Před deseti lety byla objevena první planeta, obíhající kolem jiné hvězdy, než je naše Slunce. Dnes už těchto vzdálených exoplanet znají astronomové hodně přes stovku a hledání života v kosmických dálkách tím dostalo zcela nové dimenze.
Na sklonku loňského léta pořídili astronomové z chilské observatoře Cerro Paranal snímky tělesa 2M1207 v souhvězdí Hydry. Jde o tzv. hnědého trpaslíka, což je nepříliš hmotný a poměrně chladný objekt, považovaný za přechodové stádium mezi planetami a hvězdami. Díky adaptivní optice, vyrovnávající chvění zemské atmosféry, spatřili astronomové nejen tento vesmírný objekt, ale i jeho oběžnici o hmotnosti pěti Jupiterů. Obíhá ve vzdálenosti více než 55 AU (astronomických jednotek) a jeden oběh jí trvá neuvěřitelných 2450 roků, čímž se naprosto liší od všech až dosud objevených exoplanet. Je to dáno tím, že jde o první exoplanetu, objevenou přímým pozorováním. Ostatní metody, které lidem umožňují nahlížet do dalekých světů, jsou nepřímé a jejich omezení spočívá v tom, že zatím dovedou odhalit jen velká tělesa na dráhách blízkých mateřské hvězdě.
Vlnící se hvězdy
Každá oběžnice působí svou gravitací na centrální hvězdu, která vůči ní není nehybná – obě vytrvale obíhají kolem společného těžiště. Z toho těží astrometrická metoda. Přestože je průvodce ze Země neviditelný, periodické vlnění ve vlastním pohybu centrální hvězdy ho stejně prozradí. Pokud by se podařilo změřit pravidelné výchylky v pohybu hvězdy, bylo by možné dokonce vypočítat i hmotnost obíhajícího tělesa a parametry jeho dráhy.
Už roku 1844 naměřil Friedrich Wilhelm Bessel periodické výchylky v pohybu hvězd Síria a Procyonu. Později se u nich skutečně našli menší hvězdní průvodci. Prvním astronomem, který oznámil objev planety u cizí hvězdy, byl v roce 1943 Kaj Strand – šlo o hvězdu 61 Cygni a k objevu posloužila právě astrometrie. Tutéž metodu použili i objevitelé průvodců Barnardovy hvězdy a také hvězd 70 Ophiuchi a Lalande 21185. V žádném z uvedených případů však nejsou výsledky jednoznačné a existenci planet se nepodařilo potvrdit jinými metodami. Má se dokonce za to, že jejich objevitelé přecenili přesnost svých měření – výchylky v pohybu hvězd jsou malé a přístroje na ně mnohdy nestačí. Astrometrie se proto při hledání exoplanet zatím příliš neosvědčila.
Mezi červenou a modrou
Pokud se na hvězdu díváme alespoň částečně v rovině oběžné dráhy jejího pro nás neviditelného průvodce, hvězda se k nám periodicky přibližuje a zase se od nás vzdaluje. Tato rytmická „přetahovaná“ je pro astronomy zjistitelná, díky Dopplerovu jevu, sledováním odchylek v polohách čar ve spektru centrální hvězdy. Pokud se hvězda vzdaluje, vlnová délka jejího světla je vyšší a čáry se posunují k červenému konci spektra; když se hvězda přibližuje, vlnová délka světla se krátí a čáry v jejím spektru se posunou k jeho modrému konci. Podle velikosti posuvu je možné spočítat rychlost vzdalování nebo přibližování hvězdy a ze změn této rychlosti i hmotnost neviditelného průvodce, jeho vzdálenost od hvězdy a dobu oběhu. Výhodou spektroskopické metody je, že při ní nehraje roli vzdálenost pozemského pozorovatele od objektu. Aby však jejím prostřednictvím mohly být zaregistrovány i tak malé objekty jako jsou planety, musí být měření tzv. radiální rychlosti hvězdy velmi přesné, řádově do metrů za sekundu. K tak vysoké přesnosti se vědci dobrali teprve až v polovině 90. let minulého století.
Konečně planety!
Periodické změny ve spektru hvězdy pozoroval už roku 1889 E. C. Pickering a objevil tak první ze spektroskopických dvojhvězd. Roku 1989, tedy o 100 let později, byl spektroskopicky objeven průvodce hvězdy HD114762, velký jako 11 Jupiterů. Ze Země se bohužel nedá zjistit, jak je ve vztahu k nám orientována jeho oběžná rovina. Nelze proto vyloučit, že je průvodce hvězdy ve skutečnosti hmotnější a že tedy jde o hnědého trpaslíka.
V první půli 90. let byly na podobném principu objeveny oběžnice u dvou pulsarů – rychle rotujících neutronových hvězd, které vznikají zhroucením jádra explodující supernovy. Přítomnost planet se u nich projevila periodickým zrychlováním a zpomalováním frekvence jinak velmi pravidelných rádiových signálů, které pulsary vydávají. Planety u pulsarů však nebyly takovými objekty, po nichž astronomové toužili.
K prvnímu nezpochybnitelnému objevu „normální“ exoplanety tak došlo až v říjnu 1995. Planetu o tehdy uváděné hmotnosti Jupitera (dnes se uvádí, že její hmotnost je zhruba poloviční) objevili Michel Mayor a Didier Queloz u hvězdy 51 Pegasi, která se velmi podobá našemu Slunci. Planeta ji obíhá ve vzdálenosti necelých 8 milionů kilometrů jedenkrát za čtyři a čtvrt dne. V lednu 1996 byly objeveny oběžnice hvězd 47 Ursae Majoris a 70 Virginis. Na podzim téhož roku bylo známo osm exoplanet; všechny díky spektroskopii.
Když je hvězda zakryta…
Nejstarší z metod, kterými se exoplanety hledají, je fotometrická metoda.
Abychom ji mohli použít, musí být dráha oběžnice orientována tak, aby těleso při pohledu ze Země přecházelo přes mateřskou hvězdu. Při každém z pravidelných přechodů dojde k poklesu jasnosti hvězdy, který dovedou dostatečně citlivé přístroje změřit. Ze získaných dat pak lze odhadnout rozměry a hmotnost oběžnice.
Už roku 1783 bylo takto zjištěno, že hvězda Algol v Perseu je zákrytovou dvojhvězdou. U exoplanet se fotometrii začalo dařit až v samotném závěru 20. století. Po nepotvrzených objevech planet u Bety Pictoris a dvojhvězdy CM Draconis se příznivci této metody konečně dočkali v roce 1999. Existence planety u hvězdy HD209458 byla zjištěna nejprve spektroskopicky a později potvrzena i fotometricky – při přechodu planety skutečně poklesla jasnost hvězdy. Loni v létě byla fotometricky zjištěna oběžnice o hmotnosti tří čtvrtin Jupitera u hvězdy TrES-1 v souhvězdí Lyry. Pravidelných poklesů jasnosti této stálice, vzdálené 500 světelných let, si povšiml pozorovatel, vybavený dalekohledem o průměru pouhých deseti centimetrů. V noci na 5. září 2004 byl pak tento jev poprvé v historii pozorován i z našeho území. Přechod planety přes hvězdu TrES-1 sledoval spolupracovník brněnské Hvězdárny a planetária Ondřej Pejcha.
Hvězdu prozradí světlo
Existují i další způsoby, které by v budoucnu mohly vést k objevům exoplanet.
Pomoci by mohly třeba gravitační mikročočky – když se planeta, obíhající v relativně velké vzdálenosti od mateřské hvězdy, dostane mezi pozemského pozorovatele a tuto hvězdu, ovlivní svou gravitací světlo, které kolem ní prochází. Planetu sice neuvidíme, ale její mateřská hvězda zvolna zjasní a kolem skutečné polohy hvězdy se vytvoří prstenec jejích obrazů.
Uvažuje se také o interferometrických pozorováních. Planety, ohřívané svými slunci, totiž vyzařují množství tepelné energie v infračervené oblasti, ve které hvězdy příliš nesvítí. Zatím však neexistují přístroje, které by toto záření byly schopny zachytit.
Poslední metodou, o níž už byla řeč v úvodu, je přímé pozorování exoplanet, ať už s pomocí obrovských dalekohledů nebo koronografů, což jsou dalekohledy, v nichž je možné odstínit světlo centrálního tělesa a pozorovat slabě zářící objekty, které se jinak skrývají v jeho záři. Pokud někdy v budoucnu umístíme podobné dalekohledy do odlehlejších oblastí Sluneční soustavy, možná se nám podaří spatřit nejen samotné exoplanety, ale i podrobnosti na jejich povrchu.
Co o nás vědí inteligentní bytosti?
Encyklopedie extrasolárních planet uváděla k 20. prosinci 2004 celkem 135 objektů ve 119 planetárních systémech; z toho ve 14 systémech obíhá víc než jedna planeta. Pět dalších planet se nachází u pulsarů. Existence dalších 20 těles je z nejrůznějších důvodů sporná. Většina dosud objevených planet je svou hmotností srovnatelná s Jupiterem nebo větší; jejich vzdálenost od mateřské hvězdy je ve většině případů pod hranicí 2 AU. Snahou astronomů však v budoucnosti bude i objevování těles, srovnatelných se Zemí. K tomu by jim měly pomoci zejména nové, přesnější a dokonalejší přístroje.
Mnohé z objevů posledních let svědčí o tom, že planetární systémy nejsou ve vesmíru ničím výjimečným. Pod vlivem tohoto poznání přibývá optimistů, kteří jsou přesvědčeni také o pověstné „mnohosti světů obydlených“ a nemají přitom na mysli jen bakterie nebo lišejníky. Pokud se však někde ve vesmíru skutečně nacházejí další inteligentní bytosti, co asi o nás vědí? Jsme i my součástí nějakého katalogu?
1 AU (astronomical unit, astronomická jednotka) je délková jednotka, odvozená ze střední vzdálenosti Země od Slunce – měří 149 597 870 kilometrů.
Jak vznikají planety
Nová hvězda se rodí gravitačním zhroucením prachoplynového oblaku. Přitom, jako vedlejší produkt, kolem hvězdy vzniká pomalu rotující plochý disk. Obsahuje prachová zrna, která se postupně slepují a vytvářejí planetesimály, zárodky planet. Jejich srážením vznikají stále větší a větší tělesa. Plynová složka disku slouží k tvorbě plynných planet. První prachoplynový (též cirkumpolární) disk se podařilo vyfotografovat roku 1984 u hvězdy Beta Pictoris. Od té doby jich bylo objeveno a vyfotografováno velké množství; v některých jsou zřetelné mezery, „vyčištěné“ pro nás neviditelnými protoplanetami.
Planeta versus hnědý trpaslík
Za planety se považují tělesa o hmotnosti menší než 13 Jupiterů. Objekty o hmotnosti 13 až 80 násobků Jupitera řadí astronomové k hnědým trpaslíkům, tělesům přechodného typu. Blíže než k planetám mají ke hvězdám – nevelká hmotnost jim však neumožňuje, aby v jejich nitru vzplála dostatečně účinná jaderná reakce. Probíhající procesy nicméně stačí k tomu, aby hnědí trpaslíci zářili slabým viditelným světlem. První z nich byli objeveni nedlouho před prvními exoplanetami; dnes jich je známo několik set.
Další vzdálené světy
HD 179949
Těleso obíhá svou hvězdu ve vzdálenosti 7 milionů kilometrů. Má hmotnost Jupitera a na jeden oběh mu stačí tři dny. Magnetické pole planety vytváří na povrchu hvězdy poruchu v podobě obří horké skvrny, která putuje souběžně s planetou.
HD 47536
Téměř 400 světelných let vzdálená hvězda větší než 23 Sluncí se stále rozpíná. Svého průvodce, vzdáleného 240-340 milionů kilometrů, pohltí v průběhu několika desítek milionů let. Před zkázou jej nespasí ani to, že je pět až desetkrát hmotnější než Jupiter.
HD 209458
V atmosféře planety o velikosti tří čtvrtin Jupitera, obíhající jednu z hvězd v souhvězdí Pegasa, našli vědci sodík, kyslík a uhlík. Na planetě však panují vražedné podmínky – obíhá totiž pouhých 6 730 000 km od své hvězdy.
PSR B1620-26
Do systému pulsaru a bílého trpaslíka v hvězdokupě M4 v souhvězdí Štíra, vzdáleného od nás 5600 světelných let, patří i planeta o velikosti 2,5 Jupitera. Soudí se, že je to vůbec nejstarší známá planeta – mohlo by jí být snad až 13 miliard roků. Naší Zemi i většině exoplanet je kolem 4,5 miliardy let.
S Ori 70
Těleso větší než 3 Jupitery, vzdálené od nás minimálně 125 světelných roků, bylo před 3 miliony let vymrštěno z mladé hvězdokupy Sigma Orionis a pohybuje se osaměle vesmírem. Hmotnost by ho řadila do kategorie planet, bývá však označován i za hnědého trpaslíka.
K dalšímu čtení:
Steven J. Dick: Život v jiných světech. Praha 2004
The Extrasolar Planets Encyclopaedia – http://www.obspm.fr/planets
http://www.volny.cz/hvezdarna/exoplanety.html
http://www.asu.cas.cz/~svanda/prace/exoplnt/exoplnt.htm
