En satellit til historiebøgerne

Satellitten Kepler har de sidste fire år udforsket en lille del af Universet, og givet menneskeheden overrumplende mængder af ny viden. På cv’et kan Kepler notere opdagelsen af 4000 planetkandidater og evnen til at fokusere på 150.000 stjerner. Dermed har satellitten åbnet døren til et Univers, vi ikke vidste eksisterede.

Da Kepler-satellitten sendes afsted med raketfart, var der nok mange håb og forventninger. Men satellitten overgik de vildeste af slagsen blandt astrofysikere, da den begyndte at sende data ned til Jorden. (Foto: NASA)

Marts 2009. Cape Canaveral, Florida. Satellitten Kepler sendes af sted på en tre år lang mission. En mørk nattehimmel bliver lyst op af, hvad der ligner og lyder som en kæmpe eksplosion. Satellitten er et rumteleskop, der er på vej mod sin plads i rummet, og klar til at rette et stift blik mod fjerne stjerner.

Formålet er at skubbe astrofysikken ud over kanten. Derud, hvor forskere forsøger at finde frem til svar på nogle af de store spørgsmål, der stadig stilles om alt mellem solsystemers skabelse, stjernernes liv og død, og om vores egen lille planets størrelse og kredsløb er en sjældenhed blandt fjerne solsystemer – findes der planeter derude, der kan understøtte liv?

Forskerne i Keplerprojektet fulgte opsendelsen af Kepler med store forventninger til satellittens formåen, men hvad de konkret forventede, at Kepler ville finde derude, blev der kun gisnet om.

”Det var svært at vide, hvad Kepler ville finde, for vi havde kun indgående kendskab til planeterne i vores eget solsystem. Vi kastede et fiskenet ud og håbede på at fange et eller andet. Det gjorde vi i den grad,” fortæller Jørgen Christensen-Dalsgaard, der leder grundforskningscenteret Stellar Astrophysics Centre på Aarhus Universitet. Han er co-investigator og leder af de danske aktiviteter på Keplerprojektet.  

Mission fuldført

Kepler befinder sig lige nu 75 millioner kilometer fra Jorden og er på vej længere væk. Herfra observerer den verdensrummet og sender store mængder data mod Jorden. Keplers oprindelige mission var at finde planeter, der er i kredsløb om en stjerne, de såkaldte exoplaneter. Ikke nok med, at Kepler har fundet masser exoplaneter, den har også været i stand til at hjælpe forskere med at identificere planeternes størrelse og masse. Takket været Kepler kan vi nu bekræfte, afkræfte og lave nye teorier om Universet omkring os.

Her ses en grafisk gengivelse af det område af Mælkevejen, som Kepler har holdt et "vågent øje" med de sidste fire år. Rumsonden har været i omløb om Solen, ikke om Jorden. Det har betydet, at Jorden ikke på noget tidspunkt formørker Keplers synsfelt. En vigtig detalje, da nye planeter opdages ved meget små dyk i lys fra fjerne stjerner. (Ill: NASA/Jon Lomberg)

Inden Kepler blev sendt op, havde man en begrænset viden om exoplaneter. Den første blev fundet i 1995, og siden er en skattejagt begyndt i håbet om at finde flere. Indtil Kepler blev sendt af sted, havde man fundet få exoplaneter, og den eneste viden man havde om dem var, at de eksisterede. Derfor har forskere over hele verden nevet sig selv en ekstra gang i armen, hver gang NASA har offentliggjort Keplers resultater.

”Det der gør Kepler så fantastisk er, at den giver os mulighed for at anvende og teste alle de teorier, vi i forvejen kender. Det er som at komme ind i en slikbutik, når vi analyserer de data, som Kepler sender ned til os. Kepler har fundet overraskende mange planeter og leveret en viden om planeterne, som ingen havde forudset. Satellitten har ganske enkelt vist sig uvurderlig for forskningen,” forklarer Jørgen Christensen-Dalsgaard.

Vi har det hele

Det er ikke blot Keplers mange opdagelser, som har imponeret verden over. Det faktum at satellitten kan identificere planeters størrelse, masse og bane om stjerner flere hundrede lysår ude i rummet, har betydet, at Kepler finder typer af planeter, som man ikke anede fandtes.

”Hvis man tror, at planeter med to sole eller vandplaneter kun hører til i Star Wars-universet, så kan vi nu sige, at man tager fejl. Kepler har opdaget en planet, vi kalder Kepler 16b, som kredser om to stjerner. En anden planet speciel planet er Kepler-11b. Den er blevet identificeret som en planet bestående af H2O,” fortæller Hans Kjeldsen.

En af de mange spektakulære opdagelser, der er gjort ved hjælp af Kepler-sonden er, at der findes planeter langt ude i rummet, der består af store dele vand. (Ill: NASA)

Vandplaneter og planeter med flere sole er kun toppen af isbjerget. Det lyder næsten for fantastisk, når man hører om planeter som er hvide som sne eller sorte som kul. Men det er virkeligheden.

”Kepler har fundet en planet som er mørkere end noget materiale, vi har produceret på Jorden. Det er cirka 30 gange mørkere en et stykke grillkul. Samtidig har Kepler fundet helt lyse planeter, som består af lyse skyer. De lyser lige så kraftigt som Saturn og Jupiter fra vores solsystem,” fortæller Hans Kjeldsen.

I løbet af sin mission har Kepler været i stand til at finde mindre og mindre planeter. Den første planet som for alvor fik folk til at slå øjnene op, var exoplaneten Kepler-22b. Planeten er cirka 2,4 gange så stor som Jorden, og den befinder sig midt i den ”beboelige zone”, hvor en planet er i en tilpas afstand fra sin stjerne, så forholdene kan tillade liv at udvikle sig. Med Kepler 22b steg håbet yderligere om at finde liv i rummet.   

”Vi har fundet ud af, at planeter findes i alle størrelser og alle sammensætninger. Så tag noget jord, vand, sand, klippe og gas og bland det sammen i det procentforhold, du vil have, så finder vi en planet, der rummer de forhold,” fortæller Hans Kjeldsen.

Kepler (om)skriver historie

Forskerne på Keplerprojektet havde regnet med at finde planeter af den type, vi kender fra vores solsystem; store gasplanter som Jupiter og Saturn, mellemstore gasplaneter som Uranus og Neptun, og så en del mindre klippeplaneter som Jorden, Venus, Mars og Merkur. Det har vist sig, at de mest almindelige typer af planeter som vi kender i dag, er planeter som vi slet ikke kender til i vores eget solsystem. Deres diametre er cirka 2-3 gange Jordens og de er består af en blanding af vand, klippe og luftarter, men i et blandingsforhold som vi ikke kender for planeterne i vores solsystem.

Da NASA sendte Kepler af sted havde forskerholdet håbet, at satellitten ville udfordre de eksisterende teorier, man havde om Universet. Kepler har ganske rigtigt fundet både stjerner og planeter, som gør op med menneskets teorier om rummet.

Inden Kepler blev sendt af sted, havde man simple teorier om stjernens rotation på overfladen kontra rotationen i stjernens kerne. Teorien fortæller, at stjernens ydre burde roterer langsommere i takt med, at stjernen udvikler sig. Samtidig skulle stjernens kerne rotere hurtigere, fordi kernen trækker sig sammen. Lige som en skøjteprinsesse snurrer hurtigere, når hun trækker armene ind til kroppen. Målinger fra Kepler har vist, at det forholder sig sådan, men stjernens kerne roterer for langsomt i forhold til teorierne. Der må altså være en mekanisme som bremser kernernes rotation. Den leder forskere nu efter.

”Kun takket være Kepler har vi fået viden nok til at stille det her spørgsmål og forhåbentligt finde det rigtige svar på, hvad der sker i stjernen,” fortæller Jørgen Christensen-Dalsgaard.

En anden stor overraskelse er, at Kepler har fundet mange velordnede planetsystemer. Her kredser planterne i relativt cirkelformede baner omkring deres moderstjerne, og de ligger i næsten samme plan.

Rundt om findes der flere solsystemer, der er velordnede og stabile - som vores eget er. Her ses et af de seneste, der er fundet: Kepler 62, hvor der også er fundet planeter, der er i den beboelige zone. på tegningen her er den zone markeret med grønt, og det er i denne zone, at man siger, der kan være betingelser til stede på planeter, som kan understøtte liv. (Ill: NASA Ames/JPL-Caltech)

Keplers arv

Kepler har leveret enorme mængder data, som venter på at blive læst. Disse data kan meget vel rumme opgør med flere teorier og svar på flere spørgsmål. 

”Kepler har leveret data nok til at fylde flere biblioteker af tætskrevne databøger. Det kommer til at tage år at læse alle bøgerne, og vi er kun nået til N i Keplers datakartotek,” fortæller Hans Kjeldsen.  

Forskerne er i fuld gang med at tygge sig igennem Keplers dataindsamling, men det er tung læsning. Keplers data leverer løbende så meget ny viden, at forudsætningerne for at forstå den eksisterende teori ændres.

”Det er som at læse en bog og bagefter finde ud af, at den er skrevet på hebraisk. Derfor er det en løbende proces at lære at læse Keplers alfabet,” fortæller Hans Kjeldsen.

Derfor er det ikke utænkeligt, at Keplers bibliotek rummer svaret på et af de største verdensspørgsmål; Findes der liv i rummet? Det vil tiden vise.

Den lille satellit der ku’

Da Kepler blev sendt af sted på sin mission, havde satellitten fire styringshjul monteret. Kepler skal bruge tre for at styre præcist, derfor var der ingen ko på isen, da Keplers første hjul gik i stykker halvandet år efter opsendelsen. Men her godt fire år efter opsendelsen – og lige efter at satellittens oprindelige mission egentlig var slut, fik den endnu et defekt styringshjul.

Styringshjulene bruges ikke til at styre Keplers bane, men til at holde satellittens kikkert stille, så den kan pege ekstremt præcist. Det er nødvendigt for at kunne foretage helt nøjagtige målinger. Afvigelserne i målinger er på hunderederdele buesekunder.

”Det svarer til at stå med en kikkert i Aarhus og holde blikket konstant rettet mod et punkt på Rådhuspladsen i København inden for et par centimeter,” forklarer Jørgen Christensen-Dalsgaard.

Uden sit tredje styringshjul er Keplers kikkert ikke i stand til at pege så præcist. Derfor har NASA undersøgt, hvad satellitten nu kan bruges til. NASA har opfordret forskere over hele verden på Keplerprojeket til at komme med deres bud på, hvordan Kepler gør sig mest nyttig i fremtiden.

Jørgen Christensen-Dalsgaard og Hans Kjeldsen har netop sendt deres bud på, hvad Kepler skal lave fremover. Hvis de får lov til at afgøre Keplers fortsatte arbejde, skal satellitten pege på nye områder af vores Mælkevej hvor undersøgelse med Kepler vil give helt nye muligheder.

”Hvis Kepler foretager målinger af stjerner i mange nye områder af vores egen galakse, kan vi læse Mælkevejens historie. Vi kan observere et bredere udsnit af stjernerne i Mælkevejen og derved kortlægge stjernernes udvikling,” forklarer Hans Kjeldsen.

Denne artikel er bragt i RØMER, Nyhedsbrevet om natur- og teknisk videnskab fra Aarhus Universitet.

Tilmeld dig her og modtag gratis nyheder en gang om måneden.