Týdeník věnovaný aktualitám a novinkám z fyziky a astronomie. Vydavatel: AGA (Aldebaran Group for Astrophysics) Číslo 7 – vyšlo 13. února, ročník 7 (2009) © Copyright Aldebaran Group for Astrophysics Publikování nebo šíření obsahu je zakázáno. ISSN: 1214-1674, Email: bulletin@aldebaran.cz

7/2009

Sluneční soustava Epsilon Eridani je mladší verzí našeho systému

Ivan Havlíček

Sluneční soustavu kolem hvězdy Epsilon Eridani (ε Eri) tvoří, vyjma centrální hvězdy a tří planet, ještě dva zřetelně odlišené soustředné pásy planetek a vnější ledový pás kometKometa – těleso malých rozměrů obíhající kolem Slunce většinou po protažené eliptické dráze s periodou od několika let po tisíce roků. Při přiblížení ke Slunci se vypařuje část materiálu jádra a kometa vytváří komu a eventuálně ohon. Jde o pozůstatky materiálu z doby tvorby sluneční soustavy. Dnes se nacházejí v Oortově oblaku za hranicemi sluneční soustavy, ve vzdálenosti 20 000÷100 000 au. Některé komety pocházejí i z bližšího Kuiperova pásu.. Výsledek nových pozorování byl oznámen týmem Spitzerova kosmického dalekohleduSST (Spitzer Space Telescope) – Spitzerův vesmírný dalekohled. Kosmická observatoř NASA pracující v infračerveném oboru, která byla vynesena na oběžnou dráhu v srpnu 2003 nosnou raketou Delta 7920H ELV. Zrcadlo má průměr 85 cm. Přístroje byly chlazeny kapalným heliem na teplotu 5,5 K do roku 2009. Pozorovací spektrální rozsah byl v období chlazení 3÷180 μm. Od roku 2009 pracuje dalekohled v „teplém“ režimu – teplota celého dalekohledu je cca 30 K a  pracuje jen přístroj IRAS na vlnových délkách 3,6 μm a 4,5 μm. Program observatoře má na starosti California Institute of Technology. v říjnu roku 2008 a tomuto systému je stále věnována velká pozornost. Epsilon Eri je dosud nejbližší známá hvězda, u níž byla objevena extrasolární soustava. Systém je vzdálen od 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. 10,5 světelných roků a stáří centrální hvězdy je odhadováno na 850 miliónů roků.

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. Kuiperův pás – oblast malých těles za drahou Neptunu. Vnitřní okraj pásu se nachází ve vzdálenosti asi 30 a vnější asi ve vzdálenosti 500 astronomických jednotek od Slunce. Je „položen“; do roviny ekliptiky. Dnes známe tisíce objektů Kupierova pásu a předpokládá se, že existuje přes 100 000 objektů s velikostí větší než 100 kilometrů. Průměry těles nepřesahují (až na ojedinělé výjimky) 400 km. Celková hmotnost všech těles se odhaduje na 0,1 hmotnosti Země. Nejznámějším tělesem Kuiperova pásu je Pluto. Oortův oblak – také Oortovo-Öpikovo mračno. Jedná se o jakousi zásobárnu kometárních jader, která se nachází ve vzdálenosti zhruba 20 000 až 100 000 astronomických jednotek od Slunce. Obsahuje velké množství nepravidelných těles s drahami o sklonech v rozmezí 0 až 90°. Jedná se většinou o slepence zmrzlých plynů, vodního ledu a úlomků hornin, které se dostávají do blízkosti Slunce vlivem gravitačních poruch. Jejich počet se odhaduje na jeden bilión při celkové hmotnosti do 10 Zemí. také Oortovo-Öpikovo mračno. Jedná se o jakousi zásobárnu kometárních jader, která se nachází ve vzdálenosti zhruba 20 000÷100 000 AU od Slunce. Obsahuje velké množství nepravidelných těles s drahami o sklonech v rozmezí 0°÷90°. Jedná se většinou o slepence zmrzlých plynů, vodního ledu a úlomků hornin, které se dostávají do blízkosti Slunce vlivem gravitačních poruch. Jejich počet se odhaduje na jeden bilión při celkové hmotnosti do 10 MZ. Kometa – těleso malých rozměrů obíhající kolem Slunce většinou po protažené eliptické dráze s periodou od několika let po tisíce roků. Při přiblížení ke Slunci se vypařuje část materiálu jádra a kometa vytváří komu a eventuálně ohon. Jde o pozůstatky materiálu z doby tvorby sluneční soustavy. Dnes se nacházejí v Oortově oblaku za hranicemi sluneční soustavy, ve vzdálenosti 20 000÷100 000 au. Některé komety pocházejí i z bližšího Kuiperova pásu. Planetka – nesprávně asteroid, malé těleso o rozměrech maximálně stovek kilometrů na samostatné dráze kolem Slunce. Nejvíce planetek se nachází v tzv. Hlavním pásu mezi drahami Marsu a Jupiteru. Obdobná tělesa jsou i v Kuiperově pásu za drahou Neptunu.

Takto nějak by mohl vypadat sluneční systém kolem hvězdy ε Eri při pohledu z vnitřního okraje vnějšího pásu planetek. Na obrázku jsou zřetelně nakresleny všechny tři známé planety. Měřítko planet poblíž centrální hvězdy je značně přehnané, aby je na kresbě bylo možno vůbec jako planety rozpoznat. V měřítku zobrazení odpovídajícím skutečným vzdálenostem by šlo jen o svítící body podobné hvězdám v pozadí. Zdroj: SST

Epsilon Eridani je mladší a trochu chladnější verzí našeho Slunce. Donedávna zde byly známy dvě extrasolární planety a vnější prstenec ledových komet podobný Kuiperovu kometárnímu pásuKuiperův pás – oblast malých těles za drahou Neptunu. Vnitřní okraj pásu se nachází ve vzdálenosti asi 30 a vnější asi ve vzdálenosti 500 astronomických jednotek od Slunce. Je „položen“; do roviny ekliptiky. Dnes známe tisíce objektů Kupierova pásu a předpokládá se, že existuje přes 100 000 objektů s velikostí větší než 100 kilometrů. Průměry těles nepřesahují (až na ojedinělé výjimky) 400 km. Celková hmotnost všech těles se odhaduje na 0,1 hmotnosti Země. Nejznámějším tělesem Kuiperova pásu je Pluto. v naší sluneční soustavě. ε Eri je hvězdou čtvrté hvězdné velikosti (3,73 magMagnituda – někdy též zdánlivá magnituda, logaritmická míra jasnosti objektu, m = −2,5 log J. Tato definiční rovnice se nazývá Pogsonova rovnice (zavedl ji anglický astronom Norman Pogson v roce 1856). Koeficient je volen tak, aby hvězdy s rozdílem pěti magnitud měly podíl vzájemných jasností 1:100. Znaménko minus v definici je z historických důvodů. Magnitudy takto vypočtené odpovídají historickému dělení hvězd do šesti skupin (nula nejjasnější, 5 nejméně jasné pozorovatelné okem). Nejjasnější hvězda na severní polokouli Arcturus má magnitudu −0.05, nejjasnější hvězda celé noční oblohy, Sírius, má magnitudu –1.6. Relativní magnituda vypovídá o skutečné jasnosti hvězdy na obloze, která kromě svítivosti závisí také na vzdálenosti hvězdy. Rozlišujeme bolometrickou magnitudu (v celém spektru) a vizuální magnitudu (pouze ve viditelném spektru).) třídy K2V, je to trpasličí hvězda spalující vodík. Co se týče vzdálenosti, jde o jednu z deseti Zemi nejbližších hvězdných soustav. Povrchová teplota hvězdy je 5 080 K (88 % T_S) a její svítivostSvítivost hvězdy – skutečná produkce energie hvězdy zářením za jednotku času neboli zářivý výkon hvězdy. Udává se ve wattech a  závisí na efektivní povrchové teplotě hvězdy. Svítivost lze spočítat ze Stefanova-Boltzmannova zákona dle vztahu: L = 4πR²σT⁴. Někdy hovoříme o bolometrické svítivosti (svítivosti počítané přes celé elektromagnetické spektrum). dosahuje jen 34 % svítivosti sluneční. Vypovídá to o nižší hmotnosti (jen 83 % M_S). ε Eri rotuje pravděpodobně obdobně jako Slunce a v budoucnu se bude jeho aktivita také značně podobat aktivitě Slunce. Epsilon Eri je jednou z prvních hvězdných soustav, ke které v šedesátých letech minulého století zaměřil svůj rádiový teleskop Frank Drake ve snaze nalézt signály mimozemských civilizací.

Mapa souhvězdí Eridanu. Johann Bayer, Uranometria, 1603. Hvězda ε Eri
je označena červenou šipkou. Zdroj: Linda Hall Library of Science.

Snímek prachového disku kolem ε Eri pořízený submilimetrovou kamerou SCUBASCUBA – Submillimetre Common User Bolometer Array, nejlepší přístroj na světě k pozorování záření o vlnové délce okolo 1 mm. V budoucnu by ho měla překonat soustava radioteleskopů ALMA, která se staví v chilské poušti Atacama. na JCMTJCMT – James Clerk Maxwell Telescope, dalekohled pro submilimetrovou oblast postavený na hoře Mauna Kea na Havaji. Primární zrcadlo má průměr 15 metrů. V roce 1998 zde byla nainstalována kamera SCUBA, v roce 2011 byla zprovozněna výkonnější a kvalitnější kamera SCUBA-2. v roce 1998. Měřítko snímku je zřetelné z elipsy zobrazující rozměry planetární dráhy Pluta. Pozorování rotace tohoto disku bylo představeno na konferenci STSCI v říjnu 2005 (viz poster). Zdroj: David Darling.

Spitzerův tým objevil, že systém ε Eri obsahuje dva pásy planetek. První se nachází v podobném místě jako vnitřní (někdy označovaný jako hlavní) pás planetek v naší sluneční soustavě. Druhý je hustější a leží mezi předchozím a vnějším kometárním ledovým pásem. Soustavu zřetelně oddělených pásů planetek udržují pravděpodobně dosud neobjevené planety, které by se měly pohybovat na okraji rozhraní mezi vnějším pásem planetek a ledovým pásem komet. Prozatím je bezpečně prokázána existence jedné planety, která byla objevena v roce 2000. Jde o těleso hmotnostně srovnatelné s JupiteremJupiter – 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.. Dle oběžné doby 6,85 roků byla její hmotnost spočítána na 1,55 M_J. Planeta byla označena „Epsilon Eridani b“, nebo dnes také dle značení Spitzerovým týmem planeta A. Pohybuje se na velmi výstředné dráze se střední vzdáleností 3,4 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., vůči ε Eri se ale může přibližovat a vzdalovat v intervalu 1÷5 AU. Druhý planetární kandidát (podle Spitzerova týmu planeta C) je předpovězen ve vzdálenosti 35 AU, na vnitřním okraji ledového kometárního pásu, který by se mohl rozprostírat nejméně do vzdálenosti 80 AU. Planeta C by měla dosahovat téměř Jupiterovy hmotnosti, doba jejího oběhu by se měla pohybovat kolem 50 roků. V pořadí od hvězdy druhou planetou, tedy Spitzerovými lidmi označenou jako planeta B, by mělo být těleso na vnějším okraji druhého pásu planetek ve vzdálenosti 20 AU.

Ve srovnání s naší sluneční soustavou jsou evidentní zejména rozdílné vzdálenosti v rozložení pásu planetek. Planetky jsou tvořeny těžkým materiálem. Jde o kameny a prach, z nichž mohou být později vytvořeny kamenné planety podobné 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.. V pozdějším stádiu vývoje planetárního systému by pak v těchto prstencích měly skončit zbytky meziplanetární hmoty, která na tvorbu kamenných planet spotřebována nebyla. Systém Epsilon Eridani je velmi nápadně podobný sluneční soustavě, ve které létáme. Podrobným výzkumem této soustavy se možná podaří odpovědět na otázky týkající se minulosti naší vlastní sluneční soustavy. Soustava ε Eri je soustavou velmi mladou. Pozorujeme ji v době, ve které astronomové očekávají konec tvorby velkých planet provázený vymetáním zbylého materiálu na periferii soustavy. Mohlo by tedy, s rozvojem očekávané pozorovací techniky nového tisíciletí, jít v budoucnu o přímé pozorování tvorby planetární soustavy v bezprostřední blízkosti.

Srovnání sluneční soustavy se systémem Epsilon Eridani. Horní část obrázku ukazuje vnitřní pás planetek, spodní polovina kresby znázorňuje periferie soustavy. Měřítko je možné odvodit ze známých vzdáleností oběžných drah planet sluneční soustavy. Zdroj: SST.

Odkazy