Klávesové zkratky na tomto webu - základní­
Přeskočit hlavičku portálu


Grün: Do poloviny století chce lidstvo najít druhou Zemi

aktualizováno  0:01
Planet mimo sluneční soustavu rychle přibývá. Je mezi nimi i druhá Země? Ředitel pražského planetaria Marcel Grün vás v exkluzivním článku seznámí s nejnovějšími poznatky.

Darwin by mohl detekovat ozon nejbližších na exoplanetách

Dnešní vydání statistiky počtu planet uvádí 232 kandidátů (bez pulsarů); 224 je pozorovatelných metodou měření radiálních rychlostí a u 20 exoplanet můžeme sledovat přechody přes mateřské hvězdy a zákryty za nimi.

Objevy jsou zatím především dílem pozemní astronomie (jeden z nich je dokonce výsledkem amatérských pozorování!), avšak na detailnějším výzkumu se stále víc budou podílet družicové observatoře.

Exoplanety podle Hubblea

Do studia extrasolárních planet se zapojil i slavný Hubbleův kosmický dalekohled (HST), který pracuje od roku 1990 – ovšem ani ten není schopen pozorovat exoplanety přímo. Koncem dubna 2004 asi týden zkoumal pomocí kamery Advanced Camera for Surveys změny jasnosti 180 tisíc hvězd v souhvězdí Střelce v oblasti o ploše asi 2% měsíčního úplňku, kde se naskýtá pohled k nitru Galaxie. V rámci programu SWEEPS (Sagittarius Window Eclipsing Extrasolar Planet Search) bylo metodou tranzitní fotometrie objeveno 16 kandidátů na exoplanety.

HST pozuje Sweeps-04 Upsilon And HST v akci

Patří mezi tzv. horké Jupitery – toto označení je výstižné, protože jde o obří plynné planety, obvykle hmotnější než náš Jupiter, které kolem svých mateřských hvězd obíhají velmi blízko, takže jeden oběh jim obvykle trvá nejvýše několik dnů. Nesporně na nich panují extrémně vysoké teploty, blížící se teplotám chladných hnědých trpaslíků. Ve Sluneční soustavě nemá takové těleso obdoby. Není to ale úplně exotický případ, protože podobných objektů je mezi extrasolárními více.

Zárodky olanet (proplydy) v M42 z HST

Tak blízko své hvězdy snad nemohly vzniknout, spíše se vytvořily ve vzdálenějších, chladnějších oblastech tamního planetárního systému a do blízkosti hvězdy se dostaly postupným pohybem po spirále. Odhadujeme, že až 15% z celkového počtu dosud známých exoplanet jsou horcí Jupiteři, takže v naší Galaxii jich mohou být stamiliony až miliardy. Rekordně krátkou oběžnou dobu má SWEEPS-10, která kolem centrální hvězdy – chladného červeného trpaslíka – oběhne každých 10 hodin ve vzdálenosti jen trojnásobku vzdálenosti Země – Měsíc. Její teplota dosahuje 1700 °C – má hmotnost nejméně 1,6 Jupiteru, ale horní hranici ještě neznáme.

SWEEPS-10 představa.jpg

Systematickou přízeň věnoval HST planetě u hvězdy HD 209458 v souhvězdí Pegase, nacházející se ve vzdálenosti asi 150 světelných roků od nás - svými parametry se velmi podobá Slunci a můžeme ji na obloze vidět už malým dalekohledem. HD 209458b je jednou z nejprozkoumanějších exoplanet, neboť z našeho pohledu přechází přes disk své mateřské hvězdy a byla první exoplanetou pozorovanou roku 1999 tranzitní metodou (i když objevena byla metodou radiálních rychlostí). Právě světlo procházející atmosférou exoplanety při přechodu přes hvězdu umožnilo analyzovat strukturu a chemické složení atmosféry.

Planet. disk kolem HD141569 z HST

Dva roky po objevu pořídil kosmický teleskop HST spektrum hvězdy během zákrytu planetou a porovnáním s běžnými spektry bylo poprvé odhaleno, že exoplaneta má atmosféru! Nejprve byla objevena přítomnost sodíku. Spektrografem STIS bylo později v ultrafialovém oboru zjištěno, že kolem exoplanety se do vzdálenosti přes 200 tisíc km rozkládá rozsáhlý vodíkový oblak. V lednu 2004 bylo publikováno, že atmosféra planety obsahuje jak kyslík, tak uhlík.

Spektrum exoplanety

O planetě HD 209458b dnes víme, že patří mezi horké Jupitery. Má průměr 1,3x větší než největší planeta sluneční soustavy a 2/3 její hmotnosti. Ale obíhá velmi blízko mateřské hvězdě. Pouhých 7,6 milionu kilometrů, což je 8x blíž než v případě Merkuru, Slunci nejbližší planety. U své hvězdy je tak blízko, že jeden rok na této planetě trvá jen 3,5 pozemského dne.

Počátkem letošního roku bylo publikováno další cenné pozorování HST: horký vodík uniká do kosmického prostoru, a atmosféra planety tak připomíná chvost svérázné komety. Teplota v této vnější vrstvě je dokonce vyšší než povrchová teplota Slunce a každou sekundu se do prostoru přestěhuje asi 10 000 tun plynu!

Infračervené oči lepší než má had

„Když jsme před léty Spitzera navrhovali, nepředpokládali jsme, že by mohl způsobit revoluci ve výzkumu extrasolárních planet“, prohlásil nadšeně Michael Werner, jeden z vedoucích vědeckých pracovníků Jet Propulsion Laboratory v Pasadeně. Měl na mysli téměř tunovou observatoř za více než miliardu dolarů, pojmenovanou po americkém astrofyzikovi Lymanu Spitzerovi (1914-1997), který roku 1946 navrhl vypuštění astronomické observatoře do vesmíru. Startovala v červenci 2003 na neobvyklou heliocentrickou dráhu blízkou dráze Země, po níž se od nás zvolna vzdaluje rychlostí asi 15 mil. km/rok. Hlavním přístrojem je dalekohled typu Ritchey-Chrétien o průměru primárního beryliového zrcadla 0,85 m s detektory, chlazenými kapalným héliem pod –267 °C, jehož zásoby by mohly v ideálním případě vystačit na pět let.

Spitzer 0,85m primátní zrcadlo z berylia

Zkoumá vesmír ve spektrálním oboru infračerveného, tedy teplotního záření. Fotometrie se provádí v širokém rozsahu od 3 do 180 mikrometrů (po staru mikronů), spektroskopie od 5 do 40 mikrometrů a spekrofotometrie od 5 do 100 mikronů. Cílů má mnoho - od studia vzdálených galaxií, mlhovin a hvězdokup, přes vznikající hvězdy, hnědé trpaslíky až po velké exoplanety.

Ilustrace Spizeru ve vesmíru Dalekohled Spitzer

Planety jiných hvězd nemá za úkol objevovat, nýbrž v okruhu několika set světelných roků se zaměřuje na jejich hlubší výzkum metodou transitní fotometrie. Zatímco ve viditelném světle je planeta jen neobyčejně slabým zdrojem záření (vždyť svítí pouze světlem odraženým), v oboru tepelného záření může být detekovatelná mnohem lépe, zvlášť když jde o „horké Jupitery“.

Infračervené snímky disku kolem hvězdy Fomalhaut (Spitzer) Záběry Velkého magellanova oblaku (LMC) z observatoře Spitzer

V březnu 2005 byla publikována první „přímá“ pozorování exoplanet HD 209458b (vícepásmovým zobrazujícím fotometrem kolem 24 mikrometrů) a TrES-1 (infračervenou kamerou kolem 8 mikrometrů). Vyplynulo z nich, že teplota těchto podivných těles je kolem 730 °C.

Dvojí tvář horkých Jupiterů

V létě 2006 Spitzer uskutečnil první měření teplot na denní a noční polokouli jiné exoplanety z kategorie horkých Jupiterů. Infračervený pohled na planetu byl neočekávaný: denní strana je horká jako „oheň“, noční strana je chladná jako „led“.

Představa horkého Jupiteru

Šlo o exoplanetu „b“ o hmotnosti asi 0,7 Jupiter, objevenou již roku 1966 v planetární soustavě známé jako Upsilon (u nás správně „ypsilon“) Andromedae. Oběhne svou hvězdu každých 4,6 dnů a odborníci se domnívají, že za stejnou dobu se otočí kolem osy (má tedy tzv. vázanou rotaci), takže ke hvězdě je přivrácena stále stejnou stranou. Známe to od našeho Měsíce. Měření trvající pět dní ukázala, že rozdíl mezi teplotou na noční a denní straně je asi 1 400°C!

Hvězda ypsilon Andromedae je od Země vzdálená 40 světelných roků a můžeme ji spatřit v noci na podzimní obloze v souhvězdí Andromedy i pouhým okem jako objekt 4. magnitudy. Kolem ní obíhají ve větší vzdálenosti ještě další dvě planety. Byly objeveny roku 1999 a jejich hmotnost je 2x a 4x větší, než je hmotnost Jupiteru. Na obrázku jsou znázorněny dva grafy – nahoře jsou změny teploty na exoplanetě „Upsilon Andromedae b“, dole je pro srovnání změna teploty hypotetické planety s podobnými rysy jako má Jupiter; kolem je představa toho, jak by mohla taková planeta vypadat na své oběžné dráze.

Hvězda HD189733

Spitzer podrobněji zkoumal i okolí hvězdy HD 189733, kterou bychom už malým dalekohledem našli jako objekt 7,7 magnitudy v souhvězdí Lištičky. Ve vzdálenosti 63 světelných roků od nás leží hvězda o něco chladnější než Slunce, s povrchovou teplotou zhruba o 1500 stupňů nižší (takovou mají sluneční skvrny). Hmotnost je určena zatím jen přibližně (kolem 0,8 hmotnosti Slunce), průměr má asi 0,75 průměru Slunce. Není sama: je součástí dvojvězdy a obíhá kolem společného těžiště spolu s červeným trpaslíkem, nacházejícím se zhruba 216 astronomických jednotek od ní (to je 216x dál než Země od Slunce).

Tranzit HD 189733

Nás však především zajímá, že tato dvojhvězda má planetární systém. Zatím víme o jedné exoplanetě – HD 189733 Ab, objevené roku 2005, kterou naštěstí můžeme pozorovat i metodou tranzitní fotometrie. Exoplaneta o hmotnosti 1,1 až 1,2 hmotnosti Jupiteru (a průměru rovněž asi 1,2x větším než Jupiter) obíhá kolem primární složky po mírně eliptické dráze ve vzdálenosti 4,7 milionů km a jeden oběh jí trvá 2,22 dnů. Planeta má průměr 17% průměru hvězdy, takže při tranzitu dochází k poklesu jasnosti o celá 3% - největšímu, jaký byl dosud pozorován.

V infračerveném oboru je poměrně výrazná a roku 2006 Spitzer změřil její teplotu na přibližně 850 °C, což je velmi blízko teplotám exoplanet TrES-1 and HD 209458 Ab. Letos v únoru byla publikována první přímá spektroskopická měření, z nichž vyplývá povrchové rozložení teplot v rozsahu od zhruba 650 do 950 °C, což nasvědčuje tomu, že teplo hvězdy je docela rovnoměrně distribuováno. Maximální teploty panují v oblasti posunuté oproti substelárnímu bodu povrchu exoplanety asi o 20° východně, takže předpokládáme-li vázanou rotaci, musí v atmosféře zřejmě proudit silný východní vítr o rychlosti téměř 10000 km za hodinu. Zcela jiná příroda horkého Jupiteru než u ypsilon v Andromedě...

V květnu, tedy právě před několika dny, pak NASA publikoval první teplotní mapu planety u jiné hvězdy. Data o HD 189733 Ab získal Spitzer v říjnu 2006.

Nejbližší desetiletí

I když vývoj techniky pozemních dalekohledů je v posledních letech doslova neuvěřitelný, je zřejmé, že pro rozvoj extrasolární planetární astronomie bude brzy nezbytná součinnost s observatořemi v kosmickém prostoru. HST po plánované opravě a infračervená observatoř Spitzer jistě ještě neřekly poslední slovo.

HST při opravě

Objevitelé tzv. „superzemě“ nyní kontaktují tým malé (a velmi levné) kanadské družice MOST (Microvariability and Oscilations of Stars), na níž od roku 2003 funguje astronomický dalekohled o průměru 15 cm pro přesná fotometrická měření jemných oscilací jasnosti hvězd do 6. magnitud v optickém oboru s fotometrickou přesností 10-6. Ta by mohla zjistit, zda relativně malou exoplanetu nelze pozorovat tranzitní fotometrií.

Fotometr družice MOST Družice MOST se svým hlavním tvůrcem prof. Matthewsem

Počátkem února t. r. byla zahájena pozorování francouzské astronomické družice COROT (COnvection, ROtation des Étoiles et Transits des Planètes Extrasolaires) s afokálním zrcadlovým dalekohledem o průměru 27 cm, vybaveným mj. dvěma detektory s maticemi CCD 2048x2048 pixelů pro detekci exoplanet tranzitní metodou.

Příprava družice COROT Závěr montáže družice COROT Družice COROT při integraci

Na snímku o objemu 109 Mbit mají obrazy hvězd přibližně 80 pixelů a při expozici 32 s se předpokládal záznam relativní změny jasnosti o 0,01% u hvězd do 13. magnitudy, což je 100x lepší, než dnes dovedeme na Zemi. Družice startovala 27.12.2006, 18.01.2007 byl otevřen ochranný kryt dalekohledu, který byl zaměřen do oblasti souhvězdí Jednorožce (a náhodně byl zaregistrován úlomek stupně nosné rakety Delta, vypuštěné v roce 1984) a 3.02. družice zahájila vědecká měření.

Družice COROT na dráze 

1. května došlo k prvnímu objevu. Po 50 dnech měření byla nalezena exoplaneta COROT-Exo-1b, obíhající kolem hvězdy podobné Slunci ve vzdálenosti 1500 světelných roků v souhvězdí Jednorožce. Je to opět „horký Jupiter“ s dobou oběhu jen 1,5 dne o průměru 3,55x větším než Jupiter (v součinnosti s pozemním pozorováním byla stanovena hmotnost asi 1,3x větší než má Jupiter). Během příštího 2,5 roku očekávají odborníci tisíce takových objevů (proměří se asi 120 tisíc hvězd) a vzhledem k lepší přesnosti měření (změny jasnosti 0,005%), než se očekávalo, doufají reálně i v nejméně několik desítek detekcí exoplanet, srovnatelných hmotností se Zemí.

Na podzim 2008 je plánován start americké sondy KEPLER na heliocentrickou dráhu blízkou dráze Země. Její fotometr o průměru 0,95 m bude nejméně čtyři roky proměřovat asi 100 tisíc hvězd do 15. magnitudy, přičemž cílem je tranzitní fotometrickou metodou odhalit především exoplanety 30- až 600x méně hmotné než Jupiter, obíhající v ekosférách kolem hvězd typu Slunce v našem koutě Galaxie.

Kepler hledá novou  Primární zrcadlo družice Kepler Mléčná dráha v Labuti s pokrytím fotometrem Kepler

Očekává se objevení asi 50 exoplanet o poloměru Země, 180 planet o poloměru 1,3x větším a přes 600 planet o poloměru zhruba 2,2x větším...

Plány na příští desetiletí

Prvním krokem do nového desetiletí mělo být pro NASA vypuštění interferometru na oběžnou dráhu kolem Země v roce 2010. Podle současného zmražení amerického kosmického rozpočtu dojde ovšem ke startu podstatně později, nejspíš kolem roku 2015 pod názvem SIM PlanetQuest (Space Interferometry Mission).

Vývoj SIM Ilustrace SIM ve vesmíru

Systém bude mít dvojici zrcadel o průměru 0,3 m se základnou 9 m. To bude příležitost pro aplikaci stařičké astrometrické metody, která se tak může plně rehabilitovat. Odborníci doufají, že SIM během deseti let detailně prostuduje asi sto nejbližších hvězd – jejich polohy bude měřit s přesností na čtyři miliontiny obloukové vteřiny, tedy několiksetkrát přesněji než kdykoliv v minulosti, což umožní mj. přesně spočítat jejich vzdálenosti.

Jedna z představ, co by mohl pozorovat SIM

Orientačně pak prozkoumá tisíce hvězd vzdálenějších. Hlavním cílem je detekce planet podobných Zemi: o hmotnostech 1 až 3 hmotnosti Země u hvězd do vzdálenosti 25 světelných let, detekce planet o hmotnostech 3 až 20 hmotností Země u hvězd ve vzdálenostech 25 až 100 světelných let a určení absolutních hmotností exoplanet, objevených pozemními dalekohledy.

Nový census hvězd chystají evropští vědci: kosmická agentura ESA plánuje start družice GAIA s tímto cílem po roce 2011 – a mezi participujícími týmy mají být i dva české. Observatoř má být uvedena do libračního bodu L2 asi 1,5 milionu kilometrů od nás a data přenášet rychlostí až 5 Mbit/s. Bude to grandiózní dílo: během pěti let má být opakovaně (až sedmdesátkrát) proměřena miliarda hvězd naší Galaxie a přesně určena jejich poloha, vzdálenost, vlastní pohyby i změny jasnosti. Mezi statisíci dosud neznámých objektů budou určitě i tisíce nových exoplanet a hnědých trpaslíků.

¨Přesnost určení polohy hvězd do 15 magnitudy bude odpovídat měření průměru lidského vlasu na vzdálenost 1000 km. První podobná astrometrická družice, Hipparcos, měřila v letech 1989–1993 polohy hvězd do 12 magnitudy s přesností odpovídající průměru lidského vlasu na vzdálenost 20 kilometrů; pro 120 tisíc hvězd získala polohy s přesností 0,002". Data se tehdy vešla do 16 svazků; nový katalog s údaji o miliardě hvězd bude mít rozsah 160 tisíc svazků, takže místo jednoho knižního regálu by v tištěné formě zabral „polici“ o délce z Amsterdamu do Paříže...

Zlatá éra teprve přijde

A pokud se vše zdaří, nastane po roce 2013 díky kosmickému dalekohledu James Webb Space Telescope (JWST) o průměru 6,5 metru optimalizovaného na infračervenou část spektra. I když hlavní těžiště výzkumu leží jinde, bude využit i pro získání infračervených snímků slabých hvězdných průvodců.

JWST

Někdy po roce 2015 má odstartovat evropská flotila DARWIN, sestávající ze tří velkých teleskopů (každý o průměru nejméně tři metry) spřažených dohromady. Nejenže bude moci pozorovat terrestrické exoplanety, ale umožní i počáteční výzkum podmínek na nich, zejména s ohledem na stopy života. Dosud však není jisté, zda na tento projekt bude mít Evropa dost peněz, příp. zda nedojde k propojení s americkým programem (precedentem bylo před časem zrušení evropské družice Eddington)....

Jedna z družic flotily Darwin Darwin by mohl detekovat ozon nejbližších na exoplanetách Původní představa flotily Darwin

Systém NASA, jehož koronograf by měl vzlétnout v téže době (a interferometr kolem roku 2020 – bohužel však všechno nasvědčuje výraznému posunutí termínů do budoucnosti), bude již schopen komplexního studia hlavních charakteristik malých exoplanetárních těles v okolí 50 světelných roků od nás včetně pořízení snímků o nejméně dva řády lepších, než to svede Hubble. Název je stejně výstižný, jako slibný: „TERRESTRIAL PLANET FINDER“.

TPF - verze interferometr TPF - verze koronograf

Bude to první krok k tomu, abychom někdy v polovině tohoto století měli šanci ji najít. Druhou Zemi.

ing. Marcel GrünO autorovi:

Ing. Marcel Grün

Narodil se 20. listopadu 1946 v Chebu. Vystudoval fakultu strojní ČVUT a pokračoval pedagogikou.
Astronomií a kosmonautikou se zabývá téměř celý život; od 15 let byl demonstrátorem Štefánikovy hvězdárny. Od roku 1967 pracuje v Planetáriu Praha, nyní je ředitelem Hvězdárny a planetária hl. m. Prahy.

Věnuje se zejm. výuce a popularizaci astronomie, kosmonautiky a kosmického výzkumu. Na svém kontě má několik knih a byl oceněn i jako popularizátor vědy; od r. 1999 nese jeho jméno planetka č. 10443. Desítky let působil v různých funkcích v České astronomické společnosti, nyní je mj. členem Rady pro kosmické aktivity při MŠMT, předsedou Sdružení hvězdáren a planetárií a  předsedou dozorčí rady České kosmické kanceláře, u jejíhož zrodu stál.

Autor:




Hlavní zprávy

Další z rubriky

Družice VZLUSAT-1
Česko má po 21 letech funkční družici. Poslechněte si, jak pípá

Pro Slovensko to byla premiéra, pro Českou republiku reparát po 14 letech. Poslední plně funkční družici vypustila naše země na oběžnou dráhu v roce 1996. Byl...  celý článek

Ilustrace základny na Marsu
Lidi na Mars hned tak nepoletí, není dost peněz, ozvala se NASA

Americký prezident Donald Trump by chtěl dostat lidi na Mars nebo alespoň znovu na Měsíc. Má to však háček: NASA na to nemá peníze.  celý článek

Přímý přenos zvuků přírody z jižních Čech do vašich sluchátek. V reálném čase,...
V noci horor, přes den ptačí ráj. Co se děje v lese, když tam nejste

Téměř dvě stě druhů ptáků, hmyz, ježci, žáby, lesní zvěř. Na přímém přenosu SlowRadio pro vás nezištně pracují tisíce zvířátek. Ornitolog Zdeněk Vermouzek...  celý článek

Najdete na iDNES.cz



mobilní verze
© 1999–2017 MAFRA, a. s., a dodavatelé Profimedia, Reuters, ČTK, AP. Jakékoliv užití obsahu včetně převzetí, šíření či dalšího zpřístupňování článků a fotografií je bez souhlasu MAFRA, a. s., zakázáno. Provozovatelem serveru iDNES.cz je MAFRA, a. s., se sídlem
Karla Engliše 519/11, 150 00 Praha 5, IČ: 45313351, zapsaná v obchodním rejstříku vedeném Městským soudem v Praze, oddíl B, vložka 1328. Vydavatelství MAFRA, a. s., je členem koncernu AGROFERT.