Hledání dvojníka Země bude obtížné

Existuje někde v naší Galaxii dvojník planety Země? To je jedna z otázek, na niž hledáme již dlouho odpověď. Astronomové se dostávají stále blíž a blíž k objevu exoplanety velikosti Země obíhající po podobné dráze. Fotometrická družice NASA s názvem KEPLER, určená ke hledání takovýchto planet, byla vypuštěna 7. 3. 2009. Jakmile při hledání uspěje, další otázkou, na kterou se astronomové zaměří, bude: Je to planeta obyvatelná? Může mít podobnou atmosféru jako Země? Odpovědět na tyto otázky nebude vůbec jednoduché.

Vzhledem k velkému průměru zrcadla a k výhodnému umístění ve vesmíru (Lagreangeův librační bod L2 soustavy Slunce-Země, tj. ve vzdálenosti 1,5 miliónu km od Země) nabídne astronomům nový kosmický dalekohled James Webb Space Telescope (JWST), jehož start je naplánován na rok 2013, poprvé reálnou možnost získat odpovědi i na tyto otázky. V nové studii zkoumali Lisa Kalteneggerová (Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics) a Wesley Traub (Jet Propulsion Laboratory) schopnost JWST zjišťovat charakteristiky hypotetických Zemi podobných planet v okamžiku tranzitu (přechodu přes kotouček hvězdy), kdy je část světla hvězdy ovlivněna při průchodu atmosférou planety. Zjistili, že JWST bude schopen detekovat spolehlivě plyny, označované jako „biologické“, jako je například ozón a metan, pouze v případě blízkých planet velikosti Země.

„Budeme opravdu šťastní, pokud se nám podaří rozšifrovat složení atmosféry planety podobné Zemi během pozorování tranzitu a budeme moci sdělit, že je podobné zemskému ovzduší,“ říká Lisa Kalteneggerová. „Budeme potřebovat data z pozorování mnoha přechodů planety před kotoučkem hvězdy – řekněme 100 úkazů, v případě hvězdy do vzdálenosti 20 světelných let od Země.“

Při tranzitu vzdálená extrasolární planeta přechází při pohledu ze Země před svou mateřskou hvězdou. V době, kdy se kotouček planety promítá na disk hvězdy, plyny v její atmosféře pohlcují nepatrný zlomek světla hvězdy, v němž každý plyn zanechá specifické otisky. Rozložením světla hvězdy na duhové barvy – tzv. spektrum – astronomové mohou tyto „otisky prstů“ v podobě spektrálních čar spatřit. Kalteneggerová a Traub studovali, zda tyto spektrální čáry bude možné zjišťovat pomocí kosmické observatoře JWST. Jejich studie byla přijata k publikování v časopise The Astrophysical Journal.

Technika pozorování tranzitů je velmi náročná. Pro porovnání: pokud by Země měla velikost basketbalového míče, pak tloušťka její atmosférické vrstvy bude menší než tloušťka listu papíru, takže z toho vyplývající signál bude neuvěřitelně slabý. Kromě toho tato metoda se dá použít pouze tehdy, kdy planeta přechází před kotoučkem hvězdy a každý takový přechod trvá nanejvýš několik hodin.

Kalteneggerová a Traub nejprve zvažovali případ planety podobné Zemi obíhající kolem hvězdy srovnatelné se Sluncem. Potvrdili detekovatelný signál z jednotlivého tranzitu v případě, že hvězda a její planeta nebudou příliš vzdáleny od Země. Jedinou hvězdou, podobající se Slunci, která se nachází dostatečně blízko, je Alfa Centauri A. Doposud u ní nebyly objeveny žádné planety, avšak používané technologie se teprve blíží možnosti objevování exoplanet velikosti Země.

Studie rovněž zvažovala planety obíhající kolem malých hvězd, tzv. červených trpaslíků. Takovéto hvězdy spektrální třídy M jsou v naší Galaxii velmi hojné – jsou mnohem četnější, než žluté hvězdy spektrální třídy G, do níž patří i naše Slunce. Červení trpaslíci jsou mnohem chladnější a méně svítivější než Slunce, rovněž jsou mnohem menší a nalezení tranzitujících planet u těchto hvězd je snazší.

Zemi podobné exoplanety musí obíhat v malé vzdálenosti od červeného trpaslíka, aby na nich mohla existovat kapalná voda. Z toho vyplývá, že planety budou obíhat velmi rychle a jejich přechod přes kotouček hvězdy bude trvat od několika hodin po několik málo minut. Avšak to by znamenalo více přechodů za stejný časový úsek. Astronomové by tak mohli zvýšit své šance na detekci atmosfér sloučením informací z pozorování několika přechodů, protože jejich frekvence bude u malých trpasličích hvězd podstatně vyšší.

Planety shodné s velikostí naší Země, obíhající kolem hvězd podobných Slunci, by absolvovaly přechod v trvání 10 hodin jednou za rok. Nashromáždit 100 hodin pozorování tranzitu představuje 10 roků. Avšak pokud by planeta velikosti Země obíhala kolem červeného trpaslíka, pak bychom mohli pozorovat přechody v trvání jedné hodiny přibližně jednou za 10 dnů. Abychom i v tomto případě akumulovali pozorování přechodů v trvání 100 hodin, stačilo by nám na to pozorovat vybranou hvězdu méně než 3 roky.

V tom nejlepším případě může kolem hvězdy Alfa Centauri A obíhat tranzitující exoplaneta podobná Zemi, která však doposud nebyla vypátrána. Potom by astronomové potřebovali pouze několik přechodů této exoplanety před kotoučkem hvězdy k rozluštění složení atmosféry planety a snad i k potvrzení přítomnosti prvního „dvojčete“ Země.

Zdroj: http://www.cfa.harvard.edu/news/2009/pr200909.html

autor: František Martinek