| |||
|
Týdeník věnovaný aktualitám a novinkám z fyziky a astronomie. | |||
|
Máme ji?
Jakub Rozehnal
Minulý týden médii probleskla mezi předvánočně laděnými zprávami zmínka o objevu extrasolární planety podobné ZemiZemě – největší z planet zemského typu. Je jedinou planetou v celém vesmíru, o které víme, že na ní existuje život. Má dostatečně hustou atmosféru, dostatek kapalné vody v povrchových oceánech. Kolem Země obíhá jediný měsíc s vázanou rotací. Při pozorování Země z kosmu vidíme hlavně modrou barvu oceánů. 70 % povrchu Země je pokryto oceány, 30 % tvoří kontinenty. Země sestává z těchto vrstev: jádro, plášť, kůra, troposféra, stratosféra, mezosféra, termosféra. Plášť a kůra jsou odděleny tzv. Mohorovičiæovým rozhraním. Kůra se posouvá a „plave“ na polotekutém plášti. Teplota v centru Země je 5 100 °C, tlak 360 GPa. Magnetické pole Země má přibližně dipólový charakter, je deformováno slunečním větrem do typického tvaru., na které by se mohla nacházet voda. Našli jsme tedy to, po čem již léta pátráme? Bohužel – nikoli. Vezměme to ale popořadě.
|
Exoplaneta – extrasolární planeta, planeta obíhající okolo jiné hvězdy, než je naše Slunce. Jejich existence byla předpovězena dlouhou dobu, první exoplaneta u pulzaru byla detekována v roce 1992, první exoplaneta u hvězdy hlavní posloupnosti byla objevena až v roce 1995 u hvězdy 51 Pegasi. Její objevitelé – Michel Mayor a Didier Queloz – získali v roce 2019 Nobelovu cenu. Do roku 2019 bylo nalezeno přibližně 4 000 exoplanet. Většinou jde o velká tělesa s hmotností a velikostí jen o málo menší, než mají hnědí trpaslíci. Planeta – nebeské těleso, které: 1) obíhá okolo Slunce. 2) má dostatečnou hmotnost, aby jeho gravitace překonala vnitřní síly pevného tělesa (dosáhne kulového tvaru odpovídajícího hydrostatické rovnováze). 3) vyčistí okolí své dráhy od drobnějších těles. Planetami jsou Merkur, Venuše, Země, Mars, Jupiter, Saturn, Uran a Neptun. V poslední době se název planeta vžil i pro exoplanety obíhající kolem jiných hvězd, než je naše Slunce. Hnědý trpaslík – hvězda s tak malou hmotností (13÷80 MJ), že teplota v nitru nikdy nedosáhne bodu vzplanutí dostatečně energetických termojaderných reakcí (alespoň 8×106 K). Dalšímu stlačování vlivem gravitace a tím i nárůstu teploty zabrání elektronová degenerace. Od planet se liší tím, že emituje po dobu několika miliard let viditelné světlo (planeta září v IR). |
Umělecká vize planety GJ 1214b. Zdroj: ESO.
Planeta obíhá hvězdu GJ 1214 – červeného trpaslíka s hmotností 16 % hmotnosti SlunceSlunce – nám nejbližší hvězda, tzv. hvězda hlavní posloupnosti, která se nachází ve vzdálenosti 149,6×106 km od Země. Jde o žhavou plazmatickou kouli s průměrem 1,392×106 km, teplotou na povrchu 5 780 K, teplotou v centru přibližně 15×106 K a zářivým výkonem 3,846×1026 W. Zdrojem energie je jaderná syntéza, při které se za každou sekundu sloučí v jádru Slunce 700 milionů tun vodíku na hélium.. Hvězda se nachází ve vzdálenosti 13 parsekůParsek – pc, paralaktická sekunda, astronomická jednotka vzdálenosti. Jde o vzdálenost, ze které je vidět střední vzdálenost Země-Slunce (jedna astronomická jednotka) pod úhlem jedné obloukové vteřiny. Měří se kolmo k zornému paprsku. Číselně je 1 pc = 30×1012 km, což je zhruba 3,26 světelného roku. Často používanými násobky jsou kiloparsek (kpc) a megaparsek (Mpc). (42 světelných rokůSvětelný rok (ly) – vzdálenost, kterou světlo ve vakuu urazí za jeden rok, 1 ly = 9,46×1012 km.) a leží v souhvězdí Hadonoše. Na její pozorování budeme potřebovat dalekohled o průměru alespoň 20 cm, její vizuální relativní magnitudaMagnituda – někdy též zdánlivá magnituda, logaritmická míra jasnosti objektu, m = −2,5 log J. Tato definiční rovnice se nazývá Pogsonova rovnice (zavedl ji anglický astronom Norman Pogson v roce 1856). Koeficient je volen tak, aby hvězdy s rozdílem pěti magnitud měly podíl vzájemných jasností 1:100. Znaménko minus v definici je z historických důvodů. Magnitudy takto vypočtené odpovídají historickému dělení hvězd do šesti skupin (nula nejjasnější, 5 nejméně jasné pozorovatelné okem). Nejjasnější hvězda na severní polokouli Arcturus má magnitudu −0.05, nejjasnější hvězda celé noční oblohy, Sírius, má magnitudu –1.6. Relativní magnituda vypovídá o skutečné jasnosti hvězdy na obloze, která kromě svítivosti závisí také na vzdálenosti hvězdy. Rozlišujeme bolometrickou magnitudu (v celém spektru) a vizuální magnitudu (pouze ve viditelném spektru). je pouhých 14,7m.
Planeta byla objevena v projektu MEarthMEarth – projekt na vyhledávání exoplanet metodou tranzitní fotometre. Projekt využívá 8 dalekohledů o průměru 40 cm umístěných na vrcholu hory Mount Hopkins v Arizoně. metodou tranzitníTranzit – přechod nebeského tělesa přes jiné těleso. Příkladem může být situace, kdy z místa pozorovatele přechází (většinou opakovaně) exoplaneta přes mateřskou hvězdu. Klíčovými parametry tranzitu jsou: počátek tranzitu (vstup), střed tranzitu, konec tranzitu (výstup) a hloubka tranzitu neboli pokles magnitudy pozorovaného tělesa způsobený přechodem. fotometrieFotometrie – část astronomie zabývající se zkoumáním a porovnáváním světla z různých zdrojů z hlediska jeho působení na lidský zrakový orgán. Sledované fotometrické veličiny, například jasnost, světelný tok nebo osvětlení zohledňují vedle vlastností dopadajících fotonů fyziologii našeho zraku. – tedy pozorováním poklesu celkového zářivého toku z hvězdy, který způsobil zákryt kotoučkem planety. Porovnáním zákrytové křivky s modelem, který počítá mj. s okrajovým ztemněním hvězdy, lze kromě průměru planety, její vzdálenosti a oběžné doby odvodit i geometrii systému. Podle současných měření planeta obíhá v rovině se sklonem 88,6° (90° odpovídá oběhu v rovině našeho pohledu). Velká poloosa dráhy činí 0,014 AUAU – astronomická jednotka (Astronomical Unit), původně střední vzdálenost Země od Slunce, v roce 2012 ji IAU definovala jako 149 597 870 700 m přesně a změnila zkratku z AU na au. Astronomická jednotka se používá především pro určování vzdáleností ve sluneční soustavě, pro přibližné odhady postačí hodnota 150 milionů kilometrů. (velká poloosa Merkuru činí 0,35 AU) a planeta oběhne mateřskou hvězdu za 1,6 dne po vysoce eliptické dráze s excentricitouExcentricita – výstřednost, poměr vzdálenosti ohniska od středu elipsy k délce hlavní poloosy. U pohybu těles v gravitačním poli jde o jeden ze základních dráhových elementů. 0,27. Z tohoto pohledu se jedná o těleso, jakých dnes známe mnoho desítek. Takové informace jste však v běžných médiích nezískali, což je snad vzhledem k jejich charakteru omluvitelné. Co ale podle mého názoru omluvitelné není, je to, že tyto informace scházejí i v oficiální tiskové zprávě ESOESO – European Organisation for Astronomical Research in the Southern Hemisphere, zkráceně European Southern Observatory, Evropská jižní observatoř. Organizace byla založena v roce 1962. Postavila řadu dalekohledů v Chile. Jde o lokality La Silla (2 400 m), kde je dalekohled NTT, dále Cerro Paranal (2 635 m) s čtveřicí dalekohledů VLT a planinu Llano Chajnantor (5 080 m), kde se nachází radioteleskopická síť ALMA. V současnosti je v Chile budován Extra velký dalekohled ELT, který bude zprovozněn v roce 2014 a celooblohová Observatoř Very Rubinové, která bude v rutinním provozu od roku 2023. (č. 0950), která po přečtení navozuje dojem, že jsme objevili jakousi obří Zemi, zahalenou do husté atmosféry a jejíž povrch je pokryt ledem nebo vodou.
Šest světelných křivek hvězdy GJ 1214. Snížení světelného toku je způsobené tranzitem exoplanety přes disk hvězdy. Křivky označené FLWO byly pozorovány dalekohledem o průměru 1,2 metru na observatoři FLWOFLWO – Fred Lawrence Whipple Observatory. Observatoř v Arizoně na vrcholku hory Mount Hopkins v blízkosti města Amado. Observatoř vlastní dalekohledy o průměrech 6.5,1.5 a 1.2 metru pro vizuální obor, 1.3 m pro IR obor, 10 m pro gama obor, síť 4 teleskopů VERITAS pro gama obor (12 m), síť šesti robotických optických dalekohledů HAT (11 cm) a síť osmi optických dalekohledů MEarth (40 cm).. Křivka MEarth*1 je výsledkem pozorování jediného dalekohledu sítě MEarthMEarth – projekt na vyhledávání exoplanet metodou tranzitní fotometre. Projekt využívá 8 dalekohledů o průměru 40 cm umístěných na vrcholu hory Mount Hopkins v Arizoně., křivky označené MEarth*8 pocházejí z celé sítě. Zdroj: arXiv:0912.3229.
Zvykněme si na to, že vodu lze, jako sloučeninu vodíkuVodík – Hydrogenium, je nejlehčí a nejjednodušší plynný chemický prvek, tvořící převážnou část hmoty ve vesmíru. Má široké praktické využití jako zdroj energie, redukční činidlo při chemické syntéze a v metalurgii nebo jako náplň balonů a vzducholodí. Vodík objevil roku 1766 Henry Cavendish. (nejzastoupenějšího prvku ve vesmíru) a kyslíkuKyslík – Oxygenium, plynný chemický prvek, tvoří druhou hlavní složku zemské atmosféry. Je biogenním prvkem a jeho přítomnost je nezbytná pro existenci většiny živých organizmů na naší planetě. V atmosféře tvoří plynný kyslík 21 objemových %. Kromě obvyklých dvouatomových molekul O2 se kyslík vyskytuje i ve formě tříatomové molekuly jako ozon O3. Produkty hoření se nazývají oxidy, dříve kysličníky. Kyslík je třetím nejhojnějším prvkem ve vesmíru. (čtvrtého nejvíce zastoupeného prvku) najít v podstatě všude, a ke tvrzení, že je na nějakém vesmírném tělese přítomna voda, nám stačí jen základní znalosti obecných podmínek, v jakých se těleso nachází.
Ve skutečnosti je potenciální přítomnost vody zmiňována vždy, kdy je třeba zaručit, že zprávu slepě převezmou nejširší sdělovací prostředky, neboť voda je pro ně synonymem možného života. Nikdo se pak již nestará o to, že střední teplota na povrchu planety dosahuje v závislosti na použitém modelu 250 až 500 °C, nebo že rotace planety je vázaná – tzn. že teplota na přivrácené straně tělesa je podle všeho mnohem vyšší, zatímco na odvrácené straně může být výrazně nižší, v závislosti na tom, jak hustá je atmosféra planety.
To však nic nemění na tom, že je pro nás objev vody na této planetě nesmírně důležitý – nikoli však z hlediska přítomnosti života, ale proto, že nám opět ukazuje, jak je naše sluneční soustava jedinečná. Mj. totiž opět potvrzuje závěry teorie migrace planet – voda se, jako vysoce volatilníVolatilní – nestálý látka, nemůže udržet na planetách, které vzniknou v těsné blízkosti mateřské hvězdy, což znamená, že objevená planeta se zřejmě musela zformovat v mnohem větší vzdálenosti od mateřské hvězdy, než v jaké ji nyní nacházíme. Možný proces, jakým se planeta mohla na současnou orbitu dostat, byl popsán v bulletinu (AB 30/2009) věnovaném migraci v extrasolárních planetárních discích.
Svět extrasolárních planet je nesmírně pestrý, a tak je trochu škoda, že pro hledání jednoho stromu – planety podobné Zemi – mnohdy nevidíme celý les.
Hmotnosti a poloměry tranzitujících exoplanet. Planety sluneční soustavy jsou pro srovnání uvedeny kosočtverci. Nejmenší dosud objevená tranzitující exoplaneta je CoRoT7b. Nově objevený objekt GJ 1214b je označen červeným kolečkem. Křivky představují teoretické závislosti poloměru planety na hmotnosti pro různé modely složení. Plná čára: H/He, čárkovaně: H2O (čistá voda), tečkovaně: 75 % H2O, 22 % Si a 3 % Fe jádro (vodní svět), čerchovaně: 67,5 % Si plášť a 32,5 % Fe jádro (jako Země).
Klip týdne: GJ 1214
GJ 1214. Pod tímto označením se skrývá hvězda pětkrát menší, než je naše Slunce. Svítivost má třetinovou v porovnání se Sluncem. Nachází se ve vzdálenosti 42 světelnýczh roků od Země v souhvězdí Hadonoše. V první animaci se seznámíte s polohou této hvězdy v naší Galaxii. V prosinci 2009 byla tranzistní fotometrií objevena v projektu MEarth (8 dalekohledů o průměru 40 cm na Mt. Hopkins v Arizoně) u této hvězdy planeta, jejíž hmotnost je šest Zemí. Uměleckou vizi planety uvidíte v druhé animaci. Planeta obsahuje podle teoretických modelů ve svém nitru pravděpodobně vodní led, nicméně povrchová teplota se zdá být neslučitelná se životem pozemského typu. Zdroj: ESO/L. Calçada/Digitized Sky Survey 2, 2009. (avi/divx, 9 MB) (avi/divx, 3 MB)
Literatura
