Nejprozkoumanější exoplaneta

O exoplanetách hovoříme s Vladimírem Kopeckým z Fyzikálního ústavu Univerzity Karlovy v Praze, šéfredaktorem astronomického časopisu Astropis. Začneme alespoň stručně historií.

Kopecký: "Již uplynulo velmi mnoho času od objevu první exoplanety. Stalo se tak v roce 1995, kdy dva francouzští vědci Michel Mayor a Didier Queloz objevili pomocí speciálního spektrografu, kterému říkali ELODIE na observatoři Haute-Provence první exoplanetu. Ovšem nebylo to tak, že by se podívali dalekohledem na nějakou blízkou hvězdu a kolem ní uviděli kroužit přímo exoplanetu. Využili k tomu docela zvláštní techniku, které se říká měření radiálních rychlostí. Oni se vlastně dívali na to, jak se hvězdička pohybuje. Ve skutečnosti to vypadá tak, že hvězda letí volně vesmírem, ale protože kolem ní krouží planeta, tak nejenom, že ta hvězda přitahuje tu planetu, ale i planeta zpátky působí na mateřskou hvězdu a jemně s ní cloumá, to znamená přitahuje si ji zase jakoby k sobě, čili my vlastně měříme tenhle ten droboulinký posun, tomu se tedy říká měření radiálních rychlostí. Pro zajímavost jsou to taková škubnutí s rychlostí řádově metrů za sekundy a tady při takovémto pozorování vlastně uvidíme jenom ty záchvěvy toho pohybu té mateřské hvězdy a nedetekujeme přímo exoplanetu, ba co víc, máme tady ještě jeden problém. My zjistíme nějaké parametry té planety, ale bude jich velmi málo, protože ve skutečnosti my nevíme, pod jakým sklonem dráhy ta exoplaneta obíhá a to, co my změříme, to je vlastně hmotnost té exoplanety krát sinus sklonu oběžné dráhy a ten je pro nás neznámý. Takže vždycky, když někdo říká nalezli jsme planetu, která je podobná Zemi a teď vlastně v poslední době je velký objev, že se nalezla soustava exoplanet, kde jsou hned tři exoplanety, jedna z nich je zhruba čtyřikrát hmotnější než naše Země, další je něco kolem sedminásobku hmotnosti Země a ta poslední má devítinásobek hmotnosti Země, jsou to takzvané superzemě, tak vždycky si musíme někde v pozadí uvědomit, že to je vlastně spodní hranice té hmotnosti a tudíž všechny informace, které teď máme k dispozici, je spodní hranice hmotnosti a parametry dráhy. To znamená, že víme třeba, jak ta exoplaneta je daleko a jak rychle obíhá kolem té mateřské hvězdy. A to je všechno. Ve zbytku je zahalena pro nás tajemstvím. Můžeme pouze na základě nějakých fyzikálních modelů odhadovat, jak taková exoplaneta vypadá, jestli je to plynný obr, nebo jestli to bude nějaká obrovská kamenná planeta podobná naší Zemi."

V poslední době však přece jen začaly vzdálené exoplanety pozemským vědcům odkrývat alespoň některá svá tajemství. Informace pomalu přibývají. Jakým způsobem?

Kopecký: "Ten způsob je poměrně zvláštní, ale pro astronomy vlastně hodně přirozený. V tuhle chvíli známe už něco ke třem stovkám exoplanet, které byly převážně odhaleny tou metodou měření radiálních rychlostí, ale jenom dvanáct exoplanet předvádí takové zvláštní kosmické divadlo, kdy exoplaneta přechází přes disk mateřské hvězdy a my to vidíme, to znamená, že se nám skutečně promítá na disk mateřské hvězdy. Není to ovšem tak, že bychom přímo viděli zase putující černou tečku po disku hvězdy, takovéto přístroje zatím nemáme k dispozici, ale vidíme, jak vlastně je mateřská hvězda zakryta tou exoplanetou a její jas pohasne. Takže takových těles známe dvanáct, ale jenom pět z nich je dostatečně velkých na to, aby vůbec poskytly nějakou dodatečnou informaci a teď ti astronomové vymysleli docela zajímavý postup, jak se dozvědět něco víc. V astronomii obecně platí, že světlo nám přináší informace, proto se všichni snaží ty exoplanety nějakým způsobem spatřit. Za současného stavu pozorovací techniky to bohužel není možné. Ta mateřská hvězda je tak strašlivě jasná, že vždycky přezáří tu exoplanetu a my nejsme schopni tak snadno oddělit světlo, které ta exoplaneta odráží, ale spektroskopici přišli s jinou technikou, která se nazývá diferenční spektroskopií sekundárního zákrytu. V podstatě jde o to, že sledujeme mateřskou hvězdu, kolem níž krouží ta exoplaneta a ve chvíli, kdy ta exoplaneta je někde trošku stranou od té hvězdy, tak sice ji nevidíme přímo, ale světlo, které od tohoto systému získáme, je vlastně složeným světlem od mateřské hvězdy a zároveň je to taky světlo, které pochází z té exoplanety nebo je odráženo v atmosféře té exoplanety, tudíž spektroskopici vlastně dostanou složené spektrum těchto dvou těles a protože existují ty transitní exoplanety, které podléhají zákrytu, přecházejí před diskem té mateřské hvězdy, ale zároveň to znamená, že na opačném bodě dráhy budou zakryty tou mateřskou hvězdou, tudíž v tu chvíli ten astronom změří jenom spektrum samotné hvězdy. No, a máme to. Když odečteme spektrum té mateřské hvězdy ve chvíli, kdy zakrývá exoplanetu a vidíme jen ji, od toho spektra, které jsme naměřili někde v jiném bodě dráhy, tak získáme rozdílové spektrum, které odpovídá spektru té příslušné exoplanety a tak se můžeme něco dozvědět o tom vzdáleném světě a to skutečně astronomové udělali, byť je to tedy skutečně technika, která se podobá téměř zázraku. Pro běžného laického zájemce o vědu to vypadá hrozně jednoduše - řekneme si dobře, odečteme od sebe dvě spektra a všechno bude v pořádku, ale problém je, že se skutečně pohybujeme na samé hranici momentální pozorovací astronomie, protože existuje řada vlivů, které ovlivňují chování přístrojů. Typicky většinou se tahle ta měření odehrávají na kosmických teleskopech, které podléhají různým mechanickým vibracím, podléhají tepelné roztažnosti a to všechno nepatrně posouvá a roztahuje ta spektra jako harmoniku nebo do toho vnáší některé další vlivy, takže většinou naměříte nějaká falešná spektra. Hlavní problém byl pro ty astronomy potom zpracovat vůbec všechna ta data a byly to prostě stovky a stovky měření, odstranit veškerý šum, odstranit artefakty, které pocházely právě z chvění třeba těch aparatur, z jejich mechanické roztažnosti a teprve potom se ukázalo spektrum, ale spektrum je v tomhle případě silné slovo, to vůbec první měření, to byly vlastně tři spektrální body, které netvořily přímku, ale měly tam jakousi prohlubeň, ten prostřední bod byl níž a to vlastně znamenalo, že jsme zaznamenali vodu na exoplanetě. A to už byl skutečně úspěch, byť z pohledu laika, kdybychom mu ukázali ty tři body, tak by asi byl velmi nešťastný."

Asi nejvíc zjistili astronomové díky popsané metodě o tělese, které při svém objevu obdrželo označení HD189733b. Právě na něj se teď ptáme opět Vladimíra Kopeckého - a začneme u názvu exoplanety. Není právě poetický...

Vraťme se ale zpět k naší exoplanetě HD189733b - právě toto "b" značí, že se jedná o druhého objeveného člena soustavy; v tomto případě o planetu. "Čistý" kód označuje samotnou centrální hvězdu.

O vzdálené exoplanetě, přezdívané neformálně Býčí oko, získali astronomové ohromující spoustu informací i přesto, že ji zatím nejsou schopni pozorovat přímo. Vše co vědí, zjistili spektrální analýzou světla exoplanety a její mateřské hvězdy. A nebyly to jen rozměry, hmotnost nebo teplotní mapa...

Exoplanety HD189733b se pochopitelně takové úvahy netýkají - je to plynný obr velikosti Jupitera. U jiných, menších a především kamenných planet tu šance je. O možnostech a limitech života ve vesmíru si však už s Vladimírem Kopeckým z Fyzikálního ústavu Univerzity Karlovy povídat nebudeme. Možná někdy jindy.

Vysíláno v Planetáriu č. 36/2008, 6. - 12. září.
Přepis: NEWTON Media, a.s.