Vznik planet - nové úvahy (1)

Změnil nebo upřesnil objev exoplanet teorii formování planetárních soustav? Nové poznatky, které vědci získali pozorováním exoplanet. (délka blogu 5 min.) 

Ve vesmíru existují mračna plynu a prachu, která se díky vlastní gravitaci smršťují. Postupem času tak v centru vzniká hustší objekt, který se stane hvězdou - a kolem něj se vytvoří disk z původního materiálu mračna. Z takového disku se pak vytvoří planetární soustava a různé menší objekty: komety, planetky, apod. 

Na této teorii se v průběhu času moc nezměnilo. V posledních letech tu ale máme spoustu novinek, které se týkají objevů různých typů exoplanetárních systémů. Změnil se díky nim pohled na vznik cizích soustav? 

Sněžný předěl

Sněžný předěl vlastně odpovídá principu ročních období na Zemi. Zatímco se na naší planetě střídají teplá a studená období podle toho, jak se mění teplota na dané polokouli, existuje v meziplanetárním prostředí podobné dělení - jen se neaplikuje v čase, ale v prostoru. 

Čím blíže ke hvězdě, tím je tu tepleji. Blízko hvězdy je tedy “léto”, to znamená panují tu podmínky, ve kterých jsou různé plyny v plynném staru - zatímco daleko od hvězdy panuje věčná “zima”, tedy stav, kdy jsou tytéž plyny zmrzlé a nacházejí se v podobě ledu. 

Hranici, která obě části dělí, se říká sněžný předěl nebo sněžná hranice, případně sněžná čára. 

Pokud mluvíme o ledu, nemusí se jednat jen o vodní led. V planetárních soustavách se vyskytuje například led tvořený oxidem uhelnatým a uhličitým, tedy CO a CO2, a nejrůznějšími druhy uhlovodíků. Přesto je tato hranice pro různé druhy ledu zhruba stejná. Vezmeme-li si jako příklad Slunce, nachází se sněžná hranice přibližně ve vzdálenosti pěti astronomických jednotek.

Vznik planet

Pro vznik planet to pak znamená, že na počátku vývoje se dá disk rozdělit na tři hlavní části. 

Blíže ke hvězdě je hmoty celkem málo, disk je poměrně řídký, není tu led a plyny jsou odtud poměrně aktivně vytlačovány směrem k okraji disku. Měla by tu proto vznikat relativně malá kamenná tělesa. K těm patří v naší soustavě Země, Mars, Venuše a Merkur. 

Daleko od hvězdy by mohl být led a měla by tam vznikat ledová tělesa. Mohou mít různé velikosti - od malých, která by se později stala kometami, až po tak velká, jako jsou například Uran a Neptun. 

A uprostřed, kde je hodně hmoty a hodně plynu, který sem migroval z vnitřní části soustavy, mají vznikat obří planety. V naší planetární soustavě taková tělesa reprezentují Jupiter a Saturn. 

Různé skupiny planet se tedy formují v různých vzdálenostech od centrální hvězdy.  Zároveň je soustava poměrně plochá. Vysvětluje se to jednoduše. Vznikala totiž z plochého protoplanetárního disku. Objevy exoplanet a průzkum jejich soustav však ukázaly, že je tento obraz neúplný. 

Díky novému systému dalekohledů ALMA můžeme dnes přímo pozorovat výše zmiňovanou sněhovou čáru, tedy hranici, uvnitř které existuje CO jako plyn, zatímco ve vnější části soustavy se už tvoří led. Vidíme tu ale také různé jiné detaily. 

Zbytkové disky

Dnes víme, že pokud kolem hvězdy vidíme prachový disk, neznamená to, že se tam právě tvoří planety. Možná se už zformovaly před několika milióny roků a zůstal po nich tzv. zbytkový disk.

Ve vesmíru totiž existují dva typy disků. Jednak jsou to protoplanetární disky, v nichž se budou nebo právě tvoří planety, ale také takzvané zbytkové disky. V nich se nachází materiál, který zbyl po vzniku planetárního systému. Ne všechen prach se účastní na vzniku těles v planetárním systému. Zbytkové disky jsou navíc neustále přiživovány srážkami komet a planetek, létají v nich různé úlomky, které se neustále navzájem srážejí, až se dostanou do bodu, kdy se znovu rozmělní na prach. 

Horký Jupiter

Další novinkou byl objev obřích plynných planet, které se nacházejí v těsné blízkosti hvězd, tedy vzdálené méně než jedna astronomická jednotka. Někdy trvá oběžná doba takové planety kolem hvězdy jen několik dnů nebo hodin. 

To je docela překvapivé, tak velké planety by se tu rozhodně nacházet neměly. Vysvětlení souvisí s pohybem planet v plynném disku.

Pokud planeta rotuje v plynném disku, bude se v tomto disku také brzdit a pohybovat se směrem ke hvězdě. Přitom předává část své hybnosti okolnímu plynu. 

Zatímco planeta migruje směrem  k centrální hvězdě, vzniká mimochodem docela zajímavý efekt. Snižování vzdálenosti je spojeno s jevem, který se nám zdá být na první pohled nelogický. Tím, že se planeta brzdí, se totiž pohybuje následně rychleji. 

Zkušenost, kterou jsme získali z běžného života je opačná. To proto, že v běžném životě neuvažujeme o vlivu gravitace Slunce. Na pohyb planet má ale zásadní vliv. 

Čím blíže je k němu planeta, tím rychleji ho obíhá. Merkur má tedy například vyšší oběžnou rychlost než Země. Aby se Země dostala na oběžnou dráhu Merkuru a získala jeho rychlost,  musela by tedy zpomalit. 

Příště: Tvorba planet a Kuiperová pásu