Astronómovia z medzinárodného tímu objavili v atmosfére horúcej mimoslnečnej planéty (exoplanéty) popri odvlani známej vodnej pare, oxide uhoľnatom a metáne ďalšiu, o. i. biologicky dôležitú látku: oxid uhličitý. Medzitým spochybnenú prítomnosť vodnej pary pri rovnakej planéte potvrdil tiež ďalší, čisto americký vedecký tím.
Exoplanét už poznáme vyše 330. To, čo o nich vieme, zatiaľ spočíva predovšetkým v samotnom fakte ich existencie, prvkoch obežnej dráhy, hmotnosti a veľkosti. Prišiel čas na podrobnejší výskum. Majú atmosféru? Ak áno, z čoho sa skladá? Popravde je taká úloha na hranici možností súčasných prístrojov. Prielom prinesie až ich nová generácia.
Ako Webbov kozmický ďalekohľad NASA, nasledovník Hubbleovho v roku 2013 so segmentovaným zrkadlovým objektívom s priemerom 6,5 metra. A európsky trojsatelit Darwin po roku 2015: tri ďalekohľady s najmenej trojmetrovými objektívmi, letiace vo formácii, aby sa dali pri pozorovaniach kombinovať, čo zvýši ich rozlišovaciu schopnosť. Isté podrobnejšie výsledky však v tejto súvislosti predsa len prináša už aj dnešná technika.
Takto by mal vyzerať jeden z ďalekohľadov európskeho projektu Darwin. Pôvodne sa uvažovalo až o piatich, momentálne sú to tri.
Ilustrácia: PPARC/Rutheford Appleton Laboratory
Planéta dvoch sĺnk
Príkladom je planéta HD 189733b v malom a nenápadnom súhvezdí Líšky (Vulpecula), vedľa milovníkmi nočnej oblohy obľubovanej hmloviny Činka, „pod hlavou" známejšej Labute (Cygnus). Objavili ju v roku 2005.
Obieha okolo rovnomennej hviezdy - bez „b" na konci - vzdialenej 63 svetelných rokov od Slnka (1 svetelný rok = 9,46 bilióna kilometrov), raz za 2,2 dňa.
Hviezda 189733 je vlastne dvojhviezda. Hlavná zložka, HD 189733A (preto sa planéte hovorí aj HD 189733Ab), má oranžovú farbu a oproti Slnku štvorpätinovú hmotnosť, trojštvrtinový polomer a štvrtinovú svietivosť. S vekom nanajvýš jedna miliarda rokov je tiež o dosť mladšia ako Slnko.
Druhú zložka dvojhviezdy, HD 189733B, objavili až v roku 2006, čiže po planéte. Je červená a teda chladnejšia, s oveľa menšími rozmermi, hmotnosťou a svietivosťou. Spoločné ťažisko s hlavnou zložkou obieha po dráhe, ktorá je takmer kolmá na obežnú dráhu planéty. Trvanie jedného jej obehu vedci odhadli na približne 3200 rokov. Obieha však v niekoľkostonásobnej vzdialenosti od HD 189733A ako planéta.
Napriek veľkej vzdialenosti druhej zložky dvojhviezdy platí, že planéta má dve slnká. Je typu nášho Jupitera, čiže ide o plynného obra, s hmotnosťou a polomerom asi o 15 percent väčšími než Jupiter.
Vlani v jej atmosfére objavili Hubbleov i Spitzerov kozmický ďalekohľad vodnú paru a náznaky štruktúry oblačnej vrstvy, čo ju umožnilo, osobitne pomocou Spitzerovho kozmického ďalekohľadu, ako prvú exoplanétu "zmapovať" (úvodzovky sú tu preto, lebo sa to týka iba vrcholu atmosféry), a činnosti veľmi rýchlych vetrov. V atmosfére zrejme existujú tiež pary z jemných čiastočiek. Objav vodnej pary bol však neskôr spochybnený - ako uvidíme, zbytočne.
Prvá „mapa" mimoslnečnej planéty, teda pozorovaného vrcholu atmosféry HD 189733b.
Foto: NASA/JPL-Caltech/H. Knutson (Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics)
Vďaka vesmíru za tranzity!
HD 189733b obieha svoju materskú hviezdu z nášho pohľadu tak, že prechádza pred - pri tzv. tranzitoch - a za jej kotúčom. Vďaka tranzitu ju aj francúzski astronómovia objavili. Teraz tento fakt využil sedemčlenný tím Marka Swaina z Laboratória prúdového pohonu pri Kalifornskom technologickom inštitúte v Pasadene, ktorý tvoria bádatelia z USA, Veľkej Británie a Nemecka.
Pomocou Hubblovho kozmického ďalekohľadu, presnejšie apratúry NICMOS na jeho palube (Near Infrared Camera and Multi-Object Spectrometer, kamera pre pozorovanie v blízkej - krátkovlnejšej - infračervenej oblasti a viacobjektový spektrometer), sledovali HD 189733 a HD 189733b počas viacerých obehov. Výsledky opísali v článku, ktorý čoskoro vyjde v časopise The Astrophysical Journal Letters.
Šéf tímu Mark Swain (v strede) sleduje priebeh pozorovaní.
Foto: NASA, ESA, and M. Estacion (STScI)
Najprv vždy získali rozložené svetlo čiže spektrum samotnej hviezdy, vo fáze, keď ňou bola planéta z nášho pohľadu zakrytá.
Potom, keď planéta zasa „vykukla" spoza kotúčika hviezdy (podľa výpočtov, túto sústavu hviezdy a planéty sa zatiaľ nepodarilo priamo opticky rozlíšiť), nasnímali ich spoločné spektrum.
Následne od neho počítačovo oddelili spektrum hviezdy. Výsledok: spektrum samotnej planéty. Konečne s dostatkom podrobností, vlastne vôbec prvé spektrum exoplanéty v blízkej infračervenej oblasti. Popri potvrdení prítomnosti vodnej pary a skorších náznakov prítomnosti oxidu uhoľnatého v ňom našli ďalšiu, takpovediac premiérovú molekulu - oxid uhličitý. Premiérovú preto, lebo je to prvý objav tejto látky v atmosfére exoplanéty.
Hviezda a planéta pred zákrytom.
Ilustrácia: NASA, ESA, and A. Feild (STScI)
Hviezda a planéta v zákryte - planéta je úplne za hviezdou.
Ilustrácia: NASA, ESA, and A. Feild (STScI)
Hviezda a planéta po zákryte.
Ilustrácia: NASA, ESA, and A. Feild (STScI)
Dôležitá milióntina
Oxid uhličitý je okrem iného významný markér biologických procesov, najmä dýchania živočíchov aj rastlín. V prípade HD 189733b to však podľa všetkého neplatí, táto planéta totiž obieha svoju planétu tak blízko, že teplota na vrchole jej atmosféry dosahuje možno až približne tisíc stupňov Celzia. Preto aj patrí do kategórie tzv. horúcich Jupiterov, čo sú obrie planéty, ktoré svoju hviezdu obiehajú na úrovni obežnej dráhy Merkúra okolo Slnka a bližšie.
Oxid uhličitý síce v jej atmosfére ako nositeľ uhlíka hrá až druhú úlohu za oxidom uhoľnatým, stále je ho tam ale pomerne dosť. Vzniká termochemickou reakciou oxidu uhoľnatého s vodou a fotochemickou oxidu uhoľnatého s hydroxylovým radikálom (OH).
V pozorovanej vrstve atmosféry planéty je až jedna desaťtisícina vodnej pary, tri desaťtisíciny oxidu uhoľnatého, jedna milióntina oxidu uhličitého (v atmosfére Zeme je asi 385 milióntin) a jedna desaťmilióntina metánu. Niektoré podrobnosti spektra by navyše najlepšie vysvetlila prítomnosť dvoch ďalších - po metáne - jednoduchých uhľovodíkov, acetylénu a etánu, a možno aj amoniaku. Jedna milióntina oxidu uhličitého v atmosfére, niekto povie: to je toho! Kľúčové tu ale je, že už ho vieme na diaľku pri exoplanéte odhaliť.
Jasná správa, vodná para
Objav vodnej pary v atmosfére HD 189733b „zaklincoval" deväťčlenný tím Carla Grillmaira zo Spitzerovho vedeckého strediska v Pasadene.
Planétu pozorovali podobnou metódou ako Swainov tím infračerveným spektrografom Spitzerovho kozmického ďalekohľadu pri desiatich zákrytoch. Ich merania pokrývali dlhovlnejšie infračervené žiarenie, ale zasa boli citlivejšie. Výsledky oznámili v najnovšom čísle časopisu Nature. Rozbor ukázal, že prítomnosť vodnej pary v atmosfére tejto exoplanéty je mimo akýchkoľvek rozumných pochybností.
Takto by mohla vyzerať planéta z kategórie horúcich Jupiterov podľa vízie iného umelca.
Ilustrácia: NASA/JPL-Caltech/T. Pyle
Horúca atmosféra HD 189733b nám zatiaľ predkladá viac otázok ako odpovedí. Napríklad vôbec nie sú jasné presuny tepla medzi dennou a nočnou pologuľou planéty.
Aké v nej vládnu pomery? Skleníkové, ako v slnečnej sústave v atmosfére Venuše? Každopádne sa javí ako pravdepodobné, že sa výrazným mení. Inak sa nedajú vysvetliť niektoré rozdiely medzi pozorovaniami jednotlivých tímov. Sú za tým spomenuté silné vetry?
O toto nám ide najmä: Koľko je vo vesmíre planét? Na koľkých je život? A ako ďaleko sa vyvinul?
Ilustrácia: NASA, ESA, and M. Estacion (STScI)
Jedno je isté: Medzi hlavné dôvody nášho skúmania vesmíru, ak to nie je ten najhlavnejší dôvod, patrí snaha zmapovať v ňom možnosti života. Jeho existenciu spájame s planétami, hoci sme zatiaľ obmedzení iba na jediný príklad, náš pozemský príklad.
To je z vedeckého i všeobecného hľadiska problém, lebo až porovnávanie analogického vedie ku skutočnému poznaniu podstaty vecí. Preto majú exoplanéty zaručenú pozornosť.
Hlavné zdroje: Rukopis článku pre The Astrophysical Journal Letters, december 2008; Komuniké Hubble Space Telescope Science Institute z 9. decembra 2008; Nature z 11. decembra 2008.
