Týdeník věnovaný aktualitám a novinkám z fyziky a astronomie. Vydavatel: AGA (Aldebaran Group for Astrophysics) Číslo 17 – vyšlo 27. dubna, ročník 5 (2007) © Copyright Aldebaran Group for Astrophysics Publikování nebo šíření obsahu je zakázáno. ISSN: 1214-1674, Email: bulletin@aldebaran.cz

17/2007

Objeveny dvě superzemě! Jedna v obyvatelné zóně…

Stanislav Poddaný

První objev exoplanetyExoplaneta – extrasolární planeta, planeta obíhající okolo jiné hvězdy, než je naše Slunce. Jejich existence byla předpovězena dlouhou dobu, první exoplaneta u pulzaru byla detekována v roce 1992, první exoplaneta u hvězdy hlavní posloupnosti byla objevena až v roce 1995 u hvězdy 51 Pegasi. Její objevitelé – Michel Mayor a Didier Queloz – získali v roce 2019 Nobelovu cenu. Do roku 2019 bylo nalezeno přibližně 4 000 exoplanet. Většinou jde o velká tělesa s hmotností a velikostí jen o málo menší, než mají hnědí trpaslíci. učinil již v roce 1995 Michel Mayor a Didier Queloz u hvězdy 51 Pegasi51 Peg – hvězda hlavní posloupnosti, u které byla objevena ve vzdálenosti 0,02 AU první exoplaneta. Objev byl učiněn v roce 1995 (D. Queloz, M. Mayor – Švýcarsko, potvrzení: Marcy, Butler – USA). Dnes (2001) je známo zhruba 50 planet u hvězd hlavní posloupnosti a je jasné, že asi 5% hvězd hlavní posloupnosti má planetu typu Jupiter ve vzdálenosti do 2 AU. Kolik je ale planet zemského typu není známo., která je podobná SlunciSlunce – nám nejbližší hvězda, tzv. hvězda hlavní posloupnosti, která se nachází ve vzdálenosti 149,6×10⁶ km od Země. Jde o žhavou plazmatickou kouli s průměrem 1,392×10⁶ km, teplotou na povrchu 5 780 K, teplotou v centru přibližně 15×10⁶ K a zářivým výkonem 3,846×10²⁶ W. Zdrojem energie je jaderná syntéza, při které se za každou sekundu sloučí v jádru Slunce 700 milionů tun vodíku na hélium.. Od té doby počet známých exoplanet velice rychle přibývá. V současné době je již známo 229 podobných těles. Téměř všechny dosud známé exoplanety se podobají velkým planetám sluneční soustavy. Hovoříme o nich jako o tzv. horkých Jupiterech. Jejich hmotnost je několik hmotností  planety JupiterJupiter – největší a nejhmotnější (1,9×10²⁷ kg) planeta Sluneční soustavy má plynokapalný charakter a chemické složení podobné Slunci. Se svými mnoha měsíci se Jupiter podobá jakési „sluneční soustavě“ v malém. Jupiter má, stejně jako všechny obří planety, soustavu prstenců. Rychlá rotace Jupiteru (s periodou 10 hodin) způsobuje vydouvání rovníkových vrstev a vznik pestře zbarvených pásů. Charakteristickým útvarem Jupiterovy atmosféry je Velká rudá skvrna, která je pozorována po několik století. Atmosféra obsahuje kromě vodíku a helia také metan, amoniak a vodní páry. Teplota pod oblaky směrem ke středu roste. Na vrcholcích mraků je −160 °C, o 60 km hlouběji je přibližně stejná teplota jako na Zemi. Proudy tekoucí v nitru (v kovovém vodíku) vytvářejí kolem Jupiteru silné dipólové magnetické pole. (M_J).

Exoplaneta – extrasolární planeta, planeta obíhající okolo jiné hvězdy, než je naše Slunce. Jejich existence byla předpovězena dlouhou dobu, první exoplaneta u pulzaru byla detekována v roce 1992, první exoplaneta u hvězdy hlavní posloupnosti byla objevena až v roce 1995 u hvězdy 51 Pegasi. Její objevitelé – Michel Mayor a Didier Queloz – získali v roce 2019 Nobelovu cenu. Do roku 2019 bylo nalezeno přibližně 4 000 exoplanet. Většinou jde o velká tělesa s hmotností a velikostí jen o málo menší, než mají hnědí trpaslíci. Hnědý trpaslík – hvězda s tak malou hmotností (13÷80 MJ), že teplota v nitru nikdy nedosáhne bodu vzplanutí dostatečně energetických termojaderných reakcí (alespoň 8×106 K). Dalšímu stlačování vlivem gravitace a tím i nárůstu teploty zabrání elektronová degenerace. Od planet se liší tím, že emituje po dobu několika miliard let viditelné světlo (planeta září v IR). Červený trpaslík – málo hmotná hvězda hlavní posloupnosti. Má spektrální třídu K, nebo M. Tomu odpovídá povrchová teplota 2 400 až 5 000 kelvinů s maximem vyzařování v červené oblasti (odsud pochází název těchto hvězd). V nitru probíhá, obdobně jako v našem Slunci, slučování vodíku na helium. Spektrální třída – rozdělení hvězd podle charakteristik jejich spekter do základních tříd W, O, B, A, F, G, K, M, L, T. Nejteplejší, modrofialové hvězdy mají spektrum označené W, nejchladnější hvězdy spektrálních tříd M, L a T jsou červené. Spektrální třída odpovídá zejména povrchové teplotě hvězdy.

Detekce exoplanet je založena především na nepřímých metodách. První planeta u hvězdy 51 Pegasi51 Peg – hvězda hlavní posloupnosti, u které byla objevena ve vzdálenosti 0,02 AU první exoplaneta. Objev byl učiněn v roce 1995 (D. Queloz, M. Mayor – Švýcarsko, potvrzení: Marcy, Butler – USA). Dnes (2001) je známo zhruba 50 planet u hvězd hlavní posloupnosti a je jasné, že asi 5% hvězd hlavní posloupnosti má planetu typu Jupiter ve vzdálenosti do 2 AU. Kolik je ale planet zemského typu není známo., stejně jako poslední dvě objevené superzemě, byly objeveny metodou využívající změn křivky radiálních rychlostí mateřské hvězdy. Planety, které obíhají kolem hvězdy, s ní nepatrně „lomcují“, což se projeví v posuvu spektrálních čar pozorované hvězdy jako tzv. Dopplerův jevDopplerův jev – změna frekvence vlnění při vzájemném pohybu zdroje a pozorovatele. Přibližuje-li se pozorovatel ke zdroji, naměří vyšší frekvenci, než když se vzdaluje. Může jít o zvukové, elektromagnetické i jakékoli jiné vlnění. Jev poprvé popsal rakouský matematik a fyzik Christiaan Doppler (1803–1853), který část svého krátkého života strávil jako profesor pražské Polytechniky, předchůdkyni dnešního ČVUT v Praze., který je běžně znám například z akustiky.

Metoda využívající změn křivky radiálních rychlostí je nejcitlivější na velké planety obíhající v malých vzdálenostech od hvězdy. Právě proto se nám doposud dařilo objevovat pouze exoplanetyExoplaneta – extrasolární planeta, planeta obíhající okolo jiné hvězdy, než je naše Slunce. Jejich existence byla předpovězena dlouhou dobu, první exoplaneta u pulzaru byla detekována v roce 1992, první exoplaneta u hvězdy hlavní posloupnosti byla objevena až v roce 1995 u hvězdy 51 Pegasi. Její objevitelé – Michel Mayor a Didier Queloz – získali v roce 2019 Nobelovu cenu. Do roku 2019 bylo nalezeno přibližně 4 000 exoplanet. Většinou jde o velká tělesa s hmotností a velikostí jen o málo menší, než mají hnědí trpaslíci. typu horkého Jupiteru. (Pro případ JupiteruJupiter – největší a nejhmotnější (1,9×10²⁷ kg) planeta Sluneční soustavy má plynokapalný charakter a chemické složení podobné Slunci. Se svými mnoha měsíci se Jupiter podobá jakési „sluneční soustavě“ v malém. Jupiter má, stejně jako všechny obří planety, soustavu prstenců. Rychlá rotace Jupiteru (s periodou 10 hodin) způsobuje vydouvání rovníkových vrstev a vznik pestře zbarvených pásů. Charakteristickým útvarem Jupiterovy atmosféry je Velká rudá skvrna, která je pozorována po několik století. Atmosféra obsahuje kromě vodíku a helia také metan, amoniak a vodní páry. Teplota pod oblaky směrem ke středu roste. Na vrcholcích mraků je −160 °C, o 60 km hlouběji je přibližně stejná teplota jako na Zemi. Proudy tekoucí v nitru (v kovovém vodíku) vytvářejí kolem Jupiteru silné dipólové magnetické pole. obíhajícího kolem SlunceSlunce – nám nejbližší hvězda, tzv. hvězda hlavní posloupnosti, která se nachází ve vzdálenosti 149,6×10⁶ km od Země. Jde o žhavou plazmatickou kouli s průměrem 1,392×10⁶ km, teplotou na povrchu 5 780 K, teplotou v centru přibližně 15×10⁶ K a zářivým výkonem 3,846×10²⁶ W. Zdrojem energie je jaderná syntéza, při které se za každou sekundu sloučí v jádru Slunce 700 milionů tun vodíku na hélium. je amplituda křivky radiální rychlosti Slunce rovna 12,5 ms^–1, ale s periodou 11,9 let! Pro ZemiZemě – největší z planet zemského typu. Je jedinou planetou v celém vesmíru, o které víme, že na ní existuje život. Má dostatečně hustou atmosféru, dostatek kapalné vody v povrchových oceánech. Kolem Země obíhá jediný měsíc s vázanou rotací. Při pozorování Země z kosmu vidíme hlavně modrou barvu oceánů. 70 % povrchu Země je pokryto oceány, 30 % tvoří kontinenty. Země sestává z těchto vrstev: jádro, plášť, kůra, troposféra, stratosféra, mezosféra, termosféra. Plášť a kůra jsou odděleny tzv. Mohorovičiæovým rozhraním. Kůra se posouvá a „plave“ na polotekutém plášti. Teplota v centru Země je 5 100 °C, tlak 360 GPa. Magnetické pole Země má přibližně dipólový charakter, je deformováno slunečním větrem do typického tvaru. by pohyb Slunce činil zhruba 0,1 ms^–1 s periodou 1 rok. Přitom například skvrny na povrchu hvězdy způsobí nepřesnost rychlosti řádu 1 ms^–1.)

Dva nové přírůstky do seznamu exoplanet byly objeveny díky faktu, že mateřská hvězda je červeným trpaslíkemČervený trpaslík – málo hmotná hvězda hlavní posloupnosti. Má spektrální třídu K, nebo M. Tomu odpovídá povrchová teplota 2 400 až 5 000 kelvinů s maximem vyzařování v červené oblasti (odsud pochází název těchto hvězd). V nitru probíhá, obdobně jako v našem Slunci, slučování vodíku na helium. (Gliese 581), jehož hmotnost je pouze 0,31 M_S, poloměr 0,38 R_S a vzdálenost 20,4 lySvětelný rok (ly) – vzdálenost, kterou světlo ve vakuu urazí za jeden rok, 1 ly = 9,46×10¹² km. od Slunce. U malého červeného trpaslíka se „lomcování“ projeví výrazněji než u Slunci podobné hvězdy. Gliese 581 je navíc červeným trpaslíkem s velice malou „sluneční“ aktivitou, která by jinak snižovala citlivost použité pozorovací metody.

Parametry hvězdy Gliese 581
souhvězdí	Váhy
vzdálenost	20,4 ly
hmotnost	0,31 MS
poloměr	0,38 RS
spektrální třída	M 3,5
magnituda (vizuální)	10,56
radiální rychlost vzhledem ke Slunci	–9,4 ms–1

Již v roce 2005 byla kolem tohoto červeného trpaslíka objevena exoplaneta s hmotností planety NeptunNeptun – poslední z obřích planet. Podobně jako ostatní obří planety má prstence, rozsáhlou soustavu měsíců a pásovitou strukturu atmosféry s obřími víry – skvrnami. Neptun je téměř stejně velký jako Uran. Průměrná hvězdná velikost je 7,8^m, a proto nemůže být pozorován okem. Atmosféra má pásovitou strukturu, rotace je diferenciální s průměrnou periodou 19 hodin. Vlastní rotační perioda planety je 16 hodin, atmosféra tedy vzhledem k povrchu rotuje retrográdně. V atmosféře se nachází obří anticyklóny, například Malá a Velká temná skvrna. Atmosféra má zelenomodrou barvu, v horních vrstvách převládá vodík a helium. Modrozelené zabarvení je způsobeno stopami metanu. Rychlosti větru naměřené sondou Voyager 2 přesahují 2 000 km/h. Magnetické pole má dipólový charakter, osa je skloněna 47° vzhledem k rotační ose a posunutá od středu o 0,55 poloměru. – označená jako Gl 581b. Další pozorování soustavy 3,6 metrovým teleskopem na observatoři La Silla v chilských Andách letos na jaře odhalila existenci dalších dvou planet.

Umělecká vize soustavy tří planet obíhajících kolem červeného trpaslíka Gliese 581.
Zdroj: ESO, 25. 4. 2007.

Hvězda Gliese 581 (uprostřed) na snímku z přehlídky Digital Sky Survey.

Nově objevená planeta Gl 581c oběhne kolem mateřské hvězdy jednou za 12,91 pozemského dne ve vzdálenosti 0,073 AUAU – astronomická jednotka (Astronomical Unit), původně střední vzdálenost Země od Slunce, v roce 2012 ji IAU definovala jako 149 597 870 700 m přesně a změnila zkratku z AU na au. Astronomická jednotka se používá především pro určování vzdáleností ve sluneční soustavě, pro přibližné odhady postačí hodnota 150 milionů kilometrů.. Se spočtenou minimální hmotností (celkovou hmotnost umíme určit pouze u tranzitujícíchTranzitující – z pozice pozorovatele přecházející přes hvězdu. exoplanet, kde známe i sklon dráhy planety) 0,0152 M_J ≈ 5,1 M_Z se stala čtvrtou nejméně hmotnou exoplanetou, kterou známe.

Gl 581c se nachází v tzv. obyvatelné zóně, oblasti kolem hvězdy, kde by se mohl vyvinout život (0,1 AUAU – astronomická jednotka (Astronomical Unit), původně střední vzdálenost Země od Slunce, v roce 2012 ji IAU definovala jako 149 597 870 700 m přesně a změnila zkratku z AU na au. Astronomická jednotka se používá především pro určování vzdáleností ve sluneční soustavě, pro přibližné odhady postačí hodnota 150 milionů kilometrů. u červeného trpaslíkaČervený trpaslík – málo hmotná hvězda hlavní posloupnosti. Má spektrální třídu K, nebo M. Tomu odpovídá povrchová teplota 2 400 až 5 000 kelvinů s maximem vyzařování v červené oblasti (odsud pochází název těchto hvězd). V nitru probíhá, obdobně jako v našem Slunci, slučování vodíku na helium., 1 AUAU – astronomická jednotka (Astronomical Unit), původně střední vzdálenost Země od Slunce, v roce 2012 ji IAU definovala jako 149 597 870 700 m přesně a změnila zkratku z AU na au. Astronomická jednotka se používá především pro určování vzdáleností ve sluneční soustavě, pro přibližné odhady postačí hodnota 150 milionů kilometrů. u SlunceSlunce – nám nejbližší hvězda, tzv. hvězda hlavní posloupnosti, která se nachází ve vzdálenosti 149,6×10⁶ km od Země. Jde o žhavou plazmatickou kouli s průměrem 1,392×10⁶ km, teplotou na povrchu 5 780 K, teplotou v centru přibližně 15×10⁶ K a zářivým výkonem 3,846×10²⁶ W. Zdrojem energie je jaderná syntéza, při které se za každou sekundu sloučí v jádru Slunce 700 milionů tun vodíku na hélium.). Poloměr planety je jen 1,5× větší než poloměr Země. Odhadované teploty určené podle albedaAlbedo – míra odrazivosti povrchu tělesa. Jde o poměr dopadajícího a odraženého elektromagnetického záření vyjádřený zpravidla v procentech nebo desetinných číslech. Pokud není specifikováno jinak, jde o viditelné světlo a kolmý dopad. Například albedo sněhu je 90 % (0,9), albedo oceánů maximálně 10 % (0,1), Země má celkové albedo 31 % (0,31) a Měsíc 12 % (0,12). planety se na povrchu pohybují od –3 °C až po +40 °C, (–3 °C při použití albeda VenušeVenuše – nejbližší planeta vzhledem k Zemi. Hustá atmosféra zabraňuje přímému pozorování povrchu. Díky skleníkovému efektu je na povrchu vysoká teplota, nejvyšší dosud naměřená hodnota činí 480 °C. Venuše obíhá kolem Slunce takřka po kruhové dráze ve vzdálenosti 108 milionů kilometrů s periodou 225 dní. Otočení kolem vlastní osy (proti oběhu, tzv. retrográdní rotace) trvá 243 pozemských dnů. To znamená, že na Venuši Slunce vychází a zapadá jen dvakrát za jeden oblet Slunce. Oblaka Venuše dobře odrážejí sluneční svit a proto je tato planeta po Slunci a Měsíci nejjasnějším tělesem na obloze. Na večerní obloze jí můžeme spatřit jako Večernici a na ranní obloze jako Jitřenku.; 40 °C při použití albeda ZeměZemě – největší z planet zemského typu. Je jedinou planetou v celém vesmíru, o které víme, že na ní existuje život. Má dostatečně hustou atmosféru, dostatek kapalné vody v povrchových oceánech. Kolem Země obíhá jediný měsíc s vázanou rotací. Při pozorování Země z kosmu vidíme hlavně modrou barvu oceánů. 70 % povrchu Země je pokryto oceány, 30 % tvoří kontinenty. Země sestává z těchto vrstev: jádro, plášť, kůra, troposféra, stratosféra, mezosféra, termosféra. Plášť a kůra jsou odděleny tzv. Mohorovičiæovým rozhraním. Kůra se posouvá a „plave“ na polotekutém plášti. Teplota v centru Země je 5 100 °C, tlak 360 GPa. Magnetické pole Země má přibližně dipólový charakter, je deformováno slunečním větrem do typického tvaru.).

Třetí planetě v systému – Gl 581d – trvá oběh nejdéle, celých 84,4 dní. Nachází se ve vzdálenosti 0,24 AU od mateřské hvězdy. Minimální hmotnost byla určena na 0,0259 M_J ≈ 8,2 M_Z.

Udávané hodnoty teplot a hmotnosti je ale třeba brát s rezervou. U hmotnosti se vždy jedná jen o minimální hmotnost vycházející ze změřené kombinace M sin i, kde i je neznámý sklon dráhy (ten známe pouze u tranzitujícíchTranzitující – z pozice pozorovatele přecházející přes hvězdu. exoplanet a těch bylo objeveno zatím jen čtrnáct). Teplotu planety pak samozřejmě kromě albedaAlbedo – míra odrazivosti povrchu tělesa. Jde o poměr dopadajícího a odraženého elektromagnetického záření vyjádřený zpravidla v procentech nebo desetinných číslech. Pokud není specifikováno jinak, jde o viditelné světlo a kolmý dopad. Například albedo sněhu je 90 % (0,9), albedo oceánů maximálně 10 % (0,1), Země má celkové albedo 31 % (0,31) a Měsíc 12 % (0,12). ovlivňuje přítomnost nebo nepřítomnost atmosféry a její složení, tak jak to známe z naší sluneční soustavy.

Přesnější údaje o exoplanetách nám přinese až evropská družice COROT a americká sonda Kepler (start v říjnu 2008). Družice COROT, která úspěšně odstartovala na konci roku 2006, má pořídit přesná fotometrická měření transitujících exoplanet.

V současné době COROT již zahájil svou vědeckou činnost. Očekává se, že během svého působení (2,5 roku) objeví velké množství nových exoplanet, a to i planet velikostmi srovnatelnými s naší Zemí v obyvatelných zónách kolem mateřských hvězd nejen červených trpaslíků, ale i Slunci podobných hvězd. Tyto nově objevené exoplanety se pak zařadí k oněm čtrnácti exoplanetám, u kterých známe nejen přesné hmotnosti, ale třeba i částečné složení atmosféry.

Naměřený graf radiální rychlosti červeného trpaslíka Gl 581. Zdroj ESO 25. 4. 2007.

Planeta	M*sin i (MJ)	M*sin i (MZ)	oběžná perioda (dni)	velká poloosa dráhy (AU)
Gl 581b	0,0490	15,6	5,37	0,041
Gl 581c	0,0159	5,1	12,91	0,073
Gl 581d	0,0263	8,3	84,4	0,25

Parametry trojného planetárního systému u trpaslíka Gliese 581.

Klip týdne: Červený trpaslík Gliese 876

 

Červený trpaslík Gliese 876. Gliese 876 je červený trpaslík v souhvězdí Vodnáře. Jde o proměnnou hvězdu s označením IL Aquarii. V roce 2006 byly u této hvězdy nalezeny tři extrasolární planety, z nichž jedna má hmotnost menší než polovinu hmotnosti Neptunu. Podle astrometrických měření družice Hipparcos má červený trpaslík paralaxu 212,59 tisícin obloukové vteřiny, což znamená, že je 15,3 světelného roku vzdálený. Zdánlivá vizuální magnituda trpaslíka je 10,1, hmotnost 0,31 M_S. V animaci vidíme uměleckou vizi soustavy. Postupně prolétneme kolem všech tří planet. V pozadí červeně svítí trpasličí hvězda. V roce 2007 byl objeven v souhvězdí Vah obdobný systém Gliese 581, kde je hmotnost objevených planet pouhým pěti, osmi a šestnáctinásobkem hmotnosti Země.  Zdroj ESO. (avi, 4 MB)

Odkazy