Už jsou to čtyři měsíce, co NASA oznámila objev sedmi planet svou velikostí podobných Zemi u hvězdy TRAPPIST-1. V době objevu se psalo, že až na třech z nich mohou být podmínky vhodné k životu.
Jeden z největších objevů v oblasti výzkumu exoplanet se začal klubat více než před rokem. Na začátku května 2016 Michael Gillon (University of Liège) a jeho kolegové oznámili objev prvních tří planet pomoci dalekohledu TRAPPIST, který se nachází v Chile a kromě výzkumu komet je zaměřen právě na hledání nových exoplanet.
Další čtyři exoplanety objevil kosmický dalekohled Spitzer, který pracuje na heliocentrické oběžné dráze od srpna 2013.
Sedm planet v jedné rovině
Všechny planety byly objeveny tranzitní metodou, což znamená, že je sice nevidíme, ale pozorujeme jejich tranzit (přechod) před hvězdou, což způsobuje poklesy v jasnosti hvězdy.
Pokud chceme tranzit pozorovat, musí rovina oběžné dráhy směřovat k nám. Všech sedm planet u TRAPPIST-1 se tedy pohybuje prakticky jedné rovině. Dvě či tři tranzitující exoplanety, to je poměrně běžné. Sedm je ale opravdu hodně. Existuje jen jeden podobný systém s tak velkým počtem tranzitujících exoplanet a to Kepler-90.
Kompaktní systém v harmonii
Systémy jako TRAPPIST-1 označují vědci termínem kompaktní. Planety obíhají velmi blízko od sebe. Všech sedm se přitom vejde do vzdálenosti oběžné dráhy Merkuru ve sluneční soustavě.
Všechny planety jsou navíc v tzv. rezonanci – jejich oběžné doby jsou v poměru celých kladných čísel.
Jak porucha slavného dalekohledu přišla vhod
Ke konci února měli vědci v rukou přibližně 30 tranzitů prvních dvou planet, asi 5 až 9 tranzitů dalších čtyř a pouhý jeden tranzit poslední planety „h“, což samozřejmě ani nestačilo k určení přesné oběžné doby.
Jak se říká, všechno zlé je pro něco dobré. V roce 2013 došlo k poruše druhého ze čtyř setrvačníků kosmického dalekohledu Kepler a mise skončila… ale pouze dočasně. Vědci vymysleli náhradu za porouchaný setrvačník – využili tlak slunečního záření a motory. Od začátku roku 2014 pokračuje Kepler v práci, ale už není možné pozorovat stále stejnou část oblohy, jako tomu bylo mezi léty 2009 a 2013. Jednou za necelé tři měsíce se musí dalekohled pootočit.
Od prosince 2016 do začátku března 2017 pozoroval Kepler část oblohy, ve které se nachází TRAPPIST-1. Kepler pracuje s tranzitní fotometrií, takže jeho data mohli vědci využít k doplnění informací o systému.
Už pár hodin poté, co data z Keplera dorazila na Zemi, byla uveřejněna oběžná doba planety „h“, která je 18,7 dní.
Vážíme exoplanety
Tranzitní fotometrie umožňuje zjistit velikost planety. Zjednodušeně řečeno: čím je planeta větší, tím větší disk hvězdy zakryje. Díky unikátnosti systému TRAPPIST-1 ale data v tomto případě posloužila rovněž k odhadu hmotnosti. Jak planety obíhají okolo hvězdy, vzájemně se gravitačně ovlivňují, což vede ke změnám v časech tranzitů (odborně transit timing variation – TTV).
První odhady hmotnosti se podařilo výrazně upřesnit zásluhou dat z Keplera. Máme tak k dispozici i údaje o hustotě planet. Je ovšem potřeba říci, že tyto údaje jsou odhadem.
Znalost hustoty planet je klíčová pro diskusi o jejich složení, což je důležité pro pochopení vzniku planet.
| Planeta |
Oběžná doba (dny) |
Vzdálenost od hvězdy (km)
|
Poloměr (násobky Země) |
Hmotnost (násobky Země) |
Hustota g/cm3 |
| b |
1,5 |
1 645 600 |
1,1 |
0,79 ± 0,27 |
3.4 ± 1.2 |
| c |
2,4 |
2 244 000 |
1,0 |
1,63 ± 0,63 |
7.63 ± 3.04 |
| d |
4,0 |
3 141 600 |
0.77 |
0,33 ± 0,15 |
3.95 ± 1.86 |
| e |
6,1 |
4 188 800 |
0.92 |
0,24 +0,56 / -0,24 |
1.71+4.0 / −1.71 |
| f |
9,2 |
5 535 200 |
1,08 |
0,36 ± 0,12 |
1.74 ± 0.61 |
| g |
12,3 |
6 732 000 |
1,13 |
0,566 ± 0,038 |
2.18 ± 0.28 |
| h |
18,7 |
8 976 000 |
0,76 |
0,086 ± 0,084 |
1.27 ± 1.27 |
Kde a jak vznikly?
Planety i hvězda vznikají z disku prachu a plynu. Ne vždy ale musely planety vzniknout tam, kde je dnes pozorujeme. Po svém vzniku mohly migrovat směrem k hvězdě kvůli procesům v disku nebo vlivu blízké hvězdy. Migrace je typická pro tzv. horké jupitery.
Také planety u TRAPPIST-1 pravděpodobně migrovaly a to takovým způsobem, že nakonec zůstaly ve zmíněné rezonanci – jejich oběžné doby jsou v poměru celých kladných čísel.
Podle nové studie nemusely migrovat k hvězdě samotné planety ale spíše jejich velmi malé zárodky, přičemž vznik planet probíhal postupně a nikoliv současně. Migrace jednoho zárodku otevřela dveře pro vznik další planety.
O atmosférách nevíme nic
O podmínkách na povrchu toho moc nevíme. Pokud se někde dočtete odhadované teploty, jedná se pouze o tzv. rovnovážné teploty, které se vypočítají ze zářivosti hvězdy, odhadovaného albeda (kolik planeta odráží světla) a vzdálenosti planety od hvězdy.
V úvahu se tedy nebere atmosféra, což je velmi důležitý faktor, jak můžeme vidět na srovnání Venuše a Země.
| Planeta |
Oslunění |
Rovnovážná teplota (K) |
| b |
4,25 |
400 |
| c |
2,27 |
342 |
| d |
1,14 |
288 |
| e |
0,66 |
251 |
| f |
0,38 |
219 |
| g |
0,25 |
198 |
| h |
0,13 |
168 |
Poznámka: oslunění je množství záření, které planeta dostává od hvězdy v násobcích toho, co dostává Země od Slunce
V dnešní době je možné zjistit složení atmosféry exoplanety, ale zatím se to daří spíše u zmíněných horkých jupiterů.
Atmosféru lze prozkoumat, i když planety nevidíme
Uvádí se, že atmosféry planet u TRAPPIST-1 bude moci prozkoumat připravovaný Kosmický dalekohled Jamese Webba (JWST), který by mohl odstartovat už příští rok. Ani on planety neuvidí přímo. Vzhledem k tomu, že tranzitují, nabízí se získání tzv. transmisního spektra.
Zjednodušeně řečeno se získá spektrum hvězdy ve chvíli, kdy planeta tranzituje před hvězdou. Světlo hvězdy projde i atmosférou planety a ta v něm zanechá svůj otisk. Zní to jednoduše, astronomové to už umí, ale u takto malých planet bude potřeba pro zisk kvalitních dat pozorovat obrovské množství tranzitů. Půjde to, ale nebude to snadné.
S obyvatelností planet to bude horší
Diskuse o obyvatelnosti jsou nesmírně obtížné. Abychom si udělali alespoň rámcovou představu, musíme problém rozdělit na tři části: počáteční podmínky, vývoj a současnost.
Počáteční podmínky: je hodně důležité, kde planeta vznikla a jaké je její složení. Pokud vznikala za tzv. sněžnou čárou (oblast disku, kde voda již kondenzuje do ledových částeček), mohla být bohatá na vodu. Hustoty planet sice něco naznačují, ale nezapomeňme, že nejsou moc přesné.
Vývoj: TRAPPIST-1 je utlrachladný trpaslík, což způsobuje celou řadu problémů – hvězda například ve svém mládí vyzařovala více záření, takže pokud planety měly nějakou vodu, mohly o ní přijít. Podle odhadů mohly některé planety ztrácet dokonce celé ekvivalenty zemských oceánů.
Planeta „d“ bude podle jedné ze studií nejspíše čelit pádivému skleníkovému efektu. Pokud má nějakou vodu, bude ve formě páry v atmosféře, což bude jen zesilovat skleníkový jev. Planeta „f“ bude zase asi příliš chladná a nepomůže ji ani větší množství skleníkových plynů.
Odpařování vody a následná ztráta vodíku (uniká do kosmického prostoru) by ale mohly mít za následek i vznik atmosféry, která je bohatá na kyslík a ozon. Podobná atmosféra by mohla povrch alespoň částečně chránit před vysokými dávkami ultrafialového záření.
Současnost: nevíme, v jakém stavu dnes planety jsou. Kromě toho, že dostávají velké dávky ultrafialového záření, budou mít zřejmě také vázanou rotaci. K hvězdě jsou tedy nakloněné stále stejnou stranou. Na jedné polokouli je věčný den, na druhé zase noc. Vědci se neshodnou, jaký to má vliv na obyvatelnost.
Život na oční bulvě?
Ideální podmínky by mohly být na povrchu planety „e“. Pokud bude složení atmosféry podobné pozemskému, byla by voda v kapalném skupenství na 20 % povrchu. Planeta by připomínala oční bulvu. Voda by byla v okolí substelárního bodu, což je místo na planetě, kde budete mít při vázané rotaci mateřskou hvězdu stále nad hlavou. Zbytek planety bude zamrzlý.
Mnohem starší než my
Mateřská hvězda je mnohem menší a chladnější než Slunce. Její hmotnost je přibližně 8 % Slunce, poloměr 12 % a vyzařuje jen 0,052 % záření, co naše Slunce.
Hvězdu TRAPPIST-1 najdeme v souhvězdí Vodnáře ve vzdálenosti 40 světelných let.
Tvrdým oříškem je její věk. Určit stáří hvězdy není zrovna snadné a v případě podobných ultrachladných trpaslíků je to ještě náročnější. Původně se předpokládalo, že by mohla být TRAPPIST-1 relativně mladá. Nedávno ale vyšla nová studie, která stáří hvězdy stanovuje na 7,6 ± 2,2 miliard let. TRAPPIST-1 tedy může být o 3 miliardy let starší než Slunce.
Litopanspermii dveře dokořán?
Na Zemi nacházíme meteority z Měsíce i Marsu. Jejich původ je jednoduchý. Do Měsíce nebo rudé planety narazil asteroid a část vyvrženého materiálu se dostala až do kosmického prostoru… a nakonec po dlouhé cestě na Zemi.
Podle studie bude přenos materiálu v TRAPPIST-1 asi o 4 až 5 řádů rychlejší než ve sluneční soustavě. Nejrychlejší to bude mezi planetami f a g. Vyvržený materiál by se z jedné planety na druhou mohl dostat za 10 let.
Existuje teorie zvaná litopanspermie, podle které by se tímto způsobem mohl roznášet život po planetách. Otázkou je, zda bylo v případě TRAPPIST-1 vůbec co roznášet.
Zdroje: ESO, arXiv (1), (2), (3), (4), (5)
