Varför spelar det roll om det finns planeter kring andra stjärnor? En stor anledning är för att vi vill kunna svara på frågan: är vi ensamma i universum?

Vi bor på planeten jorden. Jorden kretsar kring solen, en stabil och medelstor stjärna i mitten av sitt liv. Jorden ligger på ett lagom avstånd till solen, det är lagom varmt för att vatten ska finnas i flytande form och vår atmosfär håller temperaturen ganska jämn. Vi säger att jorden ligger i den beboeliga zonen kring vår stjärna, solen.

När vi blickar upp mot natthimlen ser vi miljarder stjärnor, och runt många av dem kretsar planeter. På åtminstone en av dessa planeter, jorden, har liv uppstått. Men om det kunde hända här, varför skulle det inte kunna hända någon annanstans? För att ta reda på det måste vi förstå vad som krävs för att liv ska kunna existera och hur sedan också hur vanligt det är med sådana platser i universum.

Exakt när, var och hur liv uppstod på jorden är något som vi fortfarande utforskar, men alla tecken tyder på att liv har funnits på jorden väldigt länge. Förmodligen har det funnits liv här sedan minst 3,5 miljarder år. Alla biologiska varelser som finns idag härstammar från de allra första bakterierna som fanns på jorden. Det betyder att allt liv på jorden är släkt. Därmed kan man säga att allt liv på jorden är ett och samma exempel på liv. Detta skapar ett problem: vi har idag alltså bara ett enda exempel på liv i hela universum – livet på jorden. Finns det överhuvudtaget liv bortom vår planet? Eller utanför vårt solsystem? Kan liv ens bildas på andra ställen än på jorden? Eller är vi helt unika?

För att besvara frågan om ifall liv på jorden är unikt måste vi först förstå om jorden som planet är unik. Det är precis det som gör exoplaneter så viktiga att studera.

När vi pratar om liv i universum så använder vi ofta ordet astrobiologi. Det är helt enkelt att studera biologisk aktivitet i rymden. Att bestämma hur och var man ska dra gränser kring vad “liv” är kan vara svårt när man pratar om helt okända exempel, så därför pratar man istället om “biologisk aktivitet”. Biologisk aktivitet i rymden skulle kunna vara många olika saker: alltifrån att man hittar särskilda gaser i en planets atmosfär, eller en liten bakterie på en asteroid, hela vägen upp till exotiska utomjordingar som åker runt i rymdskepp.

Eftersom vi inte har några andra exempel på liv i universum än oss, är det svårt att veta exakt vad som behövs för att liv ska uppstå och överleva på en annan himlakropp. Det finns vissa saker som vi människor uppenbart behöver, som till exempel luft och vatten, men om detta är vad annat liv också behöver är inte ännu säkert.

Allra helst skulle himlakroppen ha de här egenskaperna:

• Mark som man kan stå på och plantera växter i.

• Tillgång till berg och mineraler som behövs för vår näring.

• Ungefär samma tyngdkraft (gravitation) på ytan som jorden.

• Luft med ungefär samma kemiska sammansättning som vår (men åtminstone innehållande syre).

• Liknande värme, tryck, och andra väderfenomen som på jorden.

• Flytande hav, sjöar, och andra källor av vatten.

Alla dessa drag avgörs främst av exoplanetens geologiska och kemiska sammansättning, alltså hur den bildades och av vilket material. Men de sista två punkterna har också att göra med exoplanetens värmebudget – det vill säga hur mycket värme som kommer in och ut ur planeten.

Jorden ligger ungefär 150 miljoner kilometer från solen. Solen har en yttemperatur på cirka 5 500°C. Detta betyder att jordens yta får ungefär 1300 Joule energi per kvadratmeter från solen varje sekund. På grund av atmosfären och vår placering får vi i Sverige ungefär 1000 W/m2 eller 1 kilowatt per kvadratmeter (1 kW/m2). Det betyder att effekten som solen strålar med på en kvadratmeter är ungefär densamma som en mikrovågsugn på max. Denna energi som strålar in från solen är det som värmer jordens luft, land, hav, och alla som ligger och solar på stranden.

Om man sitter nära en brasa känner man värmen mer än om man sitter längre ifrån. På samma sätt så skulle jorden få mer värme om vi var närmare solen, och mindre värme om vi var längre ifrån. När vi talar om beboeliga planeter talar vi därför ofta om vilket avstånd planeten har till sin stjärna – om den är för nära, för långt bort, eller precis lagom. En planet som ligger alldeles för nära sin stjärna skulle bli som ett lavaklot med ånga istället för hav och sjöar. En planet som ligger för långt bort skulle bli som en igenfrusen snöboll. En beboelig planet ska därför helst ligga på ett avstånd från sin stjärna där det inte är för varmt eller för kallt, utan exakt lagom. På en sådan planet är vattnet (om det finns) på ytan flytande och inte is eller ånga. Astrobiologer säger ibland att planeter på detta avståndet ligger i sin stjärnas Guldlockszon, eller beboeliga zon.

Hur långt ifrån stjärnan en planet ligger, och hur varm stjärnan är, bestämmer alltså hur mycket strålning en planet får från stjärnan. Och hur mycket strålning som planeten får från stjärnan är en viktig del av dess värmebudget.

Men avstånd är inte det enda som avgör hur varmt eller kallt det är på en planet. Varför skulle i så fall Venus vara cirka 460°C när Merkurius ligger mycket närmre solen, men som mest är runt 430°C? Svaret har att göra med planeternas atmosfärer.

Venus har en atmosfär som består mestadels av koldioxid, en växthusgas. Från mätningar på jorden vet vi att höga halter av växthusgaser i en atmosfär höjer temperaturen [länk till någonstans som pratar om detta?]. Här på vår planet är den växande andelen av koldioxid den största drivkraften bakom klimatförändringarna. I vårt fall har halten av koldioxid i atmosfären gått från runt 0,028% före den industriella revolutionen till ungefär 0,043% idag. Det är alltså en ganska liten skillnad som har höjt jordens temperatur märkbart. Om man jämför det med Venus, vars atmosfär består av 96% koldioxid, så förstår man att växthuseffekten på Venus är fruktansvärd. Samtidigt har Merkurius nästan ingen atmosfär alls.

Planeters atmosfärer har mycket att göra med deras värmebudget. Avståndet till stjärnan och stjärnans temperatur avgör hur mycket värme planeten får, men det är atmosfärens sammansättning som avgör hur mycket av värmen som planeten faktiskt behåller. En planet med tjock atmosfär som innehåller många växthusgaser (som Venus) kommer att behålla mycket värme. En planet med en tunn atmosfär utan växthusgaser (som Merkurius) kommer inte att behålla så mycket av värmen som kommer till den. Om en planet har moln av vatten eller is i sin atmosfär kan det också göra stor skillnad. En annan sak som kan värma planeten är geologisk aktivitet, som vulkaner och varma källor. Geologisk aktivitet kan också ha betydelse för vad som finns i planetens atmosfär.

En annan sak som är viktigt för om planeten är beboelig är trycket. Hur högt trycket är beror nästan helt på planetens geologi och kemi. Trycket beror nämligen på hur mycket gas det finns i atmosfären, vad dess temperatur är, och hur stark gravitationen är på planetens yta. Om lufttrycket skulle vara mycket högre eller lägre än på jorden skulle det vara väldigt obekvämt för oss människor att vara på planeten, även om vi kunde andas luften. Men tryck är inte bara viktigt för människors bekvämlighet. Framför allt är det viktigt eftersom vi vill behålla vatten på planetens yta. Vid lägre tryck avdunstar vatten vid lägre temperaturer. Uppe på Mount Everest är luften till exempel tunnare än nere vid havet. Därför är trycket där uppe bara ungefär en tredjedel av vad det är vid havsytan, och uppe på Mount Everest börjar vatten koka vid ungefär 70°C istället för 100°C. Om trycket var ännu lägre, till exempel en tiondel, skulle vatten koka vid ungefär 10°C istället. Då skulle det vara väldigt svårt att behålla våra hav och sjöar!

Temp