Průzkum exoplanet: oblaka a podmínky pro život

Minulý blog se věnoval oblačnosti a klimatu Země. Pokud ovlivňuje oblačnost klima na naší planetě, musí mít ovšem logicky vliv i na klima na cizích planetách. (délka blogu 3 min.)

V posledních 30 letech prodělala naše technologie a s ní i astronomie obrovský pokrok: bylo objeveno více než 5000 exoplanet - většinu našly mise NASA Kepler a TESS. Dnes mimo jiné tušíme, že je většina exoplanet větší a daleko hmotnější než Země. Jen malá část cizích planet je podobná Zemi - je jich ovšem dost na to, aby zažehly naši zvědavost a fantazii. Může na nich existovat život? A jaké příznaky poukážou na existenci cizí civilizace nebo alespoň neuvědomělého života? Jak poznat planetu, na které se život vyvíjí, když máme k dispozici jen omezená data z odrazu světla danou planetou nebo dokonce jen údaje, které mohou naše teleskopy zachytit při pozorování jejího přechodu přes kotouč hvězdy?

Význam oblačnosti při výzkumu exoplanet

Věda má naštěstí k dispozici ještě obrovskou živou laboratoř - a tou je naše vlastní planeta. Z toho, co pozorujeme na ní, můžeme odhadovat jevy, které se dějí na jiných planetách. Ukázalo se například, že oblaka mají zásadní vliv na klima, ovlivňují transport vody a tepelné energie. Kromě toho jsou na naší planetě všudypřítomná a na klima má vliv nejen jejich existence, ale také jejich vlastnosti.

Oblaka byla objevena také na Venuši - i když tu mají samozřejmě úplně jiné chemické složení - a na jednom z největších měsíců ve Sluneční soustavě, na Titanu. Dokonce i na poměrně vyschlé a studené planetě, jakou je Mars, byla v řídké atmosféře objevena oblačnost.

I na cizích planetách budeme dříve nebo později díky novým technologiím moci pozorovat oblaka - a budeme moci dělat závěry o možnosti života na povrchu těchto planet.

Klimatické modely

Situace samozřejmě není vůbec jednoduchá. Oblaka ovlivňují energetickou bilanci planety složitým způsobem. Působí jako zdroje vlhkosti, ovlivňují teplotu a stabilitu atmosféry a mají vliv na pohlcení nebo odrážení záření, které na planetu dopadá. Navíc na samotné klima mají velký vliv lokální podmínky. Pokud tedy vědci simulují klima, jedná se jen o nedokonalé a velice zjednodušené modely, kterými musíme vzít zavděk jen proto, že zatím nejsou vyvinuty systémy, které by byly dokonalejší.

Jisté je ale, že oblaka ovlivňují pozorovatelné chování planet, hlavně jejich albedo a spektrum světla, které pak zachytí naše teleskopy.

Vztah mezi rychlostí rotace, rozložením oblaků a planetární albedem

Díky počítačovým modelům zjistili vědci, že rychlost rotace cizí planety ovlivňuje rozložení oblaků v její atmosféře a navíc ovlivňuje sezónnost cirkulace těchto oblaků.

Při nízkých rychlostech planetární rotace existuje na letní polokouli silná oblačnost, zatímco na té polokouli, kde právě panuje zima, je oblačnosti málo.

To se mění při vyšších rychlostech rotace planety. Tehdy dochází k jasnějšímu rozlišení mezi ročními obdobími spíše kolem jarní a podzimní rovnodennosti, kdy je podzimní polokoule výrazně oblačnější než ta, na které je právě jaro.

Sezónní výskyt oblaků v atmosféře planety má pak samozřejmě vliv na planetární albedo, tedy schopnost odrážet dopadající energii - světlo z centrální hvězdy.

I tady záleží na tom, jak rychle planeta rotuje. Planetární albedo dosahuje vrcholu tehdy, když je rychlost rotace exoplanety poloviční než u Země. Při nižších a vyšších rychlostech rotace se naopak snižuje.

Zajímavé je také, že existence oblaků má v počítačové simulaci za následek pokles ročního průměru srážek. Důvodem je jistě vliv oblaků na energetickou bilanci planety.

Množství srážek v situaci, kdy oblaka chybí, roste s narůstající rychlostí rotace planety. Naopak v případě, že na ní existuje oblačnost, vytváří se maximální srážky při rychlosti rotace, odpovídající 0,125 rychlosti rotace Země.

Všechny tyto sice fascinující, ale na první pohled nedůležité detaily jistě pomohou v budoucnu odhadovat skutečný stav a situaci v atmosféře pozorovaných exoplanet.

Budoucí studie se mají věnovat také sezónním změnám oblačnosti a vlivu ročních období na klima vzdálených světů, které jsou nám díky rozměrům ve vesmíru fyzicky nedostupné. S každým takovým novým střípkem do velké mozaiky vědy, se tedy dostáváme blíž k odpovědi na dávnou otázku: mohl se na cizích planetách vyvinout život v takové formě, v jaké ho známe na Zemi? A pokud ano - jak vypadá a má s námi něco společného?

^{Zdroje: Daniel A. Williams et al 2024 ApJ 963 36, DOI 10.3847/1538-4357/ad192f}