Denna stämningsfulla film av fyra planeter som är mer massiv än Jupiter som kretsar kring den unga stjärnan HR 8799 är en sammansättning av olika slag, inklusive bilder tagna över sju år på W.M. Keck -observatoriet på Hawaii. Upphovsman:Jason Wang/Christian Marois
Gå ut på en klar natt, och du kan vara säker på något våra förfäder bara kunde tänka sig:Varje stjärna du ser spelar sannolikt värd för minst en planet.
Världarna som kretsar kring andra stjärnor kallas "exoplaneter, "och de finns i en mängd olika storlekar, från gasjättar större än Jupiter till små, steniga planeter ungefär lika stora som jorden eller Mars. De kan vara tillräckligt varma för att koka metall eller låsta i djupfrysning. De kan kretsa kring sina stjärnor så hårt att ett "år" bara varar några dagar; de kan kretsa runt två solar samtidigt. Vissa exoplaneter är sollösa skurkar, vandra genom galaxen i permanent mörker.
Den galaxen, Vintergatan, är den tjocka ström av stjärnor som skär över himlen på de mörkaste, tydligaste nätterna. Dess spiralformade yta innehåller förmodligen cirka 400 miljarder stjärnor, vår sol bland dem. Och om var och en av dessa stjärnor inte bara har en planet, men, som vår, ett helt system av dem, då är antalet planeter i galaxen verkligen astronomiskt:vi är redan på väg in i biljoner.
Vi människor har spekulerat om sådana möjligheter i tusentals år, men vår är den första generationen att veta, med säkerhet, att exoplaneter verkligen finns där ute. Faktiskt, långt där ute. Vår närmaste grannstjärna, Proxima Centauri, befanns nyligen ha minst en planet - troligen en stenig. Det är 4,5 ljusår bort-mer än 25 biljoner miles (40 biljoner kilometer). Huvuddelen av exoplaneter som hittills hittats är hundratals eller tusentals ljusår bort.
De dåliga nyheterna:Än så länge har vi inget sätt att nå dem, och kommer inte att lämna fotspår på dem när som helst snart. De goda nyheterna:Vi kan titta in på dem, ta sina temperaturer, smaka på deras atmosfär och kanske en dag snart, upptäcka livstecken som kan döljas i pixlar av ljus som fångas från dessa dimma, avlägsna världar.
Vintergatan, vår egen galax, sträcker sig över himlen ovanför La Silla -teleskopet i Chile. Dolda inuti vår egen galax är biljoner planeter, mest väntar på att hittas. Kredit:ESO/S. Brunier
Den första exoplaneten som sprack på världscenen var 51 Pegasi b, en "het Jupiter" 50 ljusår bort som är låst i en fyra dagars bana runt sin stjärna. Vattenskapsåret var 1995. Plötsligt, exoplaneter var en sak.
Men några tips hade redan framkommit. En planet som nu kallas Tadmor upptäcktes 1988, även om upptäckten drogs tillbaka 1992. Tio år senare, fler och bättre data visade definitivt att det verkligen var där trots allt.
Och ett system med tre "pulsarplaneter" hade också upptäckts, med början 1992. Dessa planeter kretsar runt en pulsar cirka 2, 300 ljusår bort. Pulsarer är hög densitet, snabbt snurrande lik av döda stjärnor, kratta alla planeter i omlopp runt dem med svidande strålningsstrålar.
Nu lever vi i ett universum av exoplaneter. Antalet bekräftade planeter är 3, 700, och stiger. Det är bara från ett litet urval av galaxen som helhet. Räkningen kan stiga till tiotusentals inom ett decennium, när vi ökar antalet, och observera makt, av robotteleskop som lyfte sig ut i rymden.
Denna steniga superjorden är en illustration av typen av planeter framtida teleskop, som TESS och James Webb, hoppas kunna hitta utanför vårt solsystem. Kredit:ESO/M. Kornmesser
Hur kom vi hit?
Vi står på en brant av vetenskaplig historia. Tiden för tidig utforskning, och de första bekräftade exoplanetdetekteringarna, viker för nästa fas:vassare och mer sofistikerade teleskop, i rymden och på marken. De kommer att gå brett men också borra ner. Vissa får i uppdrag att göra en allt mer exakt befolkningsräkning av dessa avlägsna världar, spika ner deras många storlekar och typer. Andra kommer att göra en närmare inspektion av enskilda planeter, deras atmosfär, och deras potential att hysa någon form av liv.
Direkt avbildning av exoplaneter - det vill säga faktiska bilder - kommer att spela en allt större roll, även om vi har kommit fram till vårt nuvarande kunskapsläge mestadels genom indirekta medel. De två huvudmetoderna förlitar sig på wobbles och skuggor. "Wobble" -metoden, kallad radiell hastighet, tittar på stjärnornas rysningar när de dras fram och tillbaka av gravitationen på en kretsande planet. Storleken på vingeln avslöjar "vikten, "eller massa, av planeten.
Denna metod gav de allra första bekräftade exoplanetdetekteringarna, inklusive 51 Peg 1995, upptäcktes av astronomerna Michel Mayor och Didier Queloz. Jordteleskop med radiell hastighetsmetod har hittills upptäckt nästan 700 planeter.
Men de allra flesta exoplaneter har hittats genom att leta efter skuggor:det otroligt lilla doppet i ljuset från en stjärna när en planet korsar dess ansikte. Astronomer kallar denna korsning för en "transit".
Storleken på doppet i stjärnljus avslöjar hur stort runt den transiterande planeten är. Inte överraskande, denna sökning efter planetariska skuggor är känd som transitmetoden.
NASA:s rymdteleskop Kepler, lanserades 2009, har hittat nästan 2, 700 bekräftade exoplaneter på detta sätt. Nu i sitt "K2" -uppdrag, Kepler upptäcker fortfarande nya planeter, även om bränslet väntas ta slut snart.
Varje metod har sina plus och minus. Wobble -detektioner ger planetens massa, men ge ingen information om planetens omkrets, eller diameter. Transitdetekteringar avslöjar diametern men inte massan.
Men när flera metoder används tillsammans, vi kan lära oss den vitala statistiken för hela planetsystem - utan att någonsin direkt avbilda planeterna själva. Det bästa exemplet hittills är TRAPPIST-1-systemet cirka 40 ljusår bort, där sju ungefär jordstora planeter kretsar runt en liten, röd stjärna.
TRAPPIST-1-planeterna har undersökts med mark- och rymdteleskop. De rymdbaserade studierna avslöjade inte bara deras diametrar, men det subtila gravitationella inflytandet som dessa sju tätt packade planeter har på varandra; från detta, forskare bestämde varje planets massa.
En illustration av de olika uppdragen och observatorierna i NASA:s exoplanetprogram, både nutid och framtid. Upphovsman:NASA
Så nu vet vi deras massa och diametrar. Vi vet också hur mycket av den energi som strålar ut från deras stjärna som träffar dessa planets ytor, låta forskare uppskatta sina temperaturer. Vi kan till och med göra rimliga uppskattningar av ljusnivån, och gissa på himmelens färg, om du stod på en av dem. Och även om mycket är okänt om dessa sju världar, inklusive om de har atmosfärer eller hav, inlandsisar eller glaciärer, det har blivit det mest kända solsystemet förutom vårt eget.
Vart är vi på väg?
Nästa generation av rymdteleskop är över oss. Först ut är lanseringen av TESS, satelliten Transit Exoplanet Survey. Detta extraordinära instrument kommer att ta en nästan full-sky undersökning av närmare, ljusare stjärnor för att leta efter transiterande planeter. Kepler, den tidigare mästaren på transiteringar, kommer att föra upptäcktsfackeln till TESS.
TESS, i tur och ordning, kommer att avslöja de bästa kandidaterna för en närmare titt med James Webb Space Telescope, planerar för närvarande att lanseras 2020. Webb -teleskopet, distribuerar en jätte, segmenterad, ljussamlande spegel som ska köra på en singelliknande plattform, är utformad för att fånga ljus direkt från planeterna själva. Ljuset kan sedan delas upp i ett mångfärgat spektrum, ett slags streckkod som visar vilka gaser som finns i planetens atmosfär. Webbs mål kan innehålla "superjordar, "eller planeter som är större än jorden men mindre än Neptunus-några som kan vara steniga planeter som vår egen stora versioner.
Lite är känt om dessa stora planeter, inklusive om några kan vara lämpliga för livet. Om vi har mycket tur kanske en av dem kommer att visa tecken på syre, koldioxid och metan i atmosfären. En sådan blandning av gaser skulle påminna oss starkt om vår egen atmosfär, möjligen indikerar livets närvaro.
Men jakten på jordliknande atmosfärer på exoplaneter i jord kommer sannolikt att behöva vänta på en framtida generation av ännu kraftfullare rymdsonder under 2020- eller 2030-talen.
Tack vare Kepler -teleskopets statistiska undersökning, vi vet att stjärnorna ovan är rika på planetariska följeslagare. Och när vi stirrar upp på natthimlen, vi kan vara säkra inte bara på en stor mängd exoplanetgrannar, men om något annat:Äventyret har bara börjat.