I jagt på planter uden for solenergi kan astronomer og entusiaster tilgives for at være en smule optimistiske. Er det for meget at håbe på, at vi en dag kan finde en ægte jordanalog i løbet af at opdage tusinder af klippeplaneter, gasgiganter og andre himmellegemer? Ikke bare en ”jordlignende” planet (hvilket indebærer en klippekrop af sammenlignelig størrelse), men en faktisk Earth 2.0?
Dette har bestemt været et af målene for exoplanet-jægere, der søger stjernesystemer i nærheden efter planeter, der ikke kun er stenede, men kredsløb inden for deres stjernes beboelige zone, viser tegn på en atmosfære og har vand på deres overflader. Men ifølge en ny undersøgelse af Alexey G. Butkevich - en astrofysiker fra Pulkovo-observatoriet i Skt. Petersborg, Rusland - kunne vores forsøg på at opdage Jorden 2.0 hindres af Jorden selv!
Butkevichs undersøgelse, med titlen "Astrometrisk eksoplanet detekterbarhed og jordens orbitalbevægelse", blev for nylig offentliggjort i Månedlige meddelelser fra Royal Astronomical Society. Af hensyn til hans undersøgelse undersøgte Dr. Butkevich, hvordan ændringer i jordens egen orbitalposition kunne gøre det vanskeligere at foretage målinger af en stjerners bevægelse omkring dens systems barycenter.
Denne metode til exoplanet-detektion, hvor bevægelsen af en stjerne rundt om stjernesystemets massecenter (barycenter), er kendt som den astrometiske metode. I det væsentlige forsøger astronomer at bestemme, om tilstedeværelsen af tyngdefelter omkring en stjerne (dvs. planeter) får stjernen til at vingle frem og tilbage. Dette er bestemt tilfældet med solsystemet, hvor vores sol trækkes frem og tilbage rundt om et fælles center ved at trække i alle dets planeter.
Tidligere er denne teknik blevet brugt til at identificere binære stjerner med en høj grad af præcision. I de seneste årtier er det blevet betragtet som en bæredygtig metode til eksoplanetjagt. Dette er ingen let opgave, da wobblerne er ret vanskelige at opdage i de involverede afstande. Og indtil for nylig var det præcisionsniveau, der kræves for at detektere disse skift, helt i kanten af instrumentfølsomheden.
Dette ændrer sig hurtigt takket være forbedrede instrumenter, der giver mulighed for nøjagtighed ned til mikroarcsekundet. Et godt eksempel på dette er ESAs Gaia-rumfartøj, der blev udsendt i 2013 for at katalogisere og måle de relative bevægelser for milliarder af stjerner i vores galakse. I betragtning af at den kan udføre målinger ved 10 mikroarcsekunder, antages det, at denne mission kunne udføre astrometriske målinger med henblik på at finde eksoplaneter.
Men som Butkevich forklarede, der er andre problemer, når det kommer til denne metode. ”Standard astrometrisk model er baseret på antagelsen om, at stjerner bevæger sig ensartet i forhold til solsystemets barycentre,” siger han. Men når han fortsætter med at forklare, når der undersøges virkningerne af Jordens orbitalbevægelse på astrometrisk detektion, er der en sammenhæng mellem Jordens bane og en stjernes position i forhold til dens systembarycenter.
For at sige det på en anden måde undersøgte Dr. Butkevich, om vores planet rundt om solen og solens bevægelse omkring dens massecentrum kunne have en annullerende virkning på parallaxmålinger af andre stjerner. Dette ville effektivt foretage alle målinger af en stjerners bevægelse, designet til at se, om der var planeter, der kredser om den, effektivt ubrugelig. Eller som Dr. Butkevich sagde i sin undersøgelse:
”Det fremgår af enkle geometriske overvejelser, at værtsstjernens orbitalbevægelse under visse betingelser kan være observationsmæssigt tæt på den parallaktiske virkning eller endda ikke skelnes fra den. Det betyder, at orbitalbevægelsen kan være delvist eller fuldstændigt absorberet af parallaxparametrene. ”
Dette gælder især systemer, hvor en planet orbitalperiode var et år, og som havde en bane, der placerede den tæt på Solens ekliptik - dvs. som Jordens egen bane! Så dybest set ville astronomer ikke være i stand til at opdage Earth 2.0 ved hjælp af astrometriske målinger, fordi Jordens egen bane og Solens egen wobble ville gøre detektering tæt på umulig.
Som Dr. Butkevich udtaler i sine konklusioner:
”Vi præsenterer en analyse af virkningerne af jordens orbitalbevægelse på astrometrisk detekterbarhed af exoplanetære systemer. Vi demonstrerede, at hvis en periode på en planet er tæt på et år, og dens orbitalplan er næsten parallel med ekliptikken, kan orbitalbevægelsen af værten helt eller delvis optages af parallaxparameteren. Hvis fuld absorption forekommer, er planeten astrometrisk udetekterbar. ”
Heldigvis har eksoplanetjægere et utal af andre metoder, der også kan vælges, inklusive direkte og indirekte målinger. Og når det kommer til at opdage planeter omkring nabostjerner, involverer to af de mest effektive måling af Doppler-forskydninger i stjerner (alias Radial Velocity-metoden) og dyppes i en stjernes lysstyrke (også kaldet Transit-metoden).
Ikke desto mindre lider disse metoder af deres egen andel af ulemper, og at kende deres begrænsninger er det første skridt i at forbedre dem. I den henseende har Dr. Butkevichs undersøgelse ekko af heliocentrisme og relativitet, hvor vi bliver mindet om, at vores eget referencepunkt ikke er fast i rummet og kan påvirke vores observationer.
Jakten på exoplaneter forventes også at drage stor fordel af udrulningen af næste generations instrumenter som James Webb Space Telescope, the Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS) og andre.
