettalöydöistä, ja nähtävästi mukana on jotain erinomaisen kiinnostavaa. 

Kyseessä ei ole ensimmäinen kerta, kun Keplerin tuloksista on aihettakin kertoa laajemmin: kyseessä on historian tehokkain ja paras eksoplaneettojen löytäjä, ja on löytänyt vuodesta 2009 alkaen yli 2740 muuta tähteä kuin Aurinkoa kiertävää planeettaa tai todennäköistä sellaista. Näistä yli tuhat on jo varmistettuja tapauksia.

Löydöistä on tiedotettu säännöllisin väliajoin vuodesta 2009 alkaen, jolloin tämä noin tonnin painoinen avaruusteleskooppi varmisti ensi töikseen erään aiemmin epäillyn eksoplaneettakandidaatin (HAT-P-7b) olemassaolon.

Sen jälkeen uusista löydöistä on tiedotettu epäsäännöllisen säännöllisesti pari kertaa vuodessa, ja edellinen kerta oli tämän vuoden tammikuussa. Maankaltaisia planeettoja Kepler on löytänyt jo monta, ja niistä usea kiertää myös Auringon tyyppisen tähden ympärillä. Olisiko kyseessä jälleen uuden, "vieläkin enemmän Maan kaltaisen" eksoplaneetan löytäminen? Tai aiemman löydön varmistaminen?

Tämä on todennäköisin vaihtoehto, sillä tänään illalla klo 19 Suomen aikaa olevan lehdistötilaisuuden puhujien joukossa on mm. eksoplaneettojen löytämisen pioneeri Didier Queloz ja heikkojen planeetoista kertovien valonvaihtelusignaalien erikoistuntija Jeffrey Goughlin.

Edellisen kerran havaintotietoja annettiin kansainväliselle tutkijayhteisölle vapaasti käytettäväksi tammikuussa 2012. Mahdollisesti seuraava suuren havaintosatsin vapauttaminen on nyt ainakin osa suurta uutista.

Keplerin työtahti on kuitenkin hidastunut olennaisesti alkuajoista, sillä sen asennonsäädöstä huolehtivat vauhtipyörät ovat vuosien saatossa hajonneet. Teleskoopilla on neljä vauhtipyörää, joista ensimmäinen rikkoontui jo kesällä 2012 ja toinen keväällä 2013, jolloin havainnot jouduttiin keskeyttämään. Sen jälkeen lennonjohdossa keksittiin tapa suunnata teleskooppi kahden vauhtipyörän avulla, mutta tarkkuus ei ole sama kuin aiemmin.

Tämän vuoksi Keplerin rahoitus oli vaakalaudalla, kunnes sen tehtävää muutettiin virallisesti ”vain” tähtien kirkkauksien mittaamiseen. Sen on havainnut planeettoja nimen omaan tähtien kirkkaudessa olevien pienenpieniä muutoksia mittaamalla, mutta nyt se keskittyisi vähemmän tarkkaan fotometriaan. Se siis tutkisi supernovaräjähdyksiä ja aurinkokunnassa olevien asteroidien sekä komeettojen kirkkauksia. 

Onneksi kuitenkin se on pystynyt myös planeettametsästykseen, tosin sen rahoitus on koko ajan vaakalaudalla. Onkin mahdollista, että suurin syy mahtavaan tiedostustilaisuuteen onkin huomion kiinnittäminen siihen, että teleskoopin työtä haluttaisiin jatkaa ja poliitikoilta Yhdysvalloissa halutaan siihen rahaa.

Olisiko siis tilaisuuden pihvinä uuden teleskoopin tekeminen? Ollaanhan samaan aikaan jo muualla suunnittelemassa parempia laitteita, kuten esimerkiksi tulevaa PLATO-eksoplaneettateleskooppia.

Monet eksoplaneetat kiertävät tähteään niin lähellä, että niiden lämpötilat huitelevat tuhansissa asteissa. Siksi tutkijoita on askarruttanut, voivatko niiden kaasukehät olla rakenteeltaan alkuunkaan samanlaisia kuin Maan ilmakehä.

Meillä ilmakehän alimmassa kerroksessa eli troposfäärissä, missä tapahtuvat tutut sääilmiöt, lämpötila laskee ylöspäin mentäessä. Noin 15 kilometrin korkeudessa tilanne muuttuu päinvastaiseksi: lämpötila alkaa kohota. 

Syynä on otsoni, joka imee itseensä Auringon ultraviolettisäteilyä. Stratosfäärin lämpötilainversio muodostaa myös "vesilukon", joka estää vesihöyryä kohoamasta ilmakehän yläosiin, missä se hajoaisi vedyksi ja hapeksi.

Samanlainen ilmiö on havaittavissa myös Aurinkokunnan jättiläisplaneetoilla. Niiden kaasukehässä lämpösiepparina toimivat hiilivety-yhdisteet. Useimmat tunnetut eksoplaneetat ovat kuitenkin niin kuumia, että sen enempää otsonia kuin hiilivetyjäkään ei voi esiintyä niiden kaasukehissä.

Tutkijat ovat pohtineet, voiko tällaisilla tulikuumilla planeetoilla olla stratosfääriä lainkaan. Näköjään voi.

Hubble-avaruusteleskoopilla on tehty havaintoja WASP-33b-planeetasta, joka on noin 400 valovuoden etäisyydellä Maasta. Massaltaan planeetta on noin 4,5-kertainen Jupiteriin verrattuna. Se kiertää tähteään alle neljän miljoonan kilometrin etäisyydellä ja yhteen kierrokseen menee aikaa alle 30 tuntia. Pieni etäisyys tekee planeetasta todellisen pätsin.

Infrapuna-alueella on onnistuttu mittaamaan planeetan heijastaman säteilyn spektri, josta löytyi merkkejä vedestä – tai pikemminkin vesimolekyyleistä, sillä planeetan lämpötiloissa vesi ei voi esiintyä nestemäisessä muodossa. Spektrihavaintojen avulla voitiin määrittää lämpötila, joka planeetalla vallitsee.

Vesimolekyylien spektrijäljet syntyvät kaasukehän kerroksessa, jossa lämpötila on noin 3 500 celsiusastetta. Muiden alkuaineiden ja molekyylien säteilystä voitiin päätellä, että alempana lämpötila on "vain" noin 1 600 astetta. 

Planeetan kaasukehässä näyttäisi siis olevan stratosfääri, joka imee itseensä merkittävän osan tähden säteilystä. Siksi lämpötila on sen kohdalla paljon korkeampi kuin sellaisen planeetan kaasukehässä, jolla ei stratosfääriä ole. Samalla stratosfääri kuitenkin "viilentää" lähempänä pintaa oleva kaasukehää. 

WASP-33b:n lämpötiloissa vaihtoehdot Auringon säteilyä imeviksi aineiksi ovat vähissä. Tutkijoiden mukaan planeetan kaasukehässä on titaniumoksidia, joka hoitaa homman. Se imee tehokkaasti sekä näkyvää valoa että ultraviolettisäteilyä. Titaniumoksidi voi myös esiintyä kaasumaisessa olomuodossa kaukaisen planeetan huimissa lämpötiloissa.

Hubblen havainnoista kerrottiin NASAn uutissivuilla ja tutkimus on julkaistu Astrophysical Journal -tiedelehdessä tänään 12. kesäkuuta.

Kuva: NASA/Goddard

Maapallolla on noin 1 500 tulivuorta, jotka ainakin periaatteessa voivat vielä purkautua, sekä tuntematon määrä merenpohjassa olevia purkausaukkoja. Viitisensataa tulivuorta on purkautunut historiallisena aikana ja joka hetki on käynnissä 10–20 purkausta eri puolilla maailmaa.

Miten se liittyy elämään ja sen etsintään?

Tutkijat yrittävät selvittää tuntemiemme purkausten ja niiden seurausten avulla, miltä eksoplaneetoilla mahdollisesti esiintyvä vulkanismi näyttää eli millaisia merkkejä se jättää muita tähtiä kiertävistä planeetoista heijastuneeseen valoon.

Mutta entä se elämä?

Nykykäsityksen mukaan tuliperäinen toiminta on ollut merkittävä tekijä Maan elämän synnyn ja kehityksen kannalta. Tulivuorenpurkausten vapauttamat kaasut tekevät kaasukehän koostumuksesta elämälle suotuisan, ja vulkanismin taustalla oleva laattatektoniikka eli mannerlaattojen liike kierrättää esimerkiksi hiilidioksidia kaasukehän ja planeetan kuoren alla olevan vaipan välillä. 

Ilman tulivuoritoimintaa Maassa ei olisi elämää. Entä muualla?

Washingtonin yliopistossa on kehitetty menetelmä, jolla vulkanismin vaikutukset eksoplaneetan kaasukehään voidaan havaita, kun se kulkee tähtensä editse. Oleellista on se, millaisia purkauksia planeetan pinnalla tapahtuu. 

Pienempien ja rauhallisempien purkausten jäljet katoavat kaasukehästä melko nopeasti, mutta hyvin voimakkaissa räjähdysmäisissä purkauksissa kaasua ja pölyä kulkeutuu kymmenien kilometrien korkeudelle. Siellä se voi pysytellä kuukausien tai vuosien ajan.

Kaasukehän yläosien koostumus vaikuttaa eksoplaneetasta heijastuneeseen valoon ja se on kenties mahdollista havaita tehokkailla kaukoputkilla, esimerkiksi vuonna 2018 laukaistavalla Webb-avaruusteleskoopilla. 

"Jos voimme havaita eksoplaneetalla tulivuorenpurkauksia ja jos se kiertää tähteään elinkelpoisella vyöhykkeellä, sitä voi pitää lupaavana ehdokkaana elämän esiintymisen kannalta", arvioi tutkimusta johtanut Amit Misra, joka oli muiden ryhmän jäsenten tavoin työtä tehtäessä vasta jatko-opiskelija. 

Vulkanismin avulla saattaa olla mahdollista päätellä planeetan elinkelpoisuuden ohella myös se, onko sen pinnalla todella elämää. Happea on perinteisesti pidetty merkkinä elämän esiintymisestä, mutta sitä voi vapautua kaasukehään myös elottomissa prosesseissa.

Jos eksoplaneetalla havaitaan viitteitä sekä vulkanismista että hapesta, elämän todennäköisyys on suurempi. Tulivuorenpurkauksissa vapautuvat kaasut reagoivat hanakasti hapen kanssa, jolloin kaasukehän vapaa happi vähenee. Mikäli happea silti esiintyy, sitä täytyy vapautua jatkuvasti lisää huomattavia määriä – ja silloin elämä on vankka vaihtoehto.

Tutkimuksesta kerrottiin Washingtonin yliopiston uutissivuilla ja se julkaistiin Astrobiology-tiedelehden kesäkuun numerossa. 

Kuva: NASA

Suomen vaihtelevat kelit herättävät etenkin kesäisin kiihkeää keskustelua, mutta varsinaiseen valittamiseen meillä ei oikeastaan ole aihetta. Joillakin eksoplaneetoilla mikä tahansa meikäläinen keli olisi ihan kelvollinen.

Ray Jayawardhanan johtama kansainvälinen tutkijaryhmä on onnistunut selvittämään kuuden eksoplaneetan säätilan vaihteluita sikäläisen vuorokauden mittaan. Havainnot perustuvat Kepler-avaruusteleskoopin mittauksiin.

Ryhmä kävi läpi havaintoja, jotka Kepler teki noin neljän vuoden mittaisen päätutkimusjaksonsa aikana. Aineistossa on kaikkiaan 14 eksoplaneettaa, joiden kirkkaudessa näkyy vaiheen muutoksen aiheuttamia vaihteluja.

Kun eksoplaneetta kiertää tähteään, Maahan näkyy toisinaan kapea sirppi, toisinaan pulleampi osa valaistusta puoliskosta – samaan tapaan kuin Merkuriuksesta ja Venuksesta niiden kiertäessä Aurinkoa Maan radan sisäpuolella.

Planeetoista vajaalla puolella eli kuudella nähtiin merkkejä myös sään aiheuttamista vaihteluista. Neljällä planeetalla aamut ovat pilvisiä, kahdella muulla planeetalla puolestaan iltapäivät ovat pilvettömiä ja tukahduttavan kuumia. 

Nyt tutkitut planeetat ovat paljon Maata suurempia, suunnilleen Jupiterin kokoluokkaa, ja niiden pintalämpötilat yli 1 600 celsiusastetta.

Nykyisillä havaintolaitteilla ei vielä pystytä tarkastelemaan maankaltaisten planeettojen vaiheita ja kirkkaudenvaihteluita. Siihen vaaditaan tulevien tutkimussatelliittien kuten TESSin (The Transiting Exoplanet Survey Satellite) ja PLATOn (PLAnetary Transits and Oscillations of stars) suurempaa tarkkuutta ja erotuskykyä.

Kaukaisista kelihavainnoista kerrottiin Yorkin yliopiston uutissivuilla ja tutkimus julkaistiin Astrophysical Journal -lehdessä 12. toukokuuta.

Kuva: Yorkin yliopisto

Avaruudesta tunnetaan jo reilusti yli tuhat eksoplaneettajärjestelmää. Monilla tähdillä on useita kiertolaisia, ja niiden joukossa on niin kaasumaisia jättiläisplaneettoja kuin maankaltaisia kiviplaneettojakin. Yksikään planeettajärjestelmä ei kuitenkaan ihmeemmin muistuta omaa Aurinkokuntaamme.

Syypää kosmisen kulmakuntamme kummallisuuteen alkaa olla selvillä: Jupiter. Aurinkokunnan ylivoimaisesti suurin planeetta oli nuoruudessaan kuin Disney-animaation Räyhä-Ralf, joka pirstoi kaiken tielleen osuneen. Jupiter vaelteli ympäriinsä ja ehti tuhota sisäplaneettojen ensimmäisen sukupolven ennen karkaamistaan nykyisille sijoilleen.

Siksi Aurinkokunnassa ei ole Merkuriuksen radan sisäpuolella kiertäviä planeettoja. Monissa muissa järjestelmissä hyvin lähellä tähteä on Maata kookkaampia kiertolaisia, jopa jättiläisplaneettoja, joiden kiertoajat ovat kuukausien sijasta viikkoja tai vain vuorokausia.

Kuvan kaavioon on merkitty Kepler-avaruusteleskoopilla löytyneiden, Jupiteria pienempien eksoplaneettojen etäisyydet suhteessa Aurinkokunnan sisäplaneettojen etäisyyksiin. Planeettojen lukumäärä kussakin järjestelmässä on merkitty eri värein. Suurin osa niistä kiertää omaa tähteään lähempänä kuin Merkurius Aurinkoa, osa jopa alle kymmenen tähden säteen etäisyydellä.