Astronomie prožívá své zlaté období. Jednou z příčin je úžasný technický pokrok, díky kterému se otevřely dveře celkem nové oblasti, o které se dlouho astronomům jenom snilo, objevům planet při cizích hvězdách. Může se na nich vyskytovat život?
V současnosti známe již více než 190 takzvaných extrasolárních planet a jejich počet se rychle zvyšuje. Jaké podmínky musí být splněny, aby hvězdný systém mohl být hostitelem života, kde přesně a kolem jakých hvězd máme očekávat a hledat jeho přítomnost?
Zranitelná planeta
Podívejme se nejdříve na Galaxii jako celek. Pojem galaktická obyvatelná zóna označuje oblast, kde se mohou vyskytovat hvězdy, kolem kterých mohou obíhat planety s rozvinutým životem. Záleží vůbec na tom, kde se hvězda v Galaxii nachází? Co má například naše hvězdná obloha společného se životem na Zemi? Odpověď je jednoznačná, ano, záleží, a to dokonce výrazně!
Existují totiž tři hlavní příčiny velkých vymírání na Zemi: zvýšená sopečná činnost, dopady asteroidů anebo komet a záblesky gama záření z vesmíru (tzv. GRB – Gamma Ray Bursts).
I když první příčina má zdánlivě výlučně pozemský původ, přece jen může částečně souviset s příčinou druhou. Dopady nebeských těles totiž mohou narušit zemskou kůru. V místě dopadu se pak mohou soustředit seizmické vlny a vyvolat tak zvýšenou sopečnou aktivitu.
Pohroma z vesmíru
Dopady asteroidů a komet již prokazatelně způsobily anebo přinejmenším byly hlavní příčinou například známého vymření dinosaurů. Pozůstatkem katastrofy je kráter Chicxulub s průměrem 180 km, nacházející se na rozhraní moře a souše při mexickém poloostrovu Yucatan, pokrytý hrubou vrstvou usazenin.
Takové události jsou způsobeny zejména tím, že se do středu sluneční soustavy dostanou tělesa z takzvaného Oortova mračna na jejím okraji, které obsahuje několik miliard kometárních jader. Jestliže dojde k narušení jejich drah, způsobenému třeba výbuchem blízké supernovy, přiblížením se jiné hvězdy ke Slunci nebo přechodem Slunce přes hustější mezihvězdné mračno prachu a plynu, vydají se na cestu blíže ke Slunci tisíce a tisíce nových komet. Některá z nich (postačuje i jedna) pak může zatřást vývojem života na Zemi.
Osudná vteřina
V případě GRB vzplanutí se zas jedná o extrémně silné a krátce trvající záblesky gama záření, které je energetičtější a mnohem nebezpečnější než známější rentgenové záření. Takové záblesky mohou trvat několik vteřin (vznikají při výbuchu supernovy – zániku velice hmotné hvězdy) nebo se mohou odehrát jen ve zlomku vteřiny (při splynutí dvou neutronových hvězd či vzniku černé díry).
Jestliže se kterýkoliv z nich vyskytne příliš blízko Země, způsobí, podle nejnovějších počítačových simulací, rychlé zničení ozónové vrstvy Země na několik let. Země tak ztratí ochranu před UV zářením a následuje pak velké vymírání rostlin a živočichů (včetně planktonu v moři). Je to tedy jenom záblesk, zlomek vteřiny či maximálně několik vteřin, ale Země se kvůli němu může úplně změnit na stovky miliónů let.
Jaké hvězdy budeme vybírat?
Jestli tedy chceme najít život ve vesmíru, musíme hledat hvězdy, které měly dostatek času na to, aby se na jejich planetách vyvinul a udržel život tak jako na Zemi. Musíme proto vybrat hvězdy, které se nacházejí v takových oblastech Galaxie, kde se to nehemží velkým množstvím hvězd a mezihvězdných mračen. Právě z nich totiž hrozí uvolňování komet (z oblaků obklopujících hvězdy, podobných Oortovu oblaku kolem Slunce) a výbuchy supernov (a smrtících GRB).
Existují však ještě další podmínky. Rané hvězdy ve vesmíru vznikly pouze z vodíku a helia, dvou nejlehčích prvků, z kterých se skládal vesmír na počátku svého vzniku. Až postupem času začaly ve hvězdách, díky termonukleárním reakcím, vznikat těžší prvky (uhlík, kyslík, železo…), z kterých jsou složeny planety pozemského typu a také živé organismy. Bez těžších prvků není vznik takových planet ani života možný.
Na počátku vesmíru tudíž život vzniknout nemohl! Musel si nejprve „chvíli“ počkat, až první hvězdy vyrobí těžší prvky, vybuchnou jako supernovy, obohatí o ně prostor a z nich se poté zformují nové hvězdy s jejich planetami. Prakticky všechny prvky na naší planetě (kromě zmíněných nejlehčích), včetně vašeho těla, tak byly vyrobeny v termonukleárním kotli dávno mrtvých hvězd.
Koncentrace prvků však nesmí být příliš veliká, protože v takovém případě by se v discích kolem hvězd, z kterých vznikají planety, vyskytovalo příliš veliké množství asteroidů a komet.
Galaxie lapené v počítači
Nedávno uskutečnili vědci velice zajímavé počítačové simulace, do kterých zahrnuli všechny výše zmíněné podmínky pro nalezení oblasti, v které se může vyskytovat rozvinutý život.
Na počátku vzniku Galaxie nebylo dost těžkých prvků na vytvoření planet pozemského typu. Postupem času, jak o ně hvězdy obohacovaly prostor, se objevila galaktická obyvatelná zóna a postupně se rozšiřovala. Jestliže tedy chceme zvýšit pravděpodobnost nalezení života kolem jiných hvězd, víme nyní kam se zaměřit. Ze simulace vyplývá, že největší pravděpodobnost nalezení života je kolem hvězd starých cca 2 – 4 miliardy let a vzdálených od centra Galaxie cca 20 000 světelných let.
A jak je takový život vůbec možné na dálku najít? Poměrně jednoduše! Jakýkoliv život pozemského typu se totiž bude projevovat charakteristickým složením atmosféry mateřské planety a to už dnes vědci dokážou pomocí přístrojů (tzv. spektrometrů) rozpoznat i na dálku.
To je sice pěkné, ale výskyt života přece jen závisí hlavně na hvězdě samotné. Vhodné oblasti Galaxie jsme si už ale vytyčili, a tak namísto stovek miliard hvězd bude vědcům stačit studovat o několik řádů hvězd méně.
Hlavní podmínkou je voda
Jaké podmínky však musí pro rozvoj života ve svém okolí splnit samotná hvězda? Především to nesmí být takzvaná fyzicky proměnná hvězda, to znamená, že její svítivý výkon musí být relativně stálý. Jinak by totiž docházelo k prudkým změnám, střídavému spalování či zmrznutí života. Už i jen několikaprocentní rozdíl ve výkonu hvězdy má totiž dalekosáhlé následky pro obíhající planety. Takových vhodných hvězd je poměrně hodně. Jejich společnou vlastností je, že procházejí stabilní fázi svého života, kdy poklidně spalují vodík na helium.
Velikost hvězdné obyvatelné zóny ale závisí také na celkovém výkonu mateřské hvězdy. Čím je hvězda svítivější, tím dále se zóna života kolem ní rozprostírá. Hlavní podmínkou je, aby v dané oblasti mohla na planetě existovat voda v tekutém skupenství, což je nevyhnutný předpoklad vzniku a rozvoje života pozemského typu.
Rozsah zóny se tedy dá jednoduše vypočíst z výkonu hvězdy a odpovídající teploty prostředí (musí být 0-100˚C). Na základě takového výpočtu se například obyvatelná zóna v sluneční soustavě rozprostírá od 0,7 až po 1,5násobek vzdálenosti Země od Slunce.
Výskyt tekuté vody na povrchu planety a tedy i rozsah obyvatelné zóny závisí však také na planetě samotné, zejména na její velikosti, hustotě a složení atmosféry. Ta dokáže díky skleníkovému efektu udržet dostatečnou teplotu na planetě i tehdy, když se nachází relativně daleko od mateřské hvězdy.
I u planet je důležitá zdravá hmotnost
Velikost planety však nemůže být libovolná, protože příliš malá si nedokáže udržet odpovídající atmosféru a také rychle vychladne. To má za následek zastavení rotace tekutého jádra vůči zbytku planety, následné vymizí ochranné magnetické pole a veškerý život na planetě se dlouhodobě dostane do „palby“ smrtelného kosmického záření.
V této souvislosti je zajímavou skutečností fakt, že naše Země by již dávno vychladla a magnetické pole zaniklo, nebýt přirozeného radioaktivního rozpadu prvků, zejména uranu a thoria. Přirozené radioaktivitě Země tudíž vděčíme za to, že jsme stále chráněni před mnohem nebezpečnějším kosmickým radioaktivním zářením.
Příliš velká (těžká) planeta zas bude mít tak velkou gravitaci, že téměř všechny těžké radioaktivní prvky z její kůry klesnou do jádra a atmosféra bude úplně tlumit vliv kosmického záření. Následkem toho nebude mít povrchu planety téměř žádnou přirozenou radioaktivitu a nebudou tady podmínky pro výskyt mutací, které jsou hybnou sílou evoluce. I kdyby na takové velice těžké planetě vznikl život, potřeboval by proto velice dlouhý posun ve vývoji. Navíc je pravděpodobné, že opravdu hmotné planety během svého vzniku nashromáždí tolik plynů, že se jejich růst prudce urychlí a vzniknou obří plynné planety typu Jupitera.
Oceány se vypaří a zanikne život
Velice důležitým faktorem je také skutečnost, že i stabilní hvězdy postupem dlouhého času mění svůj výkon. Například naše Slunce momentálně vyzařuje o cca 30% více záření než při svém vzniku. Před 4 miliardami let tedy byla i Venuše uvnitř obyvatelné zóny a o několik miliard let se tak do zóny dostane Mars. Jelikož však planeta svou vzdálenost od mateřské hvězdy prakticky nemění, dlouhodobě obyvatelná zóna se proto dále zužuje na ještě tenčí pás. Nepříjemným důsledkem pro nás je to, že zvyšující se výkon našeho Slunce způsobí za jednu nebo dvě miliardy let vypaření oceánů na naší Zemi a zánik pozemského života.
Vhodní jsou červení trpaslíci
U hvězd hmotnějších než 2 hmotnosti Slunce nemá význam zabývat se obyvatelnou zónou, protože doba jejich existence je příliš krátká pro rozvoj života. Zastavme se tedy blíže u malých hvězd, takzvaných červených trpaslíků.
Tyto hvězdy tvoří cca 90% všech hvězd v Galaxii a díky malé hmotnosti a centrální teplotě (a následně rudé barvě povrchových vrstev) jsou velice šetrné při spalování vodíku, díky čemuž žijí až desítky miliard let, tedy déle než je věk současného vesmíru. To je staví do pozice velice vhodných hostitelů života.
Mají však také závažné nedostatky. Prvním je skutečnost, že na povrchu každé i stabilní hvězdy jako je naše Slunce občas dochází k výbuchům plazmy, k tzv. protuberancím. Jejich intenzita je porovnatelná u většiny hvězd, ovšem zatímco protuberance Slunce způsobují pouze nepatrné krátkodobé zvýšení energie dopadající na Zemi, u červeném trpaslíka, kterého výkon je až 10 tisíckrát menší než výkon Slunce, taková protuberance může způsobit až několikanásobný nárůst energie dopadající na planetu v jeho obyvatelné zóně. To je tvrdý oříšek pro potenciální život! Ten by se však za miliardy let mohl evolučně přizpůsobit (např. životem pod povrchem).
Tváří v tvář peklu
Druhý, ještě vážnější problém však představuje ten fakt, že jestliže se planeta nachází blízko mateřské hvězdy, tak v průběhu krátkého období (vlivem slapových sil) se její rotace kolem vlastní osy přibrzdí, až zůstane během oběhu přivrácena k hvězdě stále toutéž stranou, podobně jako náš Měsíc je přivrácen neustále toutéž stranou k Zemi. To způsobí ohromné teplotní rozdíly mezi přivrácenou a odvrácenou stranou planety, vedoucí jednak k ohromným vichřicím ale zejména k „vymrznutí“ a ztrátě atmosféry.
Jediná možnost kdy k tomu nemusí dojít je, že atmosféra bude dostatečně masivní, aby dokázala přesouvat dostatečné množství tepla také na odvrácenou stranu. V sluneční soustavě má podobnou atmosféru Venuše (je až 100krát hmotnější než pozemská), kde ohromný skleníkový efekt, který vytváří, způsobuje rovnoměrnou a stabilní teplotu celého povrchu (cca 460 ˚C) nezávisle na poloze a denní či roční době.
Jelikož však, jak jsme se již zmínili, rudých trpaslíků je mnohem víc než hvězd slunečního typu, není možno celkově tyto hvězdy vyloučit z „kategorie“ potenciálních hostitelů života.
Čeká nás zlatý věk astronomie?
Můžeme se opravdu těšit na následující období a na velké dalekohledy umístěné ve vesmíru (např. projekty Darwin nebo Terrestrial Planet Finder) a pátrající po planetách pozemského typu. Jistě tomu pomohou i budoucí nové projekty, umožněné rozvojem kosmonautiky (např. vesmírný výtah – viz 21. STOLETÍ, číslo 9/2006).
Výsledky pozorování z citlivých a velkých dalekohledů na oběžných dráhách nám ještě bezpochyby přinesou nejedno překvapení. Jakkoliv neuvěřitelně to při pohledu na současné úžasné objevy zní, opravdový zlatý věk astronomie nás ještě teprve čeká…
Více se dočtete:
http://astronomy.swin.edu.au/GHZ/GHZ_astroph.pdf
http://www.esa.int/esaSC/120382_index_0_m.html
http://planetquest.jpl.nasa.gov/TPF/tpf_index.html
http://www.exoplaneten.de/index2_english.html
http://www.extrasolar.net/evmain.asp
NEJ ze světa cizích planet
(Mz – hmotnost Země, Mj – hmotnost Jupitera)
NEJ… Jméno Vlastnost
Nejlehčí planeta PSR 1257+12 b hmotnost 0,002 Mz (cca hmotnost Pluta)
Nejlehčí planeta kolem OGLE-05-390L b hmotnost 0,017 Mj (5,5 hmotnosti Země)
standardní hvězdy
Nejtěžší planeta HD 202206 b hmotnost 17,4 Mj
Nejvzdálenější planeta OGLE-05-390L b vzdálenost 21 000 světelných let
Nejbližší planeta Epsilon Eridani b vzdálenost 10,5 sv. let
Planeta s nejkratší OGLE-TR-56 b oběžná doba 1,21 dne
oběžnou dobou kolem
mateřské hvězdy
Planeta s nejdelší AB Pic b oběžná doba více než 4000 let
oběžnou dobou kolem
mateřské hvězdy
Největší počet známých 55 Cancri počet planet 4
planet v jednom systému
Planeta osamoceně plující S Ori 70 hmotnost 3 Mj, vzdálenost 1430 světelných let
vesmírem
(ne kolem hvězdy)
Nepovedená hvězda
Umělecké zobrazení doposud nejpočetnější objevené soustavy nazvané 55 Cancri, pozůstávající ze tří plynných planet a jedné tzv. Superzemě – velice hmotné kamenné planety. Určitě jí však tohle prvenství dlouho nevydrží, jelikož zdokonalující se technika začne objevovat i méně hmotné planety a tedy počet soustav s mnoha planetami se bude rozrůstat.
Rozmanitost planetárních soustav můžeme porovnat při pohledu na miniaturní systém vpravo nahoře, který zanedlouho vznikne z protoplanetárního mračna kolem hnědého trpaslíka, označeného jako Cha 110913-773444. Hnědý trpaslík je „nepovedená“ hvězda, jejíž hmotnost nepostačovala na zažehnutí jaderných reakcí v jejím centru, v podstatě se jedná o přerostlý Jupiter. Nicméně, astronomy překvapilo, že i kolem takového objektu objevili disk, z kterého se formují planety.
Diamantové planety
Planety se vyskytují i na místech, kde by je ještě před krátkým časem žádný astronom nehledal. Patrně nejexotičtějšími jsou planety objevené kolem neutronových hvězd, což jsou neuvěřitelně husté pozůstatky po ohromné explozi supernovy, která původní hvězdu rozmetala na cáry. Z těchto cárů se poté zformovaly ony planety. Ovšem z hlediska hledání života nemají pro nás takové planety žádnou cenu. Kvůli zničující radiaci z neutronové hvězdy jsou totiž naprosto mrtvé.
Pokud však již mluvíme o ceně… Po výbuchu supernovy se v jejím okolí nachází velké množství uhlíku. Planety jsou tedy složené z velké části právě z tohoto prvku, a jelikož se tam nachází pod velkým tlakem, skrývají mnoho kilometrů tlusté vrstvy z diamantu! Podobné diamantové planety se pravděpodobně vyskytují i v centrálních částech Galaxie kolem normálních hvězd, jelikož tam je velká koncentrace těžších prvků.
