Vázaná rotace a obyvatelnost planet u červených trpaslíků

Kresba: povrch planety, obíhající okolo červeného trpaslíka.

Obyvatelnost planet u červených trpaslíků je komplikavaný problém.


Často se na našem webu setkáváme s problematikou obyvatelnosti či neobyvatelnosti planet u červených trpaslíků. Celá problematika je však velmi komplikovaná a zahrnuje řadu faktorů, z nichž o mnohých máme jen kusé představy. V posledních letech vyšla řada studií s protichůdnými závěry. Zkusme se proto podívat alespoň na dva faktory, které mohou sehrát důležitou roli a o nichž se v poslední době hodně mluví.

Slapové síly

Slapové síly jsou hnacím motorem astrobiologických úvah a je to také jeden z mála faktorů, který si můžete snadno osahat i na Zemi. Stačí se vydat k některému z moří a sledovat příliv a odliv. Podle  teorií mohly slapové síly Slunce a Měsíce, vyvolávající příliv a odliv, sehrát důležitou roli při rozšíření života z moře na pevninu. Slapové síly jsou ale ve vesmíru i podstatně silnější. Například u Jupiterova měsíce Europa je vliv blízkého Jupiteru asi 1000x větší ve srovnání se „slapovým vlivem“ Měsíce  a Slunce na Zemi. Díky tomu má Europa vnitřní zdroj tepla, který dost možná udržuje kapalný oceán vody pod ledovou slupkou.

Představte si ale planetu, která je sice dle astronomických kritérií v obyvatelné oblasti, ale slapové síly blízké hvězdy jsou tak obrovské, že vnitřní vytápění planety to zkrátka přežene. Z takové planety by se brzy stal suchý a nehostinný svět. Podobné úvahy jsou zbytečná pro planety u hvězd typu Slunce, které jsou buď dost daleko na to, aby byly účinky slapových sil mateřské hvězdy takto extrémní a nebo dost blízko na to, aby byly vystaveny příliš velkému teplu samotné hvězdy. Něco jiného je to ovšem v případě obyvatelné zóny u červených trpaslíků. Ta se nachází dost blízko od hvězdy, takže zatímco záření červeného trpaslíka je tak akorát, jeho slapové síly mohou postupně zlikvidovat veškerou možnou vodu na povrchu planety.

Svítí, svítí slunce nad hlavou

Přílišná blízkost k mateřské hvězdě má ještě jeden negativní dopad. Případná planeta v obyvatelné oblasti bude mít vázanou rotaci. To znamená, že ke své hvězdě bude nakloněna stále stejnou stranou. Pokud si ovšem myslíte, že na denní straně bude hic jak na Sahaře a na noční bude naopak mráz a la Sibiř, mýlíte se. Atmosféra má tendenci rozdíly teplot srovnat, takže mezi denní a noční stranou nemusí být až tak extrémní výkyvy.

Na denní straně by se zřejmě líbilo slunečním fyzikům. Hvězda je totiž zavěšena stále na stejném místě na obloze. Z pohledu planety tím ale vzniká problém. Jedno místo na povrchu dostává neustále více záření, než zbytek planety. Nemusíme chodit daleko, podobné teplotní mapy už byly vytvořeny pro některé horké Jupitery a „hvězdný bod“ je na nich dobře patrný (viz HD 189733 b).

Existence podobného bodu na povrchu kamenné a potencionálně obyvatelné planety nemusí být nutně neřešitelnou překážkou. Vše závisí především na dvou věcech. Tou první je složení atmosféry, tou druhou efektivnost atmosférické cirkulace. Problém může nastat, pokud je atmosféra opticky tenká, cirkulace neefektivní (takže v daném bodě je teplota významně vyšší než je celoplanetární průměr) a jako hlavní složku má skleníkový plyn. Jednou z podmínek pro existenci života je přítomnost vulkanické činnosti, která je zdrojem skleníkových plynů, jenž ohřívají povrch planety.

Pokud jsou ovšem podmínky na povrchu takové, jaké jsme popsali, bude docházet k velkému zvětrávání hornin v oblasti hvězdného bodu. Tím se do atmosféry dostávají plyny (například vápník), které likvidují oxid uhličitý a ochlazují tak atmosféru.  Je ovšem otázkou, zda oba mechanismy dokážou být v rovnováze. Hvězdný bod může být ochlazován (například poklesem tlaku díky odstraňování oxidu uhličitého z atmosféry), čímž je proces ochlazování atmosféry redukován, vulkanická činnost vyhraje, zvětrávání se dostane do podstatně vyšších obrátek a dojde ke zhroucení atmosféry. Podobný proces se označuje zkratkou ESWI (enhanced substellar weathering instability).

ZdrojClimate Instability on Tidally Locked Exoplanets