Istnieje niezliczona ilość słońc; wokół tych słońc poruszają się niezliczone ziemie, podobnie jak siedem planet obiega nasze Słońce. Te światy są zamieszkane przez żyjące istoty. – Giordano Bruno
Od zarania dziejów człowiek patrzył w gwiazdy. W dawnych czasach służyły one jako przewodnik w podróżach. Przez większość czas dziejów człowieka nie mieliśmy pojęcia czy te świecące na niebie obiekty są podobne do naszego słońca i też posiadają swoje satelity. Kiedy pod koniec XX wieku wreszcie udało się potwierdzić istnienie pierwszych egzoplanet, okazało się , że wszechświat może być bardziej zdumiewający niż można się było spodziewać.
Jak odkrywamy egzoplanety?
Pierwszą pozasłoneczną planetę wokół gwiazdy Gamma Cephei odkryli w roku 1988 kanadyjscy astronomowie B. Campbell, G.A.H. Walker i S. Yang, jednak to odkrycie zostało potwierdzone dopiero 14 lat później. Pierwsze potwierdzone planety spoza naszego układu słonecznego odkryli w 1992 roku Polak Aleksander Wolszczan i Kanadyjczyk Dale Frail. Były to planety skaliste krążące wokół pulsara (gwiazdy neutronowej) o nazwie Lich (PSR 1257+12). Planetom tym, Wolszczan nadał nazwy A, B i C. Potem przyjęto regułę nadawania nazw egzoplanetom zaczynając od litery „b” (nazwa gwiazdy plus litera). Egzoplanety krążące wokół gwiazdy PSR 1257+12 przyjęły nazwy: Draugr, Poltergeist i Phobetor. Trzy lata później Szwajcarzy Michel Mayor i Didier Queloz odkryli pierwsze planety krążące wokół gwiazdy ciągu głównego zwanej 51 Pegasi (w 2015 roku nadano jej nazwę „Helvetios”). Znajdująca się w odległości 50 lat świetlnych od Ziemi planeta 51 Pegasi b (nieoficjalnie zwana „Bellerofontem”, w 2015 roku nazwana oficjalnie „Dimidium”) okazała się tzw. „gorącym jowiszem”, ze względu na typ planety i bliskie położenie względem matczynej gwiazdy. Było to o tyle znaczące, że 51 Pegasi to gwiazda podobna do Słońca. Za swoje osiągnięcie obaj astronomowie otrzymali w 2019 roku nagrodę Nobla w dziedzinie fizyki.
Przez kolejne lata wykrywano niewiele planet pozasłonecznych, nie więcej niż kilkadziesiąt na rok. Wiele z nich to były światy nie nadające się do życia: gazowe olbrzymy (zwane „gorącymi neptunami” albo „gorącymi jowiszami”). Wspomnianą planetę Dimidium odkryto metodą pomiaru prędkości radialnej. Metoda ta (zwana też spektroskopią dopplerowską) sprawdza widmo promieniowania gwiazdy, które zmienia pod wpływem grawitacji krążącej wokół niego planety – kiedy gwiazda lekko odchyla się (oddala od obserwatora) – widmo skłania się ku czerwieni, kiedy gwiazda zbliża się – widmo przybiera bardziej niebieską barwę. Metoda ta była skuteczna w wykrywaniu masywnych planet, ale celem było szukanie skalistych, małych światów, podobnych do Ziemi.
Sytuację zmieniło wystrzelenie na orbitę teleskopu Keplera w roku 2009. Teleskop ten wykorzystywał metodę tranzytu, mierząc jasność gwiazdy. W momencie kiedy planeta przechodzi przez tarczę gwiazdy jej jasność (gwiazdy) staje się minimalne mniejsza. W ten sposób teleskop Keplera wykrył w latach 2009-2018 ponad 2600 egzoplanet. W 2018 roku uruchomiono następcę Keplera – TESS (Transiting Exoplanet Survey Satellite).
Metoda tranzytu jest najbardziej skuteczną spośród wszystkich sposobów wykrywania planet pozasłonecznych. Była wykorzystana do wykrycia ok. 70% spośród potwierdzonych dotychczas blisko 5000 egzoplanet. Astronomowie mają do dyspozycji kilka innych metod, a nowe wciąż się pojawiają. Należą do nich m.in. mikrosoczewkowanie grawitacyjne (zwłaszcza do odkrywania bardzo odległych planet), astrometria (najwcześniej stosowana metoda, wykrywa minimalne zmiany położenia gwiazdy na niebie, które są wywołane grawitacją planety), bezpośrednie obrazowanie (tą metod odkryto m.in. jedną z najbliższych Ziemi egzoplanet, znajdującą się w odległości 35 lat świetlnych COCONUTS-2b), wariacji czasowych (ułatwia odkrywanie małych planet, wielkości Ziemi) czy krzywej fazowej (odkrytą nią tzw. „gorącego neptuna”, LTT 9779b oraz określono skład jego atmosfery).
Najciekawsze światy
W 1999 roku odkryto, znajdującą się 131 lat świetlnych od Ziemi, planetę HD 209458 b (potocznie zwaną Ozyrysem). Jest to pierwsza planeta, na której zaobserwowano atmosferę. Jest to gazowy olbrzym, aż 220 bardziej masywny od Ziemi (ok. 70% masy Jowisza). Krąży tak blisko swojej gwiazdy (ok. 1/8 średniej odległości Merkurego od Słońca), że ciągnie się za nim gazowa otoczka.
Planeta 55 Cancri e (oficjalna nazwa: Janssen) (Wikipedia)
W 2004 roku ogłoszono odkrycie planety 55 Cancri e (później oficjalnie przybrała nazwę „Janssen”). Była to pierwsza tzw. superziemia (planeta skalista o masie większej niż Ziemia), która krąży wokół gwiazdy podobnej do Słońca (gwiazdy ciągu głównego). Dalsze obserwacje doprowadziły do konkluzji, że Janssen składa się w jednej trzeciej z węgla. Dzięki wysokiemu ciśnieniu i temperaturze poanującym w jądrze planety, duża jej część może być w postaci diamentu. Gdyby wycenić wartość planety według ceny diamentów na ziemi byłaby ona oszałamiająca – ok. 27 kwintylionów dolarów amerykańskich (ponad 100 kwintylionów złotych). Jeden kwintylion to „1” i trzydzieści „0”.
W odległości ok. 65 lat świetlnych od Układu Słonecznego znajduje się odkryta w roku 2005 planeta HD 189733 b. Ten „gorący jowisz” z oddali przypomina naszą planetę, Ziemię – jest koloru niebieskiego – jednak panują na nim zgoła odmienne warunki. W jego atmosferze wieją wiatry, których prędkość dochodzi do 8700 km/h. Powodują one, że padający tam deszcz składający się z krzemianów nie spada pionowo, jak na Ziemi, ale leci na boki, niczym pociski wystrzeliwane z pistoletu. Powierzchnia planety rozgrzana jest do temperatury 1300 stopni Celsjusza, co sprawia, że krzemianowy deszcz przybiera formę szkła.
Inną ciekawą planetą jest Kepler-16b. Odkryte w 2011 roku ciało niebieskie krąży wokół układu dwóch słońc, które okrążają się wzajemnie. Obrót planety wokół nich trwa 229 dni. Jest to pierwsza potwierdzona egzoplaneta krążąca wokół więcej niż jednej gwiazdy. Na myśl przychodzi tutaj podobieństwo do planety Tatooine z Gwiezdnych Wojen. Warto zaznaczyć, że większość gwiazd w Drodze Mlecznej to układy podwójne. Potwierdzenie, że mogą one mieć swoje planety znacząco poszerza obszar poszukiwań takich obiektów w naszej galaktyce.
Podobną planetę zaobserwowano w znajdującym się 1870 lat świetlnych od Ziemi potrójnym systemie KOI-5. W 2021 roku potwierdzono istnienie planety KOI-5Ab, której masa wynosi ok. 113% masy Ziemi. W tym przypadku planeta obiega jedną z gwiazd, KOI-5A, a nie wszystkie trzy. Co ciekawe jej orbita jest na tyle odchylona, że planeta ta powstała w większej odległości niż znajduje się obecnie i później przemieściła się do wewnątrz systemu.
W odległości ok. 12 400 lat świetlnych od Ziemi istnieje planeta PSR B1620−26 b (potocznie zwana Matuzalemem) – najstarsza jaką do tej pory odkryto. Jej wiek ocenia się na 12,7 mld lat – tylko nieco ponad miliard lat mniej niż wiek samego wszechświata. Podobnie jak w przypadku Keplera-16b, Matuzalem krąży wokół dwóch gwiazd. Jest 2,5 razy bardziej masywny niż Jowisz. Odkrycie tak wiekowej egzoplanety potwierdza fakt, że planety nie są czymś wyjątkowym i rzadkim w kosmosie, ale powszechnym i istniejącym od dawna.
W 2020 roku teleskop TESS odkrył TOI 849 b, planetę krążącą tak blisko swojej gwiazdy, że pełen obrót zajmuje jej tylko 18 godzin. Mimo swoich dużych rozmiarów – egzoplaneta jest wielkości Neptuna – jest to planeta skalista – największa tego typu jaką kiedykolwiek odkryto (39 razy masywniejsza od Ziemi). Prawdopodobnie kiedyś była gazowym olbrzymem, ale z czasem straciła zewnętrzne warstwy i ocalało tylko skaliste jądro. Znajduje się w odległości 741 lat świetlnych od Ziemi.
W grudniu 2021 odkryto z kolei planetę, która obiega swoje słońce w ciągu zaledwie ośmiu godzin. Jest to składająca prawie wyłącznie z żelaza planeta Gliese 367 b (GJ 367b). Znajduje się w odległości 31 lat świetlnych od Ziemi. Jest jedną z najmniej masywnych egzoplanet, które udało się dotychczas zaobserwować. Jej masa jest niewiele większa od masy Marsa.
Przyszłość poszukiwań egzoplanet
Dalszy postęp w poszukiwaniu egzoplanet głównie będzie zależał od nowych teleskopów. W grudniu 2021 roku, po wielokrotnych opóźnieniach i wzrastających kosztach konstrukcji (budżet osiągnął kwotę 10 miliardów dolarów), Teleskop Kosmiczny Jamesa Webba (JWST) ma zostać wystrzelony w przestrzeń kosmiczną. Oprócz obserwacji najdalszych zakątków wszechświata umożliwi m.in. sprawdzanie składu chemicznego atmosfer egzoplanet. Teleskop posiada lustro o średnicy prawie trzy razy większej niż Teleskop Hubble’a (6,5 m vs 2,4m). Pierwsze zdjęcia będą dostępne dopiero po ok. pół roku po starcie.
Kolejnym znaczącym teleskopem ma być Nancy Grace Roman Space Telescope. Będzie on miał koronograf na pokładzie (przyrząd służący do obserwacji korony słonecznej ). Teleskop będzie wyspecjalizowany pod kątem metody mikrosoczewkowania. Ma być wystrzelony nie później niż w roku 2027. 10-15 lat po Roman Telescope planuje się uruchomienie teleskopu LUVOIR (Large Ultraviolet Optical Infrared Surveyor), który podobnie jak JWST ma czynić obserwacje w paśmie podczerwonym. Planuje się, że teleskop będzie miał średnicę lustra w przedziale 8-15 metrów, co umożliwi bardziej precyzyjne obserwacje. W planach są też takie futurystyczne teleskopy jak HabEx (Habitable Exoplanet Observatory), który ma być wyspecjalizowany w dokładnym badaniu składu atmosfer) oraz Exo-Earth Interferometer Telescope, który właściwie ma być grupą teleskopów i działać na podobnej zasadzie jak LIGO (detektor fal grawitacyjnych).
Poszukiwanie egzoplanet poza zaspokojeniem zwykłej naukowej ciekawości, pomaga zrealizować dwa cele: zlokalizowanie miejsc, gdzie mogło rozwinąć się inteligentne życie i gdzie warto nasłuchiwać sygnałów radiowych oraz kierunków dalszej eksploracji człowieka w odległej przyszłości. Dzięki istniejącym pokaźnej wiedzy o wszechświecie, wypracowaną przez kolejne pokolenia naukowców oraz narzędziom, takim jak nowoczesne teleskopy, poszukiwanie planet pozasłonecznych przyspieszyło. Jest to zarazem złota era astronomii, która pozwoli nam lepiej poznać kosmos i nasze w nim miejsce.