Dávají nově objevené planety šanci životu? ESI – index „zeměpodobnosti“

Doby, kdy si vědci nebyli jistí, jestli mají ostatní hvězdy kolem sebe planetární systémy, jsou dávno pryč. Vesmírný dalekohled Kepler jich objevil hned několik tisíc. Lovci senzací na nich hned tuší vyspělé civilizace. Jaká je al

V jednom z minulých blogů jsem rozebírala situaci jedné z nejbližších planetárních soustav. U hvězdy Proxima Centauri se nachází na první pohled příhodná, kamenná planeta. Obíhá Proximu dokonce ve „správné“ vzdálenosti, ve které dostává tolik energie, že se na ní teoreticky může udržet tekutá voda. Ani to ale z planety u Proximy nedělá moc nadějného adepta na vznik života. K vývoji živých organismů je totiž nutná ještě řada dalších předpokladů.

Nově objevené planety – šance na kontakt s mimozemšťany?

Jsou tedy ty tisíce nově objevených planet zárukou pro brzký střet s mimozemskou civilizací? Bulvární plátky mají hned jasno a za každým nově objeveným světem vidí kosmickou loď plnou kosmických bratrů, kteří se chystají na návštěvu. Jsou ale tyto představy reálné?

Vědci, kteří na tuto otázku chtějí najít odpověď, zavedli nový pojem. Říkají mu ESI – Earth Similarity Index. Označuje „zeměpodobnost“ cizích planet. Čím vyšší je tento koeficient, tím vyšší je možnost, že se na dané planetě vyvine život, podobný našemu, založený na sloučeninách uhlíku a přítomnosti vody.

Problematické vlastnosti planet

Ne všechny planety se už povedlo identifikovat. Velká část z několika tisíců adeptů na své potvrzení teprve čeká. Jedno mají ale společné: jsou od Země nepředstavitelně daleko. Je jen logické, že se na vzdálenost několika (nebo několika set) světelných roků dají jejich vlastnosti určit jen velice těžko.

V praxi to vypadá tak, že jsme spíše rádi, když se vůbec podaří existenci planety potvrdit. O jejím bližším průzkumu, například zkoumání atmosféry si zatím musíme nechat jen zdát. I z těchto víceméně kusých informací se ale přesto dá odhadnout pohostinnost daného vesmírného tělesa.

Velikost a úniková rychlost

Jednou vlastností, které se dají určit i na dálku, je velikost planety. Na ní závisí i tzv. úniková rychlost, rychlost, jakou musí dosáhnout předmět, který chce planetu opustit. Malé planety s nízkou gravitací mají nízkou únikovou rychlost. Molekuly plynů mohou už při normálních, ne moc extremních teplotách vyvinout takovou rychlost, která tuto únikovou rychlost překročí. Planeta tak postupně ztrácí plyn z atmosféry. Podobný proces způsobil ztrátu vody na Marsu. Mars je příliš malý na to, aby udržel ve svém gravitačním poli plyny jako vodík nebo kyslík. To mu samozřejmě na pohostinnosti nepřidává, takže i když se nachází na okrajích zóny života, běžný život, tak jak jej známe ze Země, na jeho povrchu neexistuje.

Vhodná teplota a vzdálenost od centrální hvězdy

Živé organismy jsou přizpůsobivé, na Zemi dokazují některé organismy, že umí přežít i v nepříliš vhodných podmínkách. Jedná se ale spíše o extrémy, které nemají moc vlivu na ekosystém. Ten, který známe ze Země, by v extrémních teplotách zanikl.

Na to, aby se na dané planetě mohl vyvinout rostlinný život jako na Zemi, by na ní měly teploty dosahovat zhruba 0 – 50 stupňů Celsia. Povrchová teplota se sice na velkou vzdálenost nedá změřit, dá se ale odvodit ze vzdálenosti planety od centrální hvězdy systému.

Struktura planety a její materiál, střední hustota

Nezanedbatelnou vlastností je struktura planety. Jako optimální se pro vznik života jeví kamenné objekty s pevným povrchem a rozsáhlými oceány. Pokud bude mít nově objevená planeta hustotu nižší než voda, je zřejmé, že tomuto modelu neodpovídá. Relativně vysoká střední hustota odpovídá situaci, kterou máme na Zemi – kamennému plášti, který kryje těžké kovové jádro, zodpovědné za magnetické pole planety. V tomto ideálním případě by magnetické pole planety mohlo chránit nově vznikající život před zničujícím kosmickým zářením.

ESI – Earth Similariry Index

Z těch sporadických poznatků, které o nových planetách vědci získávají, se matematickým výpočtem odvozuje jejich index „zeměpodobnosti“.

Výsledkem je číslo mezi 0 a 1. Čím vyšší je index, tím vyšší je podobnost s naší mateřskou planetou. O „Zemi podobné planetě“ se uvažuje při koeficientu vyšším než 0,8.

Samotné číslo je přitom jen indicií -  není zárukou, že na planetě bude skutečně nějaká forma života existovat.

Většina nově objevených planet má ESI kolem 0,3 – není tedy Zemi moc podobná. Jen kolem pěti procent cizích planet by mohlo mít vlastnosti, srovnatelné se Zemí, odhadují vědci.

Pro zajímavost – některé vlastnosti nově objevených planet a jejich následky

Grafika zachycuje hmotnosti centrální hvězdy a oběžnou dobu její planety. Zdroj: exoplanet.eu

 Dá se z ní odvodit, že velké množství planet obíhá kolem hvězd, které jsou poměrně podobné našemu Slunci. Ne všechny jsou ale dostatečně daleko. Doba jejich oběhu by u podobné hvězdy měla být v řádu stovek dní, většina planet má ale oběžnou dobu (rok) daleko kratší, je tedy ke své hvězdě mnohem blíže. Výsledkem jsou vysoké povrchové teploty planet.

Na posledním grafu je zanesena doba oběhu planety kolem hvězdy a její hmotnost. Je dobře vidět, že se planety dělí do třech „hloučků“. Červená čára zde odpovídá hmotnosti Jupitera, planety, která v naší vlastní soustavě reprezentuje neobyvatelné, velké plynové planety. Zdroj: exoplanet.eu

Jeden Jupiterův oběh kolem Slunce trvá 4330 dní, nachází se tedy v pravé horní „hromádce“ planet. Z umístění obřích planet se dá odvodit celkový stav planetárního systému. Tam, kde zůstaly obří planety ve větší vzdálenosti od své centrální hvězdy, je celkem pravděpodobné, že jejich gravitační vliv nepoškodil dráhy vnitřních, většinou kamenných planet. V takových systémech by se mohly nacházet kamenné planety, vhodné k životu, stejně jako je tomu i v našem vlastním systému. Menší a kamenné planety se samozřejmě detekují hůře než obří plynné kolegyně, je jich tedy v tomto diagramu celkově méně, i když jejich skutečný počet ve vesmíru jistě není zanedbatelný.

Obří plynné planety, které se nacházejí blízko hvězdy (pravá dolní hromádka), svědčí o silných proměnách v systému. Samy o sobě v suché a teplé oblasti nedaleko centrální hvězdy vzniknout nemohly, přesunuly se sem ze svého původního domova nejspíše díky neustále se zvyšující hmotnosti nebo následkem interakce s jinými velkými planetami. Znamená to ovšem, že jejich gravitace narušila oběžné dráhy místních kamenných planet. V takových systémech je výskyt objektů s vysokým ESI nepravděpodobný.

Levá dolní „hromádka“ planet má relativně nízkou hmotnost a hodně krátkou dobu oběhu kolem své hvězdy. Ani tyhle planety nejsou moc pohostinné. Patří mezi ně už zmiňovaná nejbližší známá planeta, která obíhá jednu ze sousedních hvězd – Proximu Centauri. Dostává se do gravitační závislosti na své centrální hvězdě, která jí vnucuje vázanou rotaci. Na takových planetách může existovat jedno místo, které je velice teplé, zatímco zbytek planety zamrzá. Pokud se na takovém objektu vyskytuje atmosféra, může samozřejmě částečně teploty vyrovnat, pro eventuální život to přesto není výhrou. Vyrovnání teplot se děje pomocí konvekce – jinými slovy, díky masivním neustálým orkánům. Takové planety mají ještě jeden problém – blízká hvězda je zaplavuje škodlivým zářením. Pro vznik života je zde více než jinde důležité opravdu silné magnetické pole.

Život to tedy ve vesmíru opravdu nemá jednoduché. Na druhou stranu je velice vynalézavý a přizpůsobivý, jak víme z vlastní zkušenosti.

Pátrání po něm je napínavé a jistě přinese v budoucnosti nejedno překvapení.