Prije trideset godina dvojica švicarskih astronoma objavila su otkriće koje je promijenilo naše poimanje svemira izvan Sunčeva sustava. Michel Mayor i njegov doktorand Didier Queloz sa Sveučilišta u Ženevi otkrili su planet koji kruži oko zvijezde slične Suncu, prvi potvrđeni egzoplanet. Njihovo otkriće, objavljeno 1995. godine, otvorilo je novo poglavlje u potrazi za svjetovima nalik našem.
Planet koji nije trebao postojati
Zvijezda 51 Pegasi, udaljena oko 50 svjetlosnih godina u zviježđu Pegaza, bila je središte iznenađenja. Njezin planet, nazvan 51 Pegasi b, pokazao se potpuno drukčijim od svega što su dotad opisivali udžbenici. Bio je to plinoviti div barem polovične mase Jupitera, koji je obilazio svoju zvijezdu za samo četiri dana. Udaljen tek dvadeseti dio Zemljine udaljenosti od Sunca, nalazio se u području gdje bi temperatura atmosfere prelazila 1 000 °C.
Instrument koji je omogućio otkriće bio je spektrograf Elodie, postavljen dvije godine ranije u opservatoriju Haute-Provence na jugu Francuske. Uređaj je razlagao svjetlost zvijezda u spektar boja, otkrivajući fine tamne linije, svojevrsni “zvjezdani barkod” koji otkriva kemijski sastav zvijezde. Mayor i Queloz primijetili su da se taj barkod 51 Pegasija pomiče naprijed-natrag u pravilnom ritmu svakih 4,23 dana. Taj je pomak otkrivao titranje zvijezde pod gravitacijskim utjecajem nevidljivog pratioca.
Nakon brojnih provjera drugih mogućih uzroka, dvojac je zaključio da se doista radi o plinovitom divu u tijesnoj orbiti. U časopisu Nature naslov članka glasio je: “Planet u Pegazu?”, s upitnikom koji je odražavao znanstvenu sumnju. Ideja da divovski planet može postojati u tako užarenom okruženju tada se smatrala gotovo nemogućom. No dodatna promatranja ubrzo su potvrdila postojanje planeta i označila početak nove ere u astronomiji. Naziv “vrući Jupiter” ušao je u uporabu upravo zbog 51 Pegasija b.
U desetljećima nakon toga astronomi su otkrili više od 6 000 egzoplaneta i kandidata. Raspon njihove građe i veličine daleko nadmašuje očekivanja: postoje “ultravrući” Jupiteri s temperaturama iznad 2 000 °C, planeti koji kruže oko dvije zvijezde poput Tatooinea iz Ratova zvijezda, pa čak i plinoviti divovi s iznimno malom gustoćom, takozvani “super-puff” planeti. Otkriće 51 Pegasija b donijelo je Mayoru i Quelozu Nobelovu nagradu 2019. godine te dokazalo da gotovo svaka zvijezda vjerojatno ima svoje planete.
Od antičkih ideja do prve potvrde
Do sredine 1990-ih naš je Sunčev sustav bio jedini poznati skup planeta. Sve teorije o njihovu nastanku temeljile su se na tih devet nebeskih tijela, koja su se 2006. smanjila na osam nakon što je Međunarodna astronomska unija promijenila definiciju planeta i Plutonu oduzela status.
Uspoređivati cijeli svemir s jednim sustavom bilo je poput pokušaja da izvanzemaljci zaključe što znači biti čovjek proučavajući samo stanare jedne kuće. Ipak, još su antički filozofi naslućivali postojanje drugih svjetova. Epikur je već u 4. stoljeću prije Krista tvrdio da “postoji beskonačan broj svjetova, neki nalik ovome, neki sasvim drukčiji”, vjerujući da će u svemiru ispunjenom bezbrojnim atomima nužno nastati i bezbroj planeta. Aristotel je, pak, zastupao suprotno: Zemlja je u središtu svemira, a drugih svjetova nema.
Takvo je mišljenje, uz razne inačice, preživjelo gotovo dvije tisuće godina. Početkom 20. stoljeća britanski fizičar James Jeans predložio je hipotezu prema kojoj planeti nastaju rijetkim bliskim susretom dviju zvijezda, čije bi gravitacije izbacile mlazove plina koji bi se zatim zgusnuli u planete. Budući da su takvi susreti iznimno rijetki, Jeans je zaključio da su planeti gotovo jednako rijetki, možda čak jedinstveni u svemiru.
No spoznaje o veličini svemira počele su se mijenjati. U “velikoj raspravi” održanoj 1920. u Washingtonu, američki astronomi Harlow Shapley i Heber Curtis sukobili su se oko pitanja je li Mliječna staza cijeli svemir ili tek jedna od mnogih galaksija. Ubrzo se pokazalo da je Curtis bio u pravu: svemir sadrži milijarde galaksija, svaku s milijardama zvijezda. Ideja o jedinstvenosti Sunčeva sustava tada je počela gubiti tlo pod nogama.
Četrdesetih godina prošlog stoljeća dogodio se preokret. Jeansova teorija pokazala se neodrživom, a znanstvenici su prihvatili da su planeti prirodan nusprodukt nastanka zvijezda. Godine 1943. pojavila su se i prva, pogrešna,izvješća o planetima oko zvijezda 70 Ophiuchi i 61 Cygni, no sama mogućnost izazvala je entuzijazam. U članku za Scientific American te iste godine američki astronom Henry Norris Russell napisao je tekst naslovljen: “Kraj antropocentrizma. Novi dokazi upućuju na tisuće nastanjivih planeta u našoj galaksiji.” Prvi put ideja o mnoštvu svjetova nije bila filozofska, nego znanstvena.
Metode otkrivanja egzoplaneta
Kada danas promatramo tisuće zvijezda pomoću talijanskog teleskopa Galileo na La Palmi i spektrografa Harps-N, razlika u mogućnostima u odnosu na 1995. djeluje golema. Astronomi sada mogu mjeriti mase ne samo planeta veličine Jupitera, već i manjih, stjenovitih svjetova udaljenih tisućama svjetlosnih godina.
Nakon 51 Pegasija b, sljedeći veliki iskorak dogodio se 1999. kada je kanadski doktorand na Harvardu, David Charbonneau, prvi put otkrio prijelaz egzoplaneta ispred zvijezde. Planet HD 209458 b, također u Pegazu, uzrokovao je periodično zatamnjenje zvijezde dok je prolazio ispred nje. Ova metoda, nazvana tranzitnom, omogućuje ne samo otkrivanje planeta nego i izračun njegova polumjera. Količina zaklonjene svjetlosti ovisi o veličini planeta: da neki izvanzemaljci promatraju Sunce, Jupiter bi ga zatamnio za 1 %, a Zemlja stotinu puta manje.
Do danas je tranzitnom metodom otkriveno četiri puta više egzoplaneta nego metodom radijalne brzine, kojom su Mayor i Queloz došli do prvog otkrića. No obje se i dalje primjenjuju. Metoda radijalne brzine bilježi sitno “titranje” zvijezde koju povlači gravitacija planeta. Ti su pomaci iznimno mali: Zemlja, primjerice, Sunce pomakne za samo 9 cm u sekundi, sporije od kornjače. Da bi se takvi pomaci izmjerili kod zvijezda udaljenih bilijune kilometara, potrebni su instrumenti iznimne preciznosti.
Suvremeni spektrografi poput Harps-N-a i Espressoa mogu detektirati promjene brzine reda veličine desetinki centimetra u sekundi, no još nisu dovoljno osjetljivi da bi otkrili pravi Zemljin blizanac. Prednost tranzitne metode je u tome što se može primjenjivati iz svemira, gdje teleskopi poput francuskog Corota te NASA-inih misija Kepler i TESS mjere promjene sjaja tisuća zvijezda istodobno, bez atmosferskih smetnji.
Kombiniranjem obje metode može se izračunati i masa i polumjer planeta, što omogućuje procjenu sastava. Pretpostavlja se da su manji planeti građeni poput Zemlje, s jezgrom bogatom željezom, kamenitim plaštem, nešto vode i tankom atmosferom. Iz tih podataka znanstvenici modeliraju slojeve planeta i njihovu gustoću.
Dosadašnja otkrića pokazuju zapanjujuću raznolikost. Neki su svjetovi stjenoviti i doslovno se raspadaju pod plimnim silama, dok drugi otkrivaju znakove drevnih sudara. Egzoplaneti su pronađeni diljem galaksije, od Sweeps-11 b u njezinu središtu, udaljenog gotovo 28 000 svjetlosnih godina, do planeta koji kruže oko našeg najbližeg susjeda, Proxime Centauri.
U potrazi za “drugom Zemljom”
Ljeto 2013. donijelo je novu uzbudljivu epizodu. Astronom Christopher Watson sa Sveučilišta Queen’s u Belfastu stigao je na La Palmu kako bi sudjelovao u prvim opažanjima s novoizgrađenim spektrografom Harps-N. Meta je bio kandidat za planet koji kruži oko zvijezde Kepler-78, udaljene oko 125 svjetlosnih godina u zviježđu Labuđi. Kandidat je prvi uočio svemirski teleskop Kepler, koji je tragao za planetima veličine Zemlje.
Tijekom 97 dana Watson i njegov tim snimili su 81 mjerenje zvijezde, paralelno s američkom skupinom koja je istraživala isti objekt. Kada su obje ekipe usporedile rezultate, dobile su podudarnu vrijednost mase planeta, 1,86 Zemljinih masa, s gustoćom gotovo jednakom Zemljinoj. No tu sličnost treba uzeti oprezno: Kepler-78 b obilazi svoju zvijezdu svakih 8,5 sati, što znači da mu je površina užarena do taljenja stijena. U pogledu veličine i mase bio je tada najbliži “Zemljinom tipu”, ali u stvarnosti pakleni svijet od lave.
Godine 2016. Kepler je otkrio novi sustav u zviježđu Raka, s najmanje pet planeta koji prelaze ispred svoje zvijezde HIP 41378. Za razliku od većine otkrivenih egzoplaneta, neki od njih nalaze se izvan orbite Venere, što ih čini zanimljivima za usporedbu sa Sunčevim sustavom. Međunarodni timovi, uključujući Watsonov, surađuju već godinama kako bi precizno izmjerili njihove mase i orbite. To je dugotrajan posao jer udaljeniji planeti trebaju godine da bi dovršili orbitu, ali rezultati pokazuju da bi taj sustav mogao biti najsličniji našem.
Sveti gral potraga za egzoplanetima
Tri desetljeća nakon otkrića prvog egzoplaneta astronomi su otkrili cijelu kolekciju dalekih svjetova: od vrućih Jupitera do planeta srednje veličine između Zemlje i Neptuna. Ipak, nijedan sustav dosad ne nalikuje našem, a nijedan planet nije u potpunosti poput Zemlje.
To ne znači da smo jedinstveni. Vjerojatnije je da su naši instrumenti još uvijek nedovoljno osjetljivi da u beskrajno velikom svemiru uhvate male, stjenovite svjetove poput našeg. Za mnoge astronome “sveti gral” ostaje pronalazak pravog Zemljinog blizanca, planeta slične mase i udaljenosti od zvijezde poput Sunca, na kojem bi mogli postojati uvjeti za život.
Danas je Didier Queloz, pionir prvog otkrića, na čelu međunarodnog projekta koji razvija novi spektrograf Harps 3. Uređaj će uskoro biti postavljen na teleskop Isaac Newton na La Palmi i bit će posvećen upravo potrazi za Zemljinim dvojnicima. Astronomi procjenjuju da bi deset godina prikupljenih podataka moglo biti dovoljno da se napokon pronađe naš prvi pravi blizanac u svemiru.
Ivan je novinar i autor koji piše o znanosti, svemiru i povijesti. Gostuje kao stručni sugovornik na Science Discovery i History Channelu te piše za Večernji list. Osnivač je Kozmos.hr, prvog hrvatskog portala posvećenog popularizaciji znanosti.
