De jacht op exoplaneten

De laatste blog voor de vakantie ging over de Venusbedekking van 6 juni. Op die dag trok vanaf de Aarde gezien de planeet Venus precies voor de Zon langs. Hoewel de planeet Venus bijna net zo groot als onze Aarde is, blijft daar tegen de achtergrond van de enorme Zon maar een klein donker schijfje van over.

De venusbedekking van 6 juni 2012. Zoek de planeet!

Zo'n Venusbedekking kan je niet alleen vanaf de Aarde zien. Zo zou je zoiets bijvoorbeeld onder de juist omstandigheden ook vanaf Jupiter kunnen bekijken. Alleen omdat Jupiter veel verder weg staat is de zon daar aan de hemel veel kleiner en dus ook dat donkere vlekje van Venus die er precies voor staat. Ga je nog veel verder weg in een geschikte richting - bijvoorbeeld naar de ster Regulus, die bijna precies in het vlak van de planeten staat - dan is de schijf van de zon zo ontzettend klein geworden dat je alleen nog maar een puntje ziet: gewoon één van de sterren aan de hemel! Het vlekje van Venus zie je dan natuurlijk al helemaal niet meer.

Toch zou je zelfs op Regulus er toch nog iets kunnen merken van die Venusbedekking: de zon geeft dan gedurende een paar uur een heel klein beetje minder licht (ongeveer 1%) dan anders. En nog sterker: na 225 dagen heeft Venus een compleet rondje om de zon afgelegd en komt-ie weer langs precies dezelfde plek. Dan zie je dus datzelfde dipje in helderheid weer. En na weer 225 dagen nog eens. Enzovoort.

Kortom: vanaf een andere ster kan je - als je het geluk hebt om precies in het baanvlak van één of meer van de planeten zit - door kleine dipjes in het licht van onze zon afleiden dat er planeten omheen draaien. En dat is niet alles: uit de diepte van het dipje kan je afleiden hoeveel licht er verdwijnt en dus wat de verhouding van de afmeting van de planeet en die van de ster is. Als je van de ster weet hoe helder hij is, hoe ver hij weg staat en wat de temperatuur van het oppervlak is (en dat is voor veel sterren met telescopen goed te bepalen), dan kan je uitreken wat de afmeting van die ster is. Je weet dan dus ook hoe groot die planeet moet zijn! Uit de lengte van de dip en vooral de tijd tussen de dippen kan je informatie halen over de baan van de planeet. Zo kan je dus ook uitrekenen hoe ver de planeet van de ster vandaan staat. Daarmee kan je dan vervolgens ook weer bepalen hoe warm of koud het zal zijn op die planeet. Kortom: uit zo'n dipje valt nog heel wat informatie af te leiden!



Voorbeelden van sterbedekkingen door exoplaneten.
Links valt af te lezen dat de 'dip' in helderheid hoogstens 1% is!

Als andere sterren dat bij ons kunnen, dan kunnen wij dat natuurlijk ook bij andere sterren. En nog sterker: dat doen we ook! Op die manier wordt nu volop gezocht naar planeten bij andere sterren, ook wel exoplaneten genoemd. Om zo'n dipje te kunnen zien moet je wel geluk hebben: je moet precies in het baanvlak van de planeet zitten, anders trekt die planeet nooit voor je ster langs. Je moet ook geduld hebben: in het geval van Venus bijvoorbeeld is er elke 225 dagen een dipje van nog geen 1% gedurende een paar uurtjes. Kortom om op die manier exoplaneten te ontdekken moet je heel veel sterren volgen, zodat er genoeg overblijven waar je precies in het baanvlak zit. En je moet ze vaak en lang doormeten op helderheid, zodat je het dipje niet mist.

Nu weet iedereen dat sterren flink kunnen twinkelen. Dat effect wordt veroorzaakt door bewegingen in de atmosfeer. Hoewel het er mooit uit ziet is het voor sterrenkundigen meestal een ramp. Ook in dit geval: hoe kan je een dipje van 1% meten als de intesiteit van het sterlicht als een gek op en neer danst? Om planeten bij andere sterren te vinden (op deze manier tenminste) moet je dus de atmosfeer uitschakelen...


De CoRoT satteliet




'Familiefoto' van alle sterren waar Kepler
planeten heeft ontdekt. Rechtsboven ter
vergelijking onze zon en de planeet Jupiter.

Zowel in Europa als in de USA is dit aangepakt door satellieten te lanceren die speciaal voor dit doel ontworpen zijn. De Europese ruimtvaartorganisatie ESA heeft de CoRoT gelanceerd, bij de NASA is dat de Kepler missie. Beide hebben een telescoop aan boord die voortdurend op één stukje van de hemel gericht staat. In dat kleine stukje hemel worden dan een hele hoop sterren bijna voortdurend in de gaten gehouden. En dat werpt zijn vruchten af: De CoRoT heeft inmiddels zo'n 15 exoplaneten weten te ontdekken. De Kepler telescoop van de NASA is moderner en ambitieuzer (groter ook) en speciaal voor dit doel ontworpen. Deze heeft inmiddels ruim 2.000 mogelijke planeten ontdekt bij 1.790 sterren (bij sommige sterren dus meer dan één planeet).

Omdat je pas weet dat je met een planeet te maken hebt als je drie dezelfde dipjes met vaste regelmaat hebt gezien waren de eerste ontdekkingen planeten met een korte omlooptijd en een duidelijke, diepe dip. De korte omlooptijd betekent dat die planeet dicht om zijn ster draait en dus meestal erg warm is. De diepe dip betekent dat de planeet zelf relatief groot is. Deze grote, hete planeten worden 'Hot Jupiters' genoemd. Naarmate we langer en beter naar de metingen kijken komen ook kleinere en koelere planeten tevoorschijn. De grote uitdaging is om een planeet te vinden die op onze aarde lijkt qua afmeting en temperatuur. Hij is nog niet gevonden, maar het lijkt echt een kwestie van tijd vooradt deze in de Kepler gegevens opduikt.

De verdeling van sterren met planeten in het blikveld van
de Kepler satelliet. De meeste zijn (oranje en rood) enorme
grote planeten, maar sommige (blauw) hebben de afmeting
van onze aarde.

Sterrenkundigen zijn alweer een stap verder aan het denken. Met de nieuwe generatie zeer grote telescopen die nu in aanbouw is, zoals de EELT (European Extremely Large Telescope) hoopt men spectra van exoplaneten te kunnen maken. Zo kunnen we zien of die exoplaneten een atmosfeer heeft en zo ja uit welke moleculen die bestaat. Zo kunnen we zien of er water is, zuurstof en ook tekenen van (primitief?) buitenaards leven zoals vreemde verhoudingen van aminozuren. Het worden spannende tijden!

De European Extremly Large Telescop zal in de Chileense Andes  worden gebouwd.
Rechts onder ter vergelijking twee auto's en de bestaande Very Large Telescope.