Planeettajärjestelmä: määritelmä, eksoplaneetat ja asuinkelpoisuus

Tutustu planeettajärjestelmiin, eksoplaneettoihin ja asuinkelpoisuusvyöhykkeisiin — uusimmat löydöt, lähitähdet ja elämän etsintä avaruudessa.

Planeettajärjestelmä on yleisnimitys tähdelle, jonka ympärillä kiertää planeettoja ja muita kohteita. Aurinkokunta on yksi näistä tunnetuista järjestelmistä. Nyt tiedetään, että monilla muillakin tähdillä on omat planeettajärjestelmänsä; ne voivat vaihdella yksinkertaisista yhdestä tai kahdesta planeetasta koostuvista järjestelmistä monimutkaisiin, useita planeettoja, kuita, asteroidivyötä ja pölykiekkoja sisältäviin järjestelmiin.

21. vuosisadasta on tullut planeettajärjestelmien löytämisen kulta-aika. Tällaisia eksoplaneettoja on löydetty 4 801 kappaletta 3552 planeettajärjestelmässä, joista 789 on moniplaneettajärjestelmiä. Satoja muita järjestelmiä on vielä vahvistamatta. Löytöjä ovat mahdollistaneet erityisesti avaruusteleskoopit (kuten Kepler ja TESS) sekä maasta tehtävät nopeus- ja ilmiömittaukset.

Lähin vahvistettu järjestelmä on Gliese 832 14,8 valovuoden (ly) päässä, ja siinä on yksi vahvistettu planeetta. Lähin vahvistamaton järjestelmä mainitaan usein Alpha Centauri -järjestelmän yhteydessä, joka on noin 4,37 ly:n päässä; sen ympäristöstä on ehdotettu Maan massaisia kohteita, mutta löydöt ovat olleet alustavia ja osin kiistanalaisia. Lähin usean planeetan järjestelmä on Gliese 876 15,3 ly:n etäisyydellä, jossa on neljä vahvistettua planeettaa. Tunnettuja muita tiheästi asuttuja järjestelmiä ovat esimerkiksi TRAPPIST-1 ja Kepler-järjestelmät.

Mitä planeettajärjestelmä sisältää?

Planeettajärjestelmän peruselementtejä ovat:

• Planeetat — kivisiä tai kaasumaisia kappaleita, jotka kiertävät tähteä.
• Pienemmät kappaleet — kääpiöplaneetat, asteroidit ja komeetat.
• Kuut — planeettojen tai kääpiöplaneettojen ympärillä kiertäviä luonnollisia satelliitteja.
• Pöly- ja kaasukiekot — nuorissa järjestelmissä syntymäkiekko (protoplanetaarinen kiekko) ja vanhemmissa järjestelmissä jäähile- ja pölykiekot.
• Magnetosfäärät ja aurinkotuuli — tähden säteily ja hiukkassuihkut vaikuttavat planeettojen ilmakehä- ja pintaehtoihin.

Kuinka planeettajärjestelmät syntyvät?

Suuren yleiskuvan mukaan planeettajärjestelmät syntyvät pöly- ja kaasukiekosta, joka jää tähden muodostuessa. Pölyhiukkaset kasaantuvat, muodostaen ensin pieniä kiviä ja lopulta maanpäällisiä kappaleita sekä protoplaneettoja. Kovia törmäyksiä, vuorovaikutuksia ja planeettojen liike-energiaa muokkaavat lopullista rakennetta: planeetat voivat muuttaa ratojaan taivaankappaleiden välisten resonanssien ja kaasumassojen seurauksena (ns. planeettojen migratio).

Kuinka eksoplaneettoja löydetään?

Useita menetelmiä käytetään, ja niiden yhdistelmä antaa tietoa planeettojen ominaisuuksista:

• Transitometriikka — planeetan kulku tähden editse aiheuttaa pienen himmennysjakson; tämä on Keplerin ja TESSin suosima menetelmä.
• Radiaalinopeus (Doppler) — planeetan vetovoima saa tähden värähtelemään, mikä näkyy tähden spektriviivojen siirtymänä.
• Suora kuvantaminen — haasteellista, mutta mahdollistaa planeetan suoran havaitsemisen lähimillimetrin tai infrapunan aallonpituuksilla.
• Microlensing — valonvoimakkaistuminen tapahtuu, kun etualalla oleva tähti (ja mahdollinen planeetta) vahvistaa kaukaisemman lähteen valoa; hyvä harvinaisten, kaukana olevien planeettojen löytöihin.
• Astrometria — tähden sijauksen pieni vuorottelu taustataivaalla paljastaa planeetan vaikutuksen.
• Aikadetektiot — pulssarien tai eksoplaneettojen ajoituksessa havaitut poikkeamat voivat paljastaa muita massoja järjestelmässä.

Monipuolisuus ja dynaaminen käyttäytyminen

Planeettajärjestelmät voivat olla hyvin erilaisia. Joissakin järjestelmissä on suuria kaasujättiläisiä erittäin lähellä kutakin tähteä (ns. kuumat jupiterit), toiset sisältävät useita tiiviitä, kivisiä planeettoja tai hyvin ulkona sijaitsevia jättiläisiä. Planeettojen väliset vuorovaikutukset voivat johtaa ura- ja radiaalisiin resonansseihin, kiertoratojen eksentrisyyteen tai planeettojen hajoamiseen ja poistumiseen järjestelmästä.

Asuinkelpoisuus ja elämän edellytykset

Astrobiologian kannalta erityisen kiinnostavaa on planeettajärjestelmien asuinkelpoinen vyöhyke. Tämän alueen uskotaan olevan se radiaalietäisyys tähdestä, jolla planeetan pinnalla voisi vallitä nestemäistä vettä vakituisissa olosuhteissa — yksi tärkeä edellytys tunnetulle elämälle. Kuitenkin asuinkelpoisuuteen vaikuttavat monta muutakin tekijää:

• Tähden tyyppi ja aktiivisuus — voimakkaat purkaukset ja korkea UV-säteily voivat tuhota ilmakehän tai estää elämän säilymisen pinnalla.
• Ilmakehä ja ilmasto — planeetan kaasukoostumus, paine ja kasvihuoneilmiö säätelevät pintalämpötilaa.
• Orbitaalinen eksentrisyys ja vuorovesivoimat — suuret vaihtelut voivat vaikeuttaa vakaiden olosuhteiden syntymistä; toisaalta vuorovesien lämmitys voi ylläpitää alustan nestemäisyyttä (esim. Jupiterin kuut).
• Magnetokenttä — suojaa planeetan pintaa ja ilmakehää avaruussäteilyltä ja tähden hiukkasilta.
• Pinta- ja sisäiset olosuhteet — geologinen aktiivisuus voi kierrättää ravinteita ja ylläpitää elämän kannalta tärkeitä kemiallisia prosesseja.

Asuinkelpoisuuden arvioiminen perustuu usein etäisyyteen tähdestä (asuinkelpoinen vyöhyke), mutta täydellisempi arvio ottaa huomioon useita yllä mainittuja tekijöitä. Lisäksi tulevat havainnot spektroskopiasta (ilmakehän kaasuannostukset, biosignaalit kuten hapen ja metaanin epätasapaino) auttavat arvioimaan elinkelpoisuutta suoraan.

Mitä tulevaisuus tuo tullessaan?

Tekniikan kehittyessä löydösten määrä ja laatu kasvavat: uusia teleskooppeja ja instrumentteja (sekä maa- että avaruusalustoilla) käytetään planeettojen atmosfäärien tutkimiseen, pienempien Maan-kaltaisten planeettojen löytämiseen ja eksomooneihin liittyvien ilmiöiden etsimiseen. Ymmärryksemme planeettajärjestelmien synnystä, monimuotoisuudesta ja elinkelpoisuudesta syventyy jatkuvasti.

Planeettajärjestelmät tarjoavat paitsi tietoa omasta Aurinkokunnastamme myös avaimen ymmärtää, kuinka yleisiä elämälle sopivat olosuhteet ovat maailmankaikkeudessa.

Moniplaneettaiset järjestelmät

Moniplaneettaiset järjestelmät ovat tähtiä, joissa on vähintään kaksi vahvistettua planeettaa Aurinkokuntamme ulkopuolella.

Yhteensä 1116 tähdestä, joilla tiedetään olevan eksoplaneettoja (kesäkuussa 2014 oli yhteensä 461 tunnettua moniplaneettajärjestelmää). Näistä noin 280:ssa on vain kaksi vahvistettua eksoplaneettaa, mutta joissakin on enemmän. Tähti, jolla on eniten vahvistettuja planeettoja, on Aurinkomme, jolla on 8 vahvistettua planeettaa, kun taas tähdet, joilla on eniten vahvistettuja eksoplaneettoja, ovat Kepler-90 ja HD 10180, joilla kummallakin on 7 vahvistettua planeettaa; vuonna 2012 HD 10180:lle ehdotettiin kahta uutta eksoplaneettaehdokasta, jolloin järjestelmän kokonaislukumäärä nousisi 9:ään eksoplaneettaan.

Gliese 876, jolla on neljä vahvistettua eksoplaneettaa, on lähin moniplaneettajärjestelmä 15 valovuoden päässä Aurinkokunnastamme. Tiedetään yhteensä 12 järjestelmää, jotka ovat lähempänä kuin 50 valovuoden päässä, mutta useimmat ovat paljon kauempana. Kaukaisin vahvistettu moniplaneettajärjestelmä on OGLE-2012-BLG-0026L, joka on 13300 ly:n päässä.

Kaksi tärkeintä tähtien ominaisuutta ovat massa ja metallisuus, koska ne määräävät, miten nämä planeettajärjestelmät muodostuvat. Suuremmalla massalla ja metallillisuudella on yleensä enemmän planeettoja ja massiivisempia planeettoja.

 
Moniplaneettaiset järjestelmät isäntätähden spektrityypin mukaan.  


Auringon ulkopuolisten planeettojen löytöjen määrä vuodessa helmikuuhun 2014 mennessä. Värit osoittavat havaintomenetelmän.   säteittäinen nopeus   transit   ajoitus   suora havaitseminen   microlensing  

Kysymyksiä ja vastauksia

K: Mikä on planeettajärjestelmä?

K: Kuinka monta eksoplaneettaa on tähän mennessä löydetty?

K: Mikä on Maata lähin vahvistettu planeettajärjestelmä?

K: Mikä on Maata lähin vahvistamaton planeettajärjestelmä?

K: Mikä on Maata lähin moniplaneettajärjestelmä?

K: Millä alueella on eniten mahdollisuuksia maan ulkopuolisen elämän kehittymiselle?

Hae kirjaimella