www.sron.nl/r-de-aarde-in-perspectief

Diverse (toekomstige) missies: De aarde in perspectief  

b_180_0_3355443_00_images_stories_sron_50jaar_dashback50.jpg
Missie in het kort
Belangrijkste resultaten
Voortgezet onderzoek
Links
 

Missie in het kort

Onze zon wordt vergezeld door acht planeten, tot nu toe vijf bekende dwergplaneten en vele honderdduizenden planetoïden, kleiner gruis en een verzameling kometen. Ze bestaan allemaal uit vast materiaal, zoals rots, ijs, metaal, met uitzondering van de vier grootste planeten. Twee daarvan, Jupiter en Saturnus, zijn gasreuzen. Uranus en Neptunus zijn een stuk kleiner en worden ook wel ijsreuzen genoemd, hoewel ze een dichte atmosfeer bezitten. Van de objecten die uit vast materiaal bestaan is onze planeet de grootste. Voor zover we weten is het de enige plaats in het zonnestelsel waar leven voorkomt. Er is een klein aantal andere plaatsen waar leven heel misschien kan voorkomen, in een primitief stadium. Zoals vlak onder het oppervlak van de planeet Mars, in de door dikke ijslagen bedekte oceaan van de Jupitermaan Europa en de Saturnusmaan Enceladus.

Is het planetenstelsel van de zon uniek? Om daar achter te komen kun je op zoek gaan naar planeten bij andere sterren. Maar dat valt niet mee omdat de sterren heel ver weg staan en de felle gloed van de ster het zwakke gereflecteerde licht van eventueel aanwezige planeten volkomen overstraalt. Bovendien staat zo’n planeet op een zeer kleine hoekafstand van de ster. Je hebt dan een heel grote telescoop nodig en bovendien moet je op de een of andere manier de luchttrilling in de atmosfeer uitschakelen om een mooi scherp beeld te krijgen. Tot de jaren negentig van de vorige eeuw is de beschikbare techniek onvoldoende om planeten bij andere sterren – exoplaneten genoemd – te kunnen ontdekken.

Er is een aantal strategieën die je kunt gebruiken om achter het bestaan van exoplaneten te komen. Elk van hen heeft bepaalde voor- en nadelen en vergt speciale experimenten, zowel voor aardse telescopen als voor ruimtemissies.
   omhoogomlaag

Belangrijkste resultaten

Exoplaneten bestaan. Sterker nog, ze schijnen heel algemeen voor te komen bij sterren die een beetje op de zon lijken. Maar er zijn ook bizarre situaties aangetroffen. De eerste exoplaneten worden via de pulsarmethode aangetroffen bij enkele pulsars. Er is zelfs een drievoudig systeem ontdekt waarbij een van de planeten veel lichter is dan de aarde. Hoe zo’n stelsel de supernova-explosie die aan de vorming van de pulsar vooraf gaat heeft overleefd, is onduidelijk. In 1995 ontdekt men de eerste exoplaneet, met de dopplermethode, bij de ster 51 Pegasi, een ster die op een heldere avond buiten de stad nog net met het blote oog kan worden gezien. De (gas)planeet raast op 7,5 miljoen kilometer afstand van zijn zonachtige moederster en voltooit een omloop in iets meer dan vier dagen. Een daverende verrassing en tegelijkertijd een ontdekking die alleen maar vragen oproept. Hoe komt zo’n planeet zo dicht bij zijn ster te staan?

Verreweg de meeste van de nu gevonden exoplaneten zijn ontdekt met de dopplermethode, de astrometrische methode en via eclipsen. Het aantal onafhankelijk bevestigde gevallen stijgt snel en nadert de 1000. Heel veel van de gevonden planeten blijken in een paar dagen om hun ster de draaien. Ze staan dus dicht bij hun moederster en zijn daarom ook heet. Maar dat is een selectie-effect omdat je na kort waarnemen dergelijke gevallen als eerste ziet. Evenzo hebben veel exoplaneten die we zien een massa groter dan die van Jupiter. Ook dat is een selectie-effect omdat de drie genoemde methoden juist het meest gevoelig zijn voor zware planeten die vlak bij hun ster staan. Ze ‘bevoordelen’ de ontdekking van ‘hete-Jupiters’. Er is nog weinig te zeggen over hoe het ‘gemiddelde’ planetenstelsel er in werkelijkheid uitziet. Toch is al wel duidelijk dat planeetvorming een vaak voorkomend bijeffect is van stervorming, althans in ieder geval voor sterren die een beetje op de zon lijken. Bovendien, hoe beperkt de methoden op dit moment ook zijn, er zijn inmiddels al enkele tientallen sterren ontdekt waar twee of meer planeten omheen draaien. En wat ook duidelijk is, is dat ons eigen planetenstelsel niet maatgevend is voor andere gevallen.

Verder valt op dat geautomatiseerde projecten om exoplaneten te ontdekken steeds meer gebruikmaken van ruimtemissies. Grote aardse telescopen worden dan ingezet om de ontdekking van een kandidaat-planeet te bevestigen (of niet) en vervolgwaarnemingen te doen.
   omhoogomlaag

Voortgezet onderzoek

De belangrijkste ruimtemissies die zich geheel of gedeeltelijk richten op het ontdekken en karakteriseren van exoplaneten zijn de volgende. Toekomstige ruimtemissies waarmee exoplaneten kunnen worden onderzocht zijn onder andere:
  • NASA’s James Webb Space Telescope (JWST), waarschijnlijk te lanceren tegen 2018. Deze infrarood-telescoop is voorzien van een spiegel met een diameter van 6,5 meter. Hij zal in staat zijn om exoplaneten in het infrarood in beeld te brengen en spectra op te nemen. Daarmee ontstaat een idee over de aard en samenstelling van de atmosfeer van deze planeten.
  • ESA’s GAIA-missie, te lanceren in 2013. Het hoofddoel van deze missie is om sterposities van bijna een miljard sterren op te nemen. Als ‘bijproduct’ zal GAIA ook via de astrometriemethode de kleine periodieke positie-veranderingen zien die exoplaneten veroorzaken bij hun moederster. Dat zal vooral kunnen bij sterren die relatief dichtbij staan, tot zo’n 650 lichtjaar. Alleen al voor de zonachtige sterren wordt het aantal exoplaneten binnen dat gebied geschat op 300 000 en dus verwachten onderzoekers dat GAIA er duizenden zal opmerken.
  • NASA’s WFIRST-missie, te lanceren na 2020. Deze infraroodmissie, Wide Field Infrared Survey Telescope, zal als onderdeel van het uitgebreide wetenschappelijke programma via de lensmethode proberen om exoplaneten op te sporen.
  • Verder zullen grotere aardse telescopen worden ontwikkeld, zoals ESO’s E-ELT (European Extremely Large Telescope) die met een spiegeldiameter van 39 meter de grootste optische telescoop is die nu op de tekentafel staat. Naar verwachting zal de E-ELT ergens na 2022 in gebruik kunnen worden genomen. Met deze telescoop zal het mogelijk zich exoplaneten direct in beeld te brengen en spectra op te nemen van het licht dat ze weerkaatsen. In Amerika bestaan plannen voor de bouw van een dertig meter telescoop die op Hawaii zou moeten komen te staan.
In Nederland wordt onder andere bij SRON gewerkt aan het geschikt maken van nieuwe technieken die kunnen worden toegepast bij onder andere het onderzoek naar exoplaneten. Een van deze veelbelovende technieken is het gebruik van polarimetrie.

Links  

Missie in het kort
Meer over de eclipsmethode : http://www.astro.princeton.edu/~dns/Theia/deming.pdf en : http://planetary.org/explore/topics/extrasolar_planets/extrasolar/transit_photometry.html
Meer over de dopplermethode : http://planetary.org/explore/topics/extrasolar_planets/extrasolar/radial_velocity.html
Meer over de astrometrische methode : http://planetary.org/explore/topics/extrasolar_planets/extrasolar/astrometry.html en : http://www.centauri-dreams.org/?p=2259
Meer over de lensmethode : http://planetary.org/explore/topics/extrasolar_planets/extrasolar/microlensing.html
Meer over de stofschijfmethode en directe beelden : http://planetary.org/explore/topics/extrasolar_planets/extrasolar/direct_imaging.html
Meer over de polarimetriemethode : http://www.iap.fr/useriap/beaulieu/Workshop/PPT/Molecules2008-Stam.pdf

Belangrijkste resultaten
Meer over exoplaneten : http://www.kennislink.nl/publicaties/exoplaneten-2
Actuele stand van ontdekkingen van exoplaneten : http://exoplanet.eu/catalog.php en : http://planetquest.jpl.nasa.gov/
Overzicht rond exoplaneten : http://www.deepfly.org/TheNeighborhood/7b-ExoplanetaryOverview.html
Gegevens van exoplaneten : http://exoplanets.org/
Meer over het waarnemen van exoplaneten : http://enersec.org/id2.html
Exoplaneten en lensmethode via het OGLE-project : http://ogle.astrouw.edu.pl/
Exoplaneet via microlens ontdekt : http://www.eso.org/sci/activities/santiago/projects/PlanetaryGroup/science.html
Waarneming bij TW Hydrae : http://www.mpia.de/Public/menu_q2e.php?Aktuelles/PR/2008/PR080103/PR_080103_en.html
Waarneming van het spectrum van een exoplaneet : http://www.eso.org/public/news/eso1002/

Voortgezet onderzoek
NASA’s Exoplanet Exploration Program : http://exep.jpl.nasa.gov/
NASA’s Kepler missie : http://kepler.nasa.gov/
CNES / ESA’s COROT-missie : http://sci.esa.int/science-e/www/area/index.cfm?fareaid=39 en : http://sci.esa.int/science-e/www/object/index.cfm?fobjectid=48805
Canada’s MOST missie : http://www.asc-csa.gc.ca/eng/satellites/most/default.asp
NASA / ESA’s Hubble Space Telescope : http://hubblesite.org/
NASA / ESA’s Hubble Space Telescope en exoplaneten : http://hubblesite.org/newscenter/archive/releases/star/extrasolar-planets/results/100/
NASA’s Spitzer missie : http://www.nasa.gov/mission_pages/spitzer/main/index.html
NASA’s Spitzer missie en exoplaneten : http://www.spitzer.caltech.edu/search/image_set/20?search=exoplanet
NASA / CALTEC Keck Telescope : http://planetquest.jpl.nasa.gov/Keck/keck_index.cfm
NASA / JPL Large Binocular Telescope : http://lbti.as.arizona.edu/LBTI-Main/Project.html
ESO’s VLT : http://www.eso.org/public/teles-instr/vlt.html
NASA’s JWST missie : http://www.jwst.nasa.gov/
ESA’s GAIA missie : http://gaia.esa.int/science-e/www/area/index.cfm?fareaid=26
NASA’s WFIRST-missie : http://wfirst.gsfc.nasa.gov/
ESO’s E-ELT : http://www.eso.org/public/teles-instr/e-elt.html
Thrirty Meter Telescope project Hawaii : http://www.tmt.org/
SRON en polarimetrie – exoplaneten : http://www.iap.fr/useriap/beaulieu/Workshop/PPT/Molecules2008-Stam.pdf

Eclipsmethode en transit
Een manier om exoplaneten te ontdekken is door kleine periodieke helderheidsvariaties van sterren vast te leggen. Tijdens de 'eclips' wordt de ster een heel klein beetje zwakker
Dopplermethode en snelheid langs de gezichtslijn
Een andere manier om exoplaneten te ontdekken is door te kijken naar periodieke snelheidsvariaties van sterren, in de gezichtslijn. Met de Dopplermethode kun je dit meten aan de hand van het heen en weer schuiven van lijnen in het sterspectrum
Astrometrie en exoplaneten
Nog weer een andere manier om exoplaneten te vinden is door te kijken naar periodieke schommelingen in de hemelpositie van sterren
Exoplaneten en zwaartekrachtslens
Een exotische manier om exoplaneten te vinden is om uit te zien naar sterren die korte tijd helderder worden. Dat komt door de lenswerking van de zwaartekracht van een exoplaneet die voor de achtergrondster langstrekt
Formalhout-b via de Hubble telescoop
Exoplaneet Formalhout-b, vastgelegd via de Hubble Space Telescope
Drie planeten bij HR 8799 via de Keck telescoop, waarbij het licht van de moederster vrijwel geheel is weg gefilterd via interferometrie
Drie planeten bij HR 8799 via de Keck telescoop, waarbij het licht van de moederster vrijwel geheel is weg gefilterd via interferometrie

Tekening van hete Jupiter
Tekening van hete Jupiter

Waarneming van een exoplaneet via de eclipsmethode, met behulp van COROT
Waarneming van een exoplaneet via de eclipsmethode, met behulp van de Franse COROT-satelliet
Waarneming van een exoplaneet via de Dopplermethode bij de ster TW Hydrae, zoals gemeten met een 2,2 meter telescoop van de ESO
Waarneming van een exoplaneet via de Dopplermethode bij de ster TW Hydrae, zoals gemeten met een 2,2 meter telescoop van de ESO

Waarneming van een exoplaneet bij de ster HD 40979 via astrometrie via waarnemingen door ESO?s Net Technology Telescope op La Silla (Chili)
Waarneming van een exoplaneet bij de ster HD 40979 via astrometrie van hemelpositie, gemeten door ESO's New Technology Telescope op La Silla (Chili)
Waarneming van een microlens-effect als gevolg van het langstrekken van een exoplaneet voor een achtergrondster (OGLE 2005 BLG90)
Waarneming van een microlens-effect als gevolg van het langstrekken van een exoplaneet voor een achtergrondster (OGLE 2005 BLG90)

Spectrum van exoplanet via ESO VLT-waarnemingen
Spectrum van exoplanet via ESO VLT-waarnemingen

COROT
Tekening van de Franse COROT-satelliet
Kepler
Tekening van NAS's Kepler-satelliet die continu de helderheid meet van meer dan 100 000 sterren in een vast gebiedje aan de hemel
Beeldveld van Kepler geprojecteerd op de hemel
Beeldveld van NASA's Kepler-satelliet geprojecteerd op de hemel
MOST
Tekening van de MOST-satelliet van Canada
Hubble Space Telescope
Hubble Space Telescope

Spitzer telescope
NASA's Spitzer infrarood-telescoop beweegt in een baan om de zon, een stukje achter de aarde. Spitzer ontdekte tal van stofschijven waarin planeten kunnen ontstaan
W.M. Keck observatory
W.M. Keck observatory

Large Binocular Telescope
Large Binocular Telescope

ESO's VLT
ESO's Very Large Telescope bestaat uit vier telescopen in de acht-meter klasse (opening van de spiegel) en kan met hulptelescopen ook werken als een optische intereferometer met een gesimuleerde opening van tientallen meters
ESO's E-ELT
ESO's E-ELT (European Extremely Large Telescope) moet een opening krijgen van zo'n 39 meter. Het project is in voorbereiding
ESA's GAIA
ESA's GAIA project wordt in 2013 gelanceerd. Deze satelliet meet de hemelposities van sterren met ongekende nauwkeurigheid. Verwacht wordt dat de satelliet veel exoplaneten zal ontdekken

NASA's JWST
NASA's James Webb Space Telescope wordt geplaagd door kostenoverschrijdingen en vertragingen. De satelliet moet in 2018 worden gelanceerd en is dan het werkpaard voor infrarood-onderzoek van de ruimte