Blíží se objev života na první exoplanetě?

Vesmírný teleskop Jamese Webba nenašel na planetě Trappist 1b žádný důkaz o existenci atmosféry. Proč je to dobrou zprávou, se dočtete v tomto blogu. (délka blogu ca. 5 min.) 

Doba, kdy jsme ještě ani nevěděli, jestli kolem cizích hvězd krouží exoplanety, je nenávratně pryč. K dnešnímu dni jich bylo objeveno přes 5000. Pravděpodobně se planety skrývají v každé hvězdné soustavě. 

Nejnapínavějším problémem dnešní doby je jiná otázka: “Jak poznáme, že se na dané exoplanetě vyvinul život?” 

Vzdálenosti, které dělí jednotlivé hvězdné soustavy, nedovolí jednoduše zaletět k cizí planetě a tamní planety navštívit. Jediné, co máme k dispozici, je světlo, které hvězda vyzařuje a světlo, které planeta odráží. Může se to zdát málo - vědci ale vytvořili řadu důmyslných měření, které nám mohou o planetách povědět víc, než by se na první pohled zdálo.

Odražené a pohlcené světlo

Jednou z možností, jak si “prohlédnout” atmosféru vzdálené planety, je pozorovat tzv. tranzit. 

Tranzitem se nazývá přechod planety přes kotouč příslušné hvězdy. Planeta, i když je poměrně malá, přitom trochu sníží hvězdný jas. Tento jev je ostatně zodpovědný za to, že o středně velkých nebo poměrně malých planetách (které svou gravitací neovlivňují dráhu hvězdy) vůbec víme. Podobně by se mohly dá registrovat i změny ve světelném spektru, ke kterým dochází ve chvílích, kdy hvězdné světlo prochází atmosférou planety. 

Dalším způsobem je sledování vlivu světla, odraženého danou planetou. K tomu se používá sekundární tranzit, tedy vlastně “antitranzit”, doba, kdy se planeta při pohledu ze Země schovává za hvězdou. 

Na rozdíl od doby, kdy ji pozorujeme vedle hvězdného kotouče, totiž v celkově pozorovaném světelném spektru v tého době mizí signatura samotné planety. Právě takovým způsobem se nyní podařilo vesmírnému teleskopu Jamese Webba (JWST) prozkoumat jednu ze sedmi kamenných exoplanet, které krouží kolem hvězdy Trappist 1. 

Trappist 1

Trappist-1 , také známý jako 2MASS J23062928-0502285 , je chladná trpasličí hvězda spektrálního typu M8 V (červený trpaslík pokročilého typu), nacházející se ve vzdálenosti 39,13 světelných roků v souhvězdí Vodnáře. 

Není příliš velká ani hmotná. Má zhruba 1/12 hmotnosti a 1/9 průměru našeho Slunce. Její povrchová teplota se pohybuje kolem 2550 K. Vzhledem k malé velikosti a nízké teplotě je její celková jasnost velice nízká - činí přibližně 1/250 000 jasnosti Slunce.

Dvě nejvnitřnější planety mají oběžné doby zhruba 1,5 a 2,4 dne, u nejvzdálenější, sedmé planety by mohl jeden oběh trvat kolem 20 dnů. Planety jsou od své hvězdy vzdálené mezi jednou setinou a jednou dvacetinou astronomické jednotky. 

Struktura této planetární soustavy je tedy více podobná spíše soustavě měsíců Jupiteru než naší Sluneční soustavě. 

Planety obíhají kolem Trappist-1 pravděpodobně v tzv. vázané rotaci - kterou vykazuje mimo jiné i náš Měsíc. Své hvězdě by pak přikláněly vždy jen jednu svou polokouli, zatímco na opačné polokouli by panovala věčná noc, rušená jen obrazy ostatních (nepříliš vzdálených) planet. 

Nejbližší planeta (Trappist 1b) dostává od své poměrně slabé hvězdy přesto daleko více záření, než naše Země od Slunce. Vědci vypočítali, že by to mohl být nejspíše čtyřnásobek. To z ní samozřejmě nedělá vhodného kandidáta na nositelku života. S její pomocí se ovšem dají otestovat … některé z našich teorií. 

Vědci nedávno změřili světelné spektrum, přicházející od hvězdy Trappist 1 a zachytili pokles jasu při sekundárním tranzitu, kdy se planeta nachází z našeho pohledu za hvězdou. 

Z něj pak odvodili efektivní teplotu planety. Došli k hodnotě 503 K, což odpovídá zhruba 230 stupňům Celsia. 

I když to znamená, že na povrchu přivrácené polokoule planety nebude existovat voda v kapalném skupenství, je to přesto velmi dobrá zpráva. Jedná se totiž o prakticky stejnou hodnotu, jaká byla vypočítána matematickým modelem. 

Teplota povrchu se dá poměrně jednoduše spočítat, pokud známe vzdálenost od hvězdy a poloměr a teplotu hvězdy. Model předpověděl pro planetu Trappist-1b (tedy první a nejbližší planetu tamního planetárního systému) hodnotu 508 K. Když vezmeme v úvahu malou chybu měření, jedná se o stejnou hodnotu, jakou naměřil vesmírný teleskop Jamese Webba. 

Pokud by tato konkrétní exoplaneta měla atmosféru, část tepla by se díky procesům, které v ní probíhají (atmosférické proudy, apod.) musela rozptylovat a přenášet i na odvrácenou polokouli. Naměřená teplota by tedy byla nižší než ta, kterou předpověděl matematický model. 

Exoplaneta Trappist-1b tedy nemá žádnou atmosféru, která by stála za zmínku. To mimochodem není vůbec překvapivé - překvapením by byla spíš hustá atmosféra. Planeta se nachází velice blízko své hvězdy, která navíc patří k tomu typu hvězd, které jsou proslulé svým výbušným temperamentem. Záření blízkého červeného trpaslíka muselo z planety už před delší dobou atmosféru doslova odfouknout. 

Další průzkum

Pouze vesmírný dalekohled Jamese Webba je dnes dostatečně citlivý na to, aby mohl provádět podobná měření.

Nyní se může věnovat průzkumu atmosfér dalších šesti exoplanet daného systému. Tři z nich (Trappist 1e - g) se nacházejí dokonce v takové vzdálenosti od centrální hvězdy, ve které by mohla na jejich povrchu panovat příznivá teplota a proto by tu mohla existovat tekutá voda nebo dokonce rozsáhlý oceán. 

Situace zůstává napínavá. Můžeme se těšit na další poznatky a na charakteristiky (možná existujících) atmosfér těchto exoplanet. A můžeme se jen dohadovat, jestli na nich existuje život - vždyť v první polovině existence života na Zemi se život nijak nepodílel na změně původní atmosféry naší planety. S produkcí kyslíku (spolehlivého znaku, že na planetě probíhá fotosyntéza) začaly bakterie až v druhé polovině této doby. 

Na druhou stranu … červení trpaslíci jsou hvězdy, které žijí dlouhou dobu poměrně klidným životem. I jejich planety tedy mohou být velice staré - a měly tedy dostatek času, aby se na nich život začal projevovat například fotosyntézou, tak jako se to stalo před miliardami roků na Zemi…