Ljudska potraga za svjetovima izvan našeg Sunčevog sustava dosegla je novu, zapanjujuću prekretnicu. NASA-in službeni katalog potvrđenih egzoplaneta, planeta koji kruže oko zvijezda daleko od našeg Sunca, premašio je brojku od 6000. Ovaj povijesni trenutak ne pripada otkriću jednog, specifičnog planeta koji bi ponio titulu šesttisućitog, već je rezultat kontinuiranog i predanog rada znanstvenika diljem svijeta koji svoja otkrića redovito dodaju u zajedničku bazu podataka. Nadzor nad ovim impresivnim brojem vodi NASA-in Znanstveni institut za egzoplanete (NExScI), smješten pri Caltechovom IPAC-u u Pasadeni, Kalifornija. No, ovo je tek vrh sante leda; više od 8000 dodatnih planeta kandidata čeka svoju službenu potvrdu, a NASA predvodi globalne napore u jednom od najdubljih znanstvenih pohoda u povijesti – potrazi za životom u svemiru.

Ovaj uspjeh predstavlja kulminaciju desetljeća kozmičkog istraživanja koje su pokretali NASA-ini svemirski teleskopi. Ta su istraživanja iz temelja promijenila način na koji čovječanstvo promatra noćno nebo. Više ne gledamo u zvijezde kao u samotne točke svjetlosti, već kao u potencijalne domove čitavih planetarnih sustava. Korak po korak, od prvih nesigurnih otkrića do detaljne karakterizacije dalekih svjetova, NASA-ine misije izgradile su temelje za odgovor na jedno od najfundamentalnijih pitanja: jesmo li sami? S nadolazećim misijama poput Svemirskog teleskopa Nancy Grace Roman i budućeg Opservatorija za nastanjive svjetove, ulazimo u novu eru istraživanja koja će se fokusirati na proučavanje svjetova sličnih našem, koji kruže oko zvijezda sličnih našem Suncu.

Revolucija u kozmičkoj perspektivi

Današnji katalog od 6000 potvrđenih svjetova bio bi nezamisliv prije samo tridesetak godina. Prekretnica je stigla 1995. godine, kada je otkriven prvi egzoplanet koji kruži oko zvijezde slične Suncu, 51 Pegasi b. Prije toga, identificirano je tek nekoliko planeta, no oni su kružili oko zvjezdanih ostataka, pulsara, što je sasvim drugačiji kozmički scenarij. Iako astrofizičari danas procjenjuju da se samo u našoj galaksiji, Mliječnoj stazi, nalaze stotine milijardi planeta, njihovo pronalaženje ostaje iznimno tehnički zahtjevan zadatak. Svako novo otkriće, osim što dodaje fascinantan novi svijet u našu kolekciju, omogućuje znanstvenicima da stvaraju širu sliku i uspoređuju opću populaciju planeta u galaksiji s onima u našem neposrednom kozmičkom susjedstvu, Sunčevom sustavu.

Jedan od ključnih uvida jest da se naš sustav možda i ne uklapa u "prosjek". Primjerice, dok naš Sunčev sustav ima podjednak broj stjenovitih planeta (Merkur, Venera, Zemlja, Mars) i plinovitih divova (Jupiter, Saturn, Uran, Neptun), podaci iz galaksije sugeriraju da su stjenoviti planeti znatno češći. Ovaj podatak ima goleme implikacije za potragu za nastanjivim svjetovima, jer sugerira da bi planeta sličnih Zemlji moglo biti u izobilju.

Nevjerojatna raznolikost svjetova

Svemir se pokazao daleko maštovitijim nego što smo mogli zamisliti. Istraživanja su otkrila zapanjujući raspon planeta koji se u potpunosti razlikuju od svega što poznajemo u našem sustavu. Otkriveni su planeti veličine Jupitera, takozvani "vrući Jupiteri", koji oko svojih matičnih zvijezda kruže na udaljenostima manjim od one između Merkura i Sunca, završavajući orbitu za svega nekoliko zemaljskih dana. Pronađeni su i planeti koji prkose klasičnoj definiciji, poput onih koji kruže oko dvije zvijezde istovremeno, evocirajući slike planeta Tatooine iz "Zvjezdanih ratova". Otkriveni su i "planeti siročad" ili "lutajući planeti" koji ne kruže ni oko jedne zvijezde, već sami putuju kroz međuzvjezdani prostor. Postoje svjetovi koji kruže oko mrtvih zvijezda, poput bijelih patuljaka, planeti u potpunosti prekriveni lavom, neki s gustoćom toliko malom da bi plutali na vodi, poput stiropora, te drugi čiji su oblaci sačinjeni od isparenih dragulja poput rubina i safira.

Svaki od ovih egzotičnih tipova planeta pruža nam neprocjenjive informacije o uvjetima pod kojima se planeti mogu formirati. Razumijevanje tih procesa ključno je za procjenu koliko bi česti mogli biti planeti poput Zemlje i, što je još važnije, gdje bismo ih trebali tražiti. Cjelokupno znanje prikupljeno proučavanjem ove kozmičke raznolikosti temelj je za odgovor na pitanje jesmo li sami u svemiru.

Umjetnost lova na planete

Unatoč tisućama otkrića, izravno snimanje egzoplaneta i dalje je rijetkost. Manje od stotinu njih je izravno fotografirano, jer su planeti nevjerojatno blijedi i njihov se slabašni odraz gubi u zasljepljujućem sjaju matične zvijezde. Stoga se znanstvenici oslanjaju na četiri glavne neizravne metode detekcije.

Najproduktivnija metoda do danas je metoda tranzita. Njome astronomi promatraju zvijezdu i traže sićušno, periodično smanjenje njezina sjaja. Do toga dolazi kada planet u svojoj orbiti prođe točno ispred zvijezde iz naše perspektive, blokirajući djelić njezine svjetlosti. Misije poput svemirskog teleskopa Kepler i njegovog nasljednika TESS (Transiting Exoplanet Survey Satellite) iskoristile su ovu tehniku za otkrivanje tisuća planeta. Drugi pristup je metoda radijalne brzine, kojom se mjeri "klimanje" zvijezde. Planet svojom gravitacijom lagano povlači zvijezdu dok kruži oko nje, uzrokujući da se zvijezda malo pomiče prema nama i od nas. Ta pomicanja uzrokuju promjene u boji svjetlosti zvijezde (Dopplerov efekt), koje osjetljivi instrumenti mogu detektirati.

Tehnika gravitacijske mikroleće oslanja se na Einsteinovu opću teoriju relativnosti. Kada masivni objekt, poput zvijezde s planetom, prođe ispred vrlo udaljene pozadinske zvijezde, njegova gravitacija djeluje kao leća, savijajući i pojačavajući svjetlost pozadinske zvijezde. Prisutnost planeta uzrokuje specifičan, kratkotrajan bljesak u tom pojačanju, odajući njegovo postojanje. Budući svemirski teleskop Nancy Grace Roman koristit će ovu metodu za otkrivanje tisuća novih svjetova. Konačno, tu je i astrometrija, precizno mjerenje položaja zvijezde na nebu, gdje se traže sićušna odstupanja uzrokovana gravitacijskim utjecajem planeta u orbiti. Ovu metodu koristi misija Gaia Europske svemirske agencije (ESA).

Od otkrića do potvrde: pedantan znanstveni proces

Postojanje dugačke liste od preko 8000 kandidata u NASA-inom arhivu egzoplaneta svjedoči o strogosti znanstvenog procesa. Signal koji nalikuje na tranzit planeta može biti uzrokovan i drugim fenomenima, poput sustava dviju zvijezda koje pomračuju jedna drugu ili instrumentalnih pogrešaka. Zbog toga se većina kandidata mora potvrditi dodatnim promatranjima, često korištenjem drugog teleskopa i druge metode detekcije, a taj proces zahtijeva vrijeme i resurse.

Za maksimiziranje povrata ulaganja u skupe misije koje generiraju kandidate za egzoplanete, nužna je suradnja cjelokupne znanstvene zajednice. Institucije poput NExScI-ja igraju ključnu ulogu razvijajući alate i platforme koje pomažu znanstvenicima diljem svijeta da analiziraju podatke i pretvore kandidate u potvrđene planete. Stopa otkrića posljednjih se godina drastično ubrzala – baza podataka je dosegla 5000 potvrđenih egzoplaneta prije samo tri godine – i taj će se trend, po svemu sudeći, nastaviti.

Budućnost potrage: teleskopi nove generacije

U NASA-i, budućnost znanosti o egzoplanetima bit će usmjerena na dva glavna cilja: pronalaženje stjenovitih planeta sličnih Zemlji u nastanjivim zonama svojih zvijezda i proučavanje njihovih atmosfera u potrazi za biosignaturama – bilo kojim karakteristikama, elementima ili molekulama koje bi mogle poslužiti kao dokaz prošlog ili sadašnjeg života. Svemirski teleskop James Webb (JWST) već je napravio revoluciju na ovom polju, analiziravši kemijski sastav više od 100 atmosfera egzoplaneta s nevjerojatnom preciznošću.

Međutim, proučavanje atmosfera planeta veličine i temperature Zemlje zahtijeva novu tehnologiju. Specifično, znanstvenicima su potrebni bolji alati za blokiranje zasljepljujućeg sjaja zvijezde oko koje planet kruži. U slučaju sustava nalik našem, taj izazov je ogroman: Sunce je otprilike 10 milijardi puta sjajnije od Zemlje, što bi bilo više nego dovoljno da potpuno sakrije svjetlost našeg planeta od pogleda udaljenog promatrača.

NASA radi na dvije ključne inicijative za prevladavanje ove prepreke. Svemirski teleskop Nancy Grace Roman, čije se lansiranje očekuje u narednim godinama, nosit će tehnološki demonstracijski instrument nazvan Roman Coronagraph. On će testirati nove tehnologije za blokiranje zvjezdane svjetlosti kako bi blijedi planeti postali vidljivi. Očekuje se da će koronograf moći izravno snimiti planet veličine i temperature Jupitera koji kruži oko zvijezde slične Suncu. Uz svoje istraživanje mikrolećama, Roman će otkriti nove detalje o raznolikosti planetarnih sustava i pokazati koliko su sustavi poput našeg česti u galaksiji.

Za detekciju planeta sličnog Zemlji bit će potrebna još naprednija tehnologija. Zato NASA razvija koncept za takvu misiju, trenutno nazvanu Opservatorij za nastanjive svjetove (Habitable Worlds Observatory). To bi bio veliki svemirski teleskop nove generacije, posebno dizajniran za izravno snimanje planeta sličnih Zemlji i analizu njihovih atmosfera u potrazi za znakovima života, čime bi se čovječanstvo približilo odgovoru na vječno pitanje o našem mjestu u kozmosu.