Jorden är en planet som snurrar runt en stjärna, vår sol. Borde det inte finnas andra planeter, som snurrar runt andra stjärnor? I tusentals år undrade människor detta. Men det var inte förrän på 1990-talet som vi för första gången kunde bekräfta det: ja, det finns andra planeter! Finns det liv på dessa planeter? Det vet vi inte idag, men det finns planeter som det skulle kunna finnas liv på.

I vår galax Vintergatan finns det mer än 100 miljarder stjärnor. Vår sol är bara en av dem. Men varför skulle vår sol vara den enda stjärnan som har planeter runt sig? Redan för tusentals år sedan började filosofer ställa frågan: kan det finnas andra världar som vår. Astronomer har länge misstänkt att andra stjärnor också skulle kunna ha planeter. Men eftersom det är väldigt  svårt att se en planet runt en annan stjärna har vi inte kunnat veta säkert. Andra stjärnor än vår sol syns på himlen som små prickar av ljus, och då får man komma ihåg att de är väldigt stora och ljusstarka. Om stora stjärnor är så små på himlen att man knappt kan se dem ens med teleskop, hur kan vi se en liten, kall och mörk planet?

Just det lyckades vi faktiskt göra i början av 1990-talet. Då hade vi till slut tillräckligt mycket kunskap, och tillräckligt bra teleskop och datorer för att lösa det problemet. Upptäckten av planeter runt en annan stjärna än solen fick Nobelpriset i fysik 2019.

Nuförtiden kallas planeter utanför vårt solsystem för extra-solära planeter, eftersom de är bortom (extra) solen (solär). Ofta förkortar man “extra-solära planeter” och säger istället exoplaneter. När vi väl hade lärt oss hur man gör för attupptäcka exoplaneter började vi snabbt hitta fler. Efter bara tjugo år, på 2010-talet, hade vi hittat 1 000 exoplaneter. Tio år efter det, på 2020-talet, hade vi hittat mer än 6 000 exoplaneter.

Idag finns det många olika sätt att upptäcka exoplaneter. En av de vanligaste metoderna utnyttjar att en exoplanet rör sig runt sin stjärna. Om vi är i rätt vinkel borde ju exoplaneten med jämna mellanrum åka framför sin stjärna. När den gör det skapas en skugga. Eftersom exoplaneten är mycket mindre än sin stjärna så kommer den inte blockera hela stjärnans ljus när den passerar framför den. Men den kommer ändå blockera en så pass tydlig del av ljuset att det går att mäta.

[Extra om Venuspassagen, eller i alla fall en bild]

Genom att hitta sådana regelbundna minskningar i ljus från en stjärna kan vi alltså dra slutsatsen att stjärnan har en exoplanet. Vi kan också räkna ut en del om hur planeten ser ut genom att mäta hur mycket ljuset från stjärnan minskar, och hur ofta det händer. Om exoplaneten är stor jämfört med sin stjärna så kommer den att blockera mycket ljus när den passerar framför stjärnan. Och om planeten ligger nära stjärnan kommer den att passera framför oftare än om den ligger långt ifrån. Genom att mäta hur kraftiga ljusminskningarna är och hur ofta de händer kan vi alltså säga något om ifall exoplaneten är mer gasartad, som till exempel Jupiter, eller mer som en stenplanet som jorden.

Det svåraste med den här metoden är att dessa ljusminskningar är väldigt små Våra teleskop måste vara extremt noggranna i sina mätningar för att vi ens ska märka att ljuset ändras. Detta betyder också att det är mycket lättare för oss att upptäcka stora, Jupiter-liknande exoplaneter som snurrar runt små, kalla stjärnor än det är att upptäcka små, jordliknande exoplaneter runt större stjärnor – som vår sol. På grund av det har vi när den här texten skrivs ännu inte upptäckt ett solsystem som är exakt som vårt.

Men 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?

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.

Tänk dig att utomjordingar kom för att hälsa på oss på jorden, och att utomjordingarna gärna ville lära sig så mycket som möjligt om hur människor fungerar. De skulle vara nyfikna på allting: våra ansikten, händer, fötter, hjärtan, lungor – allt! De skulle vara lika fascinerade av våra fingernaglar som av våra hjärnor, för så länge de inte förstod vad deras funktioner var så skulle de inte veta vad som var viktigast.

Men vad skulle hända om utomjordingarna bara hälsade på en enda familj på jorden, och alla i den familjen hade brunt och lockigt hår? Hur skulle utomjordingarna då få reda på att det ens fanns människor som hade andra hårfärger och hårtyper? I det fallet skulle utomjordingarna kanske råka tro att det var lika viktigt att ha brunt och lockigt hår som att ha en hjärna eller ett skelett, för det har ju alla i familjen. Bara genom att träffa många olika människor skulle utomjordingarna kunna börja förstå vad som är viktigt för att en människa ska leva och vilka saker är inte lika viktiga. Alla levande människor behöver fungerande organ för att leva, så alla människors organ är ganska lika. Men saker som hår, ögonfärg, fräknar, längd, favoritmat, eller till och med hur många fingrar man har är inte nödvändiga för att överleva, så där finns mer variation. Detta är lätt att förstå när man tittar på alla människor på jorden, men om man bara träffat några få är det svårare att kunna dra den slutsatsen.

I vårt solsystem har vi åtta planeter, och alla har likheter och olikheter med varandra. Men alla planeter i vårt solsystem kan sägas vara från samma familj, eftersom alla våra planeter bildades från samma material runt samma stjärna. Hur annorlunda är då andra “familjer”, alltså andra solsystem, av planeter? Vad är vanligt och vad är ovanligt för en planet om man tittar på hela universum? Och om det visar sig att vår planet är ovanlig – är vi tillräckligt ovanliga att vi skulle kunna vara den enda planeten med liv? Att studera exoplaneter är det enda sättet vi har för att träffa andra “familjer” av planeter, och lära oss mer om planeter som grupp.

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 är det svårt att veta exakt vad som behövs för att liv ska uppstå och överleva på en planet. 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. För att förstå vad olika organismer kan tänkas behöva har forskare på senare tid studerat så kallade extremofiler.

Extremofiler är organismer som kan överleva extrema förhållanden. De har upptäckts i många olika miljöer som man tidigare hade trott var omöjliga för liv att överleva i – under isberg, i uttorkade öknar, ja till och med på insidan av vulkaner eller inuti radioaktiva kärnreaktorer. Därför kan vi idag inte längre anta att en planet måste vara precis som jorden för att liv ska kunna finnas där. Men eftersom jorden är det enda exemplet vi har så brukar astrobiologer som pratar om “astrobiologiska miljöer” ändå mena miljöer som är ungefär som här på jorden, oftast på exoplaneter.

Kan vi människor någon gång flytta till en annan planet? En sådan flytt skulle innebära enorma utmaningar, och vi vet inte idag om vi någonsin kommer att övervinna de utmaningarna. I vårt solsystem finns inga bra alternativ, och alla exoplaneter ligger många ljusår ifrån oss. Den första utmaningen är alltså att kunna färdas flera ljusår till ett annat solsystem. Idag kan vi inte det, men om det någonsin skulle bli möjligt för oss att färdas till andra solsystem skulle vi vara mest intresserade av att hitta en “beboelig” planet, alltså en planet som människor faktiskt skulle kunna bo på som den är.

Vi kan förstås bygga konstruktioner för att skapa en beboelig miljö på en annars obeboelig planet, ett slags rymdbas. Men vi skulle ännu hellre hitta en planet som redan var så lik jorden som möjligt – där inga särskilda konstruktioner behövs. Så vad är det som gör jorden så speciell, och vad skulle behövas på en annan planet för att vi skulle kunna bo där?

Allra helst skulle en “ny jord” 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 dragkraft (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 kan inte vara 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, men det är atmosfärens sammansättning som avgör hur mycket av värmen som planeten faktiskt behåller. En planeter 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. Sådana moln kan spegla ljus från stjärnan tillbaka ut i rymden. Hur mycket ljus som reflekteras iväg kallas för en planets albedo. En hög albedo gör att mindre ljus kommer in till planetens yta. 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!