En svak verden ved siden av en blinding stjerne

En eksoplanet er en planet som går i bane rundt en annen stjerne enn Solen. Den nærmeste stjernen utenfor Solen, Proxima Centauri, er omtrent 4,24 light years unna, så alle eksoplaneter er langt utenfor alt et romfartøy har besøkt. Alt vi vet om dem, kommer fra lys som har reist i årevis.

Hvorfor kan vi ikke bare fotografere dem? En planet lager ikke noe eget lys som betyr noe i synlige farger. Den skinner bare ved å reflektere lyset fra stjernen sin, og den reflekterer bare en bitteliten del av det.

Et grovt estimat av kontrasten (planetens lysstyrke delt på stjernens lysstyrke) er

contrast ≈ (Rp / 2a)² × albedo

Der Rp er planetens radius, a er avstanden fra stjernen, og albedo er andelen lys den reflekterer. For en jordlignende planet ved 1 AU rundt en sollignende stjerne blir resultatet omtrent 10⁻¹⁰: Stjernen skinner omtrent ti milliarder ganger sterkere enn planeten. For Jupiter ved 5,2 AU er det omtrent 10⁻⁹, altså én milliard ganger. Dette gjelder bare reflektert synlig lys.

Planeten er også svært nær stjernen sin på himmelen. På en avstand av 1 parsec (3,26 light years) ser 1 AU ut som 1 buesekund, så vinkelen i buesekunder er θ = a (in AU) ÷ d (in parsecs). Fra 10 parsec er en jordlignende bane ved 1 AU bare 0,1 arcsecond på tvers. Jupiters bane sett fra 30 light years (9,2 parsecs) har en radius på 5,2 ÷ 9,2 ≈ 0,57 arcsecond. En blending som er ti milliarder ganger sterkere enn planeten, og ligger 0.1 buesekund unna, er svært vanskelig å se forbi.

To ting gjør jobben enklere. For det første lyser planeter som er unge, varme, store og langt fra stjernen sin med sin egen varme, mest i det infrarøde området, så kontrasten deres er mye bedre enn 10⁻⁹. De fire kjempene i HR 8799-systemet, som ble avbildet i 2008 og senere, er et klassisk eksempel. For det andre er en koronagraf en liten maske inne i et teleskop som blokkerer lyset fra stjernen før det når detektoren. En stjerneskygge bygger på samme idé i verdensrommet: en stor skjerm som flyr langt foran teleskopet. En maske som er for stor, skjuler også planeten, så planeten må være langt nok fra stjernen til å ligge utenfor den.