Tři (ne)obyvatelné exoplanety od Keplera – podrobnosti

www.novedalekohledy.cz
Kepler-69 c v představách malíře. credit: NASA Ames/JPL-Caltech
Kepler-69 c v představách malíře. credit: NASA Ames/JPL-Caltech

Kepler-62 a Kepler-69

Ve čtvrtek jsme vám psali o objevu tří exoplanet, které se pohybují kolem svých hvězd v obyvatelných oblastech nebo alespoň v jejich blízkosti. V médiích se ihned objevily informace, že na alespoň některé z planet bude „globální oceán“ apod. Skoro by se chtělo zeptat, kde si můžeme koupit rybářské lístky k lovu na těchto světech. Ale teď vážně. Jak už to u těchto objevů bývá, o planetách nevíme vlastně skoro nic a hrát si s termínem obyvatelná oblast také není nic jednoduchého.

Kepler-62

Co víme jistě, že v případě Kepler-62 zde máme oranžového trpaslíka. Hvězdu o velikosti a hmotnosti asi 0,6 Slunce, která je nejen menší a méně hmotná ale také o něco chladnější než ta velká žlutá koule na pozemské obloze. Zatímco Slunce má na „povrchu“ asi 5700 K, Kepler-62 je o zhruba 800 K chladnější.

Kolem hvězdy obíhá pět planet, nebo přesněji řečeno pět planet přechází před svou hvězdou a Kepler je tedy mohl najít. Čtyři z pěti planet obíhají blíže, než Merkur ve Sluneční soustavě. Přesto na nejvzdálenější z této čtyřky mohou být vcelku příznivé podmínky. Rovnovážná teplota se u ní bude pohybovat někde kolem 0°C. Její poloměr bude kolem 1,7 Země. Poslední planeta se pak nachází ve vzdálenosti 0,7 AU, má poloměr 1,4 Země a rovnovážnou teplotu kolem -70°C.

 

 

Problémem je, že nevíme nic o atmosférách těchto planet, které mají klíčovou roli při stanovení výsledné teploty. Kromě toho však nevíme ani nic o složení planet jako takových. Astronomové pracují obecně se třemi hodnotami: hmotností, poloměrem a složením. V případě těchto planet známe pouze poloměr, nemůžeme vypočítat hustotu a tedy odhadnout přibližné složení. V odborných studiích se proto často nastíní řada scénářů očekávaného složení – planeta spíše kamenná, planeta spíše „vodního typu“ a díky tomu můžeme určit maximální možnou hmotnost.

Podle nejpravděpodobnějšího scénáře by planety „e“ a „f“ měly být vodními světy, tedy takové planety, jejichž analogii ve Sluneční soustavě nemáme. Teoreticky by se mohlo jednat o planety kamenné s velmi hlubokým oceánem na povrchu, případně o planety, v jejichž složení hraje voda klíčovou roli. Některé simulace naznačují, že podobné světy mohou mít ze začátku atmosféru, složenou převážně z vody (80-90%), oxidu uhličitého a amoniaku. Posledně jmenovaný „čpavek“ je ovšem záhy pokořen účinky ultrafialového záření a rozložen na dusík a vodík, který se postupně z atmosféry vytratí do kosmického prostoru.

Čistě teoreticky lze očekávat u Kepler-62 e hmotnost kolem 2 až 4 Zemí, v případě Kepler-62 f pak někde v rozmezí 1,2 až 2,5 Země.

Kepler-62 f v představách malíře. Credit: NASA
Kepler-62 f v představách malíře. Credit: NASA

Astronomové samozřejmě mohou hmotnost změřit. Pozemské spektrografy na to však u tohoto systému stačit zatím nebudou a nepomohou zřejmě ani další techniky jako TTV, kdy se dají hmotnosti určit na základě odchylek v časech tranzitů jednotlivých exoplanet.

Také s pojmem „obyvatelná oblast“ je právě díky neznalosti složení ale zejména atmosféry problém. Férovější ale méně mediálně atraktivní je držení se výše popsaných rovnovážných teplot nebo ještě lépe tzv. oslunění, tedy množství záření, které planeta od své hvězdy dostává ve srovnání se Zemí. V případě Kepler-62 e je to 1,2, u Kepler-62 f pak 0,4. Na okraj je dobré zmínit, že ani rovnovážné teploty neznáme přesně, ale odhadujeme je na základě neznámého albeda, tedy množství záření, které daná planeta odráží zpět do vesmíru.

Podle některých studií je maximální možná rovnovážná teplota, při níž ještě lze uvažovat o obyvatelnosti, kolem 310 Kelvinů (40°C). Jiné studie ovšem tuto hranici sráží dokonce až k 250 Kelvinům (-20°C). Porovnávat ovšem tato čísla s hodnotami u nových exoplanet příliš smysl nemá s ohledem na neznalost složení a tedy albeda. Z obyvatelných exoplanet se tak ve skutečnosti vyklubou jen planety větší než Země, které „mají šanci“ na podmínky k životu.

Dosud potrvzené obyvatelné exoplanety

Název exoplanety
Hmotnost
Poloměr
Oběžná doba (dny)
Velká poloosa (AU)
Výstřednost dráhy
Typ mateřské hvězdy
Oslunění
Objevitel, rok objevu
Gliese 581 d
6,0
-
66,6
0,22
0,25
červený trpaslík
0,17-0,47
HARPS, 2007
GJ 667C c
3,81
-
28,1
0,12
0,00
červený trpaslík
0,9
HARPS, 2011
Kepler-22 b
-
2,4
290
0,849
0,00
žlutý trpaslík
1,1
Kepler, 2012
Gliese 163 c
6,9
1,8-2,4 (odhad)
26
0,125
-
červený trpaslík
1,4
HARPS, 2012
Kepler-62 e
-
1,6
122,4
0,427
-
oranžový trpaslík
1,2
Kepler, 2013
Kepler-62 f
-
1,4
267,3
0,718
-
oranžový trpaslík
0,4
Kepler, 2013
Kepler-69 c
-
1,7
242
0,64
-
žlutý trpaslík
??
Kepler, 2013
Kepler-296 f
-
1,79
63,4
0,263
-
oranžový trpaslík
1,3
Kepler, 2014
Gliese 180 c
6,4
-
24,3
0,129
0,09
červený trpaslík
0,9-0,6
HARPS, 2014
HD 40307 g
7,0
-
198
0,6
0,290
oranžový trpaslík
1,3-0,4
HARPS, 2012
GJ 682 b
4,4
-
17,5
0,08
0,08
červený trpaslík
0,36-0,26
HARPS, 2014
Tau Ceti e
4,3
-
168
0,5
0,05
červený trpaslík
1,6-1,3
HARPS, 2012
Oslunění - množství záření, které planeta dostává. Země = 1
Oslunění Venuše: 1,92, Marsu: 0,43
Hmotnost a poloměr exoplanety je uveden v násobcích Země.

 

Kepler-69

Kepler-69 je velmi podobná Slunci, i když trochu méně hmotná (80%) a menší (93%). Kolem hvězdy obíhají dvě planety. Planeta „b“ má 2,2x větší poloměr ve srovnání se Zemí a oběžnou dobu 13,7 dní. Rovnovážná teplota na povrchu tohoto světa bude kolem 500°C. Kolegyně „c“ je na tom lépe. Její poloměr je 1,7 Země a kolem hvězdy obíhá ve vzdálenosti 0,64 AU s dobou oběhu 242 dní. Pro srovnání: Venuše obíhá kolem Slunce ve vzdálenosti 0,72 AU s dobou oběhu 224 dní. Rovnovážná teplota by se zde mohla pohybovat kolem 30°C.

Jsou daleko

O čem se příliš nemluví, je fakt, že objevy Keplera se nacházejí poměrně daleko od nás. V případě Kepler-62 se má jednat o 1 200 světelných let, v případě Kepler-69 dokonce o 2700 let. Prvně jmenovaná se nachází v souhvězdí Lyry, druhá v souhvězdí Labutě. Jedná se o oblast mezi tzv. letním trojúhelníkem, tvořeným třemi jasnými hvězdami: Vega, Deneb a Altair.

Oblast, kde Kepler exoplanety hledá, je vybrána záměrně především proto, aby mohl dalekohled pozorovat desítky tisíc hvězd současně bez toho, aby jej někdy rušil Měsíc nebo Slunce. Kepler je především statistik, jeho cílem je zjistit, jak na tom s exoplanetami v Galaxii vlastně jsme. Jeho nástupce, družice TESS by se měla zaměřit na konkrétní nejbližší hvězdy. Stane se tak nejdříve v roce 2017.

Planetární systém Kepler-62

Planeta
Hmotnost (Mz)
Poloměr (Rz)
Oběžná doba (dny)
Velká poloosa (AU)
Rovnovážná teplota (°C)
b
8,8
1,2
5,7
0,055
430
c
4,0
0,5
12,4
0,0929
300
d
14
1,9
18,2
0,12
210
e
35
1,6
122,4
0,427
-3
f
35
1,4
267,3
0,718
-68

Zdroj:

Kepler-62: A Five-Planet System with Planets of 1.4 and 1.6 Earth Radii in the Habitable Zone

A super-Earth-sized planet orbiting in or near the habitable zone around Sun-like star