Het classificeren van exoplaneten

Artist impressie van de planeet 51 Pegasi b

Impressie van de hete Jupiter, de exoplaneet 51 Pegasi b. De planeet wordt soms ook wel Bellerophon genoemd. De planeet draait om een ster op een afstand van 50 lichtjaar van de Aarde in het sterrenbeeld Pegasus.

De kandidaat exoplaneten zijn de laatste jaren met de duizenden ontdekt. Astronomen beginnen te plannen te maken om al die exoplaneten in groepen in te delen om ze beter te kunnen beschrijven en bestuderen. De laatste jaren zijn verschillende classificatieschema’s voor planeten voorgesteld, van science fiction tot wetenschappelijk verantwoorde schema’s. Maar we weten nog steeds erg weinig over exoplaneten en er zijn wetenschappers die nog steeds discussiëren over de juiste definitie van wat een planeet is.

Wat is een planeet?

Voor we het gaan hebben over het indelen van planeten is het belangrijk om te begrijpen wat een planeet is. De internationale Astronomische Unie heeft in 2006 een officiële definitie opgesteld maar die definitie is nog steeds erg omstreden. De definitie stelt dat een planeet een hemellichaam is dat:

  • in een baan om de Zon draait
  • voldoende massa heeft om een nagenoeg ronde vorm aan te nemen
  • de omgeving in zijn baan heeft opgeruimd

Deze definitie is opgesteld nadat astronomen aan de rand van het zonnestelsel verschillende kleine objecten vonden die ongeveer de grootte van Pluto hebben. Pluto werd destijds als een planeet gezien. Met de nieuwe definitie werden deze kleine objecten en Pluto in een nieuwe categorie “dwergplaneet” ingedeeld.

Deze beslissing leidde niet tot algemene instemming van de astronomische wereld. Zo werd er gezegd dat de zin “de omgeving in zijn baan heeft opgeruimd” nogal vaag is. Zo komen er bijvoorbeeld in de baan van de Aarde ooknog verschillende asteroïden voor. Ook toonde de New Horizons-missie aan dat Pluto een hele complexe wereld is met bergen, bevroren meren en andere kenmerken waardoor Pluto meer op een planeet lijkt.

Als reactie hierop stelde de Internationale Astronomische Unie dat de resultaten van de New Horizons fundamentele vragen oproepen hoe een kleine en koude planeet gedurende al die jaren actief kan blijven. De IAU stelt dat dwergplaneten wetenschappelijk net zo interessant kunnen zijn als planeten. Daarbij is het ook belangrijk dat alle drie de Kuipergordelobjecten die tot nu toe door een ruimtesonde zijn bezocht – Pluto, Charon en Triton – meer verschillen dan overeenkomsten vertonen en dat er vermoedelijk nog wel meer verschillen worden gevonden als er andere objecten worden bezocht.

Het classificeren van planeten

De noodzaak om planeten te classificeren neemt toe naarmate er meer exoplaneten worden ontdekt. In 1992 werd de eerste exoplaneet bevestig, deze draait om de pulsar PSR B1257+12 en de eerste planeet in een baan om een hoofdreeksster werd in 1995 ontdekt. Deze planeet draait om de ster 51 Pegasi. Sindsdien zijn er duizenden exoplaneten ontdekt waarvan de meeste met behulp van de Kepler telescoop die in een baan om de Aarde draait. De missie van de Kepler is er op gericht om aardse planeten in de bewoonbare zone van een ster te vinden (dat is de zone waar vloeibaar water aan het oppervlak van de planeet kan voorkomen) maar de telescoop heeft heel veel verschillende planeten ontdekt.

Veel van de eerste ontdekte planeten worden “hete Jupiters” genoemd. Dit zijn grote gasreuzen die in een kleine baan om hun ster draaien. Sommige planeten zijn erg oud zoals PSR 1620-26b die slechts 1 miljard jaar jonger is dan het heelal. Er zijn planeten die zo dichtbij om hun ster draaien dat hun atmosfeer is verdampt zoals de planeet HD 209458b. Ook zijn er planeten gevonden die om twee, drie of zelfs meer sterren draaien.

Met zo’n grote variëteit aan planeten is het wellicht goed te begrijpen dat er geen eenduidig classificatiesysteem voor planeten is. Meestal richten astronomen zich op de mate waarin een planeet bewoonbaar is, zoals de Habitable Exoplanets Catalog. Dit is een lijst van de meest veelbelovende bewoonbare planeten zoals die door astronomen van het Arecibo’s Planetary Habitability Laboratory (PHL) van de Universiteit van Puerto Rico is opgesteld en wordt onderhouden.

De grote uitdaging is dat bewoonbaarheid voornamelijk alleen maar wordt gedefinieerd aan de hand van de baan en de massa van een planeet. De telescopen die we tegenwoordig hebben zijn niet gevoelig genoeg om de atmosferen te bestuderen van die verre exo-planeten. De James Webb Telescope die in 2018 gelanceerd moet worden kan vermoedelijk van sommige planeten de atmosfeer bestuderen maar het is onduidelijk of de telescoop in staat zal zijn om atmosferen van planeten zo groot als de Aarde te bestuderen.

Classificatieschema’s voor ons zonnestelsel

Het woord “planeet” komt van het Griekse woord voor “zwerver”, en daarmee wordt bedoeld dat planeten, anders dan de gefixeerde sterren, langs de hemel bewegen. De bewegingen van planeten waren bij alle oude culturen bekend maar ze konden alleen die planeten zien die met het blote oog zichtbaar zijn: Mercurius, Venus, Mars Jupiter en Saturnus. Uranus en Neptunus werden pas na de uitvinding van de telescoop begin 1600, ontdekt.

In ons eigen zonnestelsel maken astronomen vaak het onderscheid tussen de aardse planeten en de gasreuzen. De aardse planeten zijn Mercurius, Venus, Aarde en Mars. Ze hebben, vergeleken met hun grootte een compacte atmosfeer en ze bevinden zich dichter bij de Zon.

De al lang bestaande theorie zegt dat toen de Zon nog jong was en het zonnestelsel nog aan het ontstaan was het meeste gas door straling van de jonge Zon naar de buitenste delen van het zonnestelsel werd geblazen waarbij de planeten die zich daar bevonden heel veel gas konden opnemen en zo een dikke atmosfeer konden vormen echter we zien bij andere zonnestelsels dat er enorme gasplaneten voorkomen heel dicht bij hun ster. Misschien zijn deze planeten gemigreerd van buiten naar binnen toe of misschien zijn er aanpassingen nodig in onze modellen over het ontstaan van planeten.

Jupiter, Saturnus, Uranus en Neptunus zijn de gasplaneten in ons zonnestelsel maar ondanks dat het alle vier gasplaneten zijn, zijn er grote onderlinge verschillen. Uranus en Neptunus hebben beiden een rotsachtige kern (voor zover de theorieën dat weten) maar hebben een hele grote atmosfeer vergeleken met hun kernen. Ook over de kernen van Jupiter en Saturnus is nog heel veel onbekend maar natuurkundigen denken dat de kernen van deze twee planeten, omdat ze veel groter zijn dan Uranus en Neptunus, mogelijk uit vloeibaar metaal bestaan of misschien wel gedeeltelijk vast.

Er is een classificatieschema dat de planeten onderscheidt naar hun positie tot de Aarde. In dit schema zijn de Mercurius en Venus de binnenplaneten (zij bevinden zich binnen de baan van de Aarde) en zijn Mars, Jupiter, Saturnus, Uranus en Neptunus de buitenplaneten.

Soms worden de planeten in ons zonnestelsel ingedeeld naar hun positie ten opzichte van de asteroïdengordel die zich tussen Mars en Jupiter bevindt. Mercurius, Venus, Aarde en Mars zijn dan de binnenplaneten en Jupiter Saturnus, Uranus en Neptunus zijn dan de buitenplaneten.

Classificatieschema’s voor exoplaneten

Wellicht het beroemdste systeem om exoplaneten in te delen komt uit de tv-serie Star Trek. Een bewoonbare planeet zoals de Aarde wordt een M-klasse planeet genoemd. Deze aanduiding werd regelmatig in de serie gebruikt.

De Star Trek fansite “Memory Alpha” heeft het schema als volgt gecompleteerd:

Klasse D – planetoïde of maan met weinig tot geen atmosfeer

Klasse H – onbewoonbaar

Klasse J – gasreus

Klasse K – bewoonbaar zolang er drukkoepels worden gebruikt

Klasse L – enigszins bewoonbaar, er groeien planten maar er is geen dierlijk leven

Klasse M – Aardse planeet

Klasse N – zwavelachtig

Klasse R – bewoonbaar maar niet als een aardse planeet

Klasse T – gasreus

Klasse Y – giftige atmosfeer, hoge temperaturen

De lijsten van het Planetary Habitability Laboratory laten verschillende vreemde classificaties zien maar er zijn ook wetenschappelijk verantwoorde lijsten. Zo stelden Stern en Levison in 2002 een schema voor op basis van de massa en stelden Lineweaver en Robles in 2006 een schema voor op basis van het voorkomen van elementen die belangrijk zijn voor leven. Ook het PHL zelf heeft een classificatie op basis van massa opgesteld zoals die met de huidige telescopen kan worden verkregen. De massa kan worden geschat op basis van radiale snelheidsmetingen die met instrumenten zoals de HARPS (High Accuracy Radial velocity Planet Finder) kunnen worden verkregen. De HARPS wordt gebruikt in combinatie met de 3,6 meter telescoop van de ESO op La Silla

De door het PHL voorgestelde classificatie (EMC = Exoplanet Mass Classification) ziet er als volgt uit:

Kleine planeten, manen en kometen

  • minder dan 0,00001 aardmassa = asteroidaans
  • 0,00001 – 0,1 aardmassa = Mercuriaans

Aardse planeten (rotsachtige samenstelling)

  • 0,1 – 0,5 aardmassa = subterraans
  • 0,5 – 2 aardmassa = terraans (Aards)
  • 2 – 10 aardmassa = superterraans (super Aardes)

Gasreuzen

  • 10 – 50 aardmassa = Neptuniaans
  • 50 – 5000 aardmassa = Joviaans (Jupiters)

Eerste publicatie: 3 juni 2017
Bron: space.com