Pravděpodobnost, že je Země obyvatelná, je 82 %. WTF?

Credit: NASA
Credit: NASA
www.novedalekohledy.cz

Není to vlastně nová zpráva, pochází to už někdy z října, ale až nyní si toho všimly zahraniční astronomické weby i některá média. Pravděpodobnost, že je Země obyvatelná planeta, je prý 82 %. Jak je to možné?

Lidé a novináři milují kuriozity a tohle samozřejmě kuriozita je, zvláště když k tomu ještě dodáte, že někteří kandidáti od Keplera mají pravděpodobnost obyvatelnosti vyšší. Cože?

Moc se už nerozebírá, proč tomu tak vlastně je. Vysvětlení není tak složité, ale zkusme se na problematiku podívat obšírněji.

Kromě galaktických xenofobů chce snad každý vědět, zda jsme ve vesmíru sami. Přestože exoplanety nacházíme už dvě desetiletí, na tuto otázku odpovědět nedokážeme. Neumíme ani přesně říct, zda jsou na povrchu planety podmínky k životu. Pamatujte, že drtivou většinu exoplanet nevidíme, pozorujeme jen její účinky na mateřskou hvězdu a místo fotky máme jen shluk bodů v grafu.

Pokud se astronoma zeptáte, zda je daná planeta obyvatelná, udělá vám několikaminutovou přednášku, ze které se dozvíte něco o obyvatelné oblasti, ale odpovědi na svou otázku se nedočkáte. Ono to není tak snadné.

Obyvatelná zóna

Obyvatelná oblast je taková oblast okolo hvězdy, ve které by planeta podobná Zemi mohla mít podmínky k udržení vody v kapalném skupenství.

Také máte rádi aplikace, kde zadáváte a upravujete parametry a ono vám to něco počítá a ukazuje? Představte si simulátor obyvatelné oblasti. Máme zadání: hvězda podobná Slunci, planeta podobná Zemi a na kruhové dráze.

Našim úkolem je najít vnitřní a vnější okraj obyvatelné oblasti. S planetou šoupáme ke hvězdě a od hvězdy a všímáme si, že nám stoupá a klesá oslunění (množství záření, které naše planeta od hvězdy dostává) a také teplota na povrchu.

Vypadá to jednoduše, ale v úkolu je také něco o tom, že si máme pohrát s nastavením oxidu uhličitého. Zjišťujeme zajímavou věc. Pokud dáme oxid uhličitý na nulu, dostaneme se se svou planetou ke hvězdě blíže. Naopak, pokud ho dáme na maximum, na planetě funguje na plné obrátky skleníkový efekt – takže si vlastně planetu „přihříváme“ a můžeme ji šoupnout dál než předtím.

Jedna z moderních definicí obyvatelné oblasti z roku 2013 zjednodušeně řečeno funguje právě takto. Ale to je samozřejmě hodně zjednodušený postup, protože klima planet je nesmírně složité. Není to o tom, že by definice – respektive studie z roku 2013 byla špatná, je spíše hodně konzervativní. Na tohle téma v té době sepsal podrobný článek Tomáš Petrásek.

Indexy, kdo by je nemiloval?

Proč to zmiňuji? Některým astronomům vadí, že pojetí obyvatelnosti je binární – tedy chcete po nich ANO / NE. Domnívají se, že vhodnějším měřítkem je nějaké číslo. Pak prostě řeknete, že tahle exoplaneta má index podobnosti se Zemí 0,6 a každý hned ví, že je Zemi podobnější než ta, která má index 0,4.

Nejslavnějším indexem je ESI, o kterém jsme už podrobněji psali. Ten nepracuje přímo s obyvatelnou oblastí, ale s různými parametry. V ESI se neřeší obyvatelnost, ale podobnost se Zemí. Její index tak má hodnotu 1.

Problémem těchto indexů je, že nejsou samospasné. Abyste je určili, musíte do výpočtu nasypat nějaká data. A velké množství přesných dat je ve světě exoplanet nedostatkové zboží. Tu znáte poloměr, ale neznáte hmotnost a tak dále…

Index obyvatelnosti tranzitujících exoplanet aneb vystač si s tím, co máš

Rory Barnes na to šel se svými kolegy jinak. Vytvořil index obyvatelnosti tranzitujících exoplanet – označuje ho písmenem H a nabývá hodnot od 0 do 1.

To je poměrně dobré, protože nejvíce exoplanet dnes chrlí Kepler, což jsou samozřejmě tranzitující exoplanety a také do budoucna počet tranzitujících exoplanet bude s ohledem na chystané projekty stoupat. Je tedy dobré mít nástroj, díky němuž budeme moci posoudit možnou obyvatelnost objevených exoplanet.

Výpočet indexu je trochu složitější. Důležité je, že pracuje s údaji, které jsou dostupné prakticky u všech tranzitujících exoplanet: oběžná doba, hloubka tranzitu, délka tranzitu, úniková rychlost, teplota hvězdy, poloměr hvězdy.

Z těchto dat nám vypadnou sekundární údaje, které si můžeme vypočítat: excentricita, velká poloosa dráhy, zářivost hvězdy, poloměr planety, odhad albeda (kolik záření exoplaneta odráží zpět do vesmíru). A z těchto sekundárních parametrů nám nakonec vypadne zmíněný index H.

Pravděpodobnost, že je Země obyvatelná, je 82 %. Proč?

Jakýmsi katalyzátorem při výpočtu je definice či model obyvatelné zóny, o kterém jsme psali výše. Ano, ten konzervativní a ne zcela přesný. Co jsem vám předtím záměrně zamlčel je, že tento konzervativní model obyvatelné oblasti staví Zemi na vnitřní okraj obyvatelné oblasti! Důvody nejsou „astronomické“. Země neleží blízko „pekla“ na okraji obyvatelné oblasti. Pouze tyto značně nedokonalé modely jsou takto postaveny.

Co to znamená při výpočtu indexu obyvatelnosti tranzitujících exoplanet? Důsledek je jednoduchý: při výpočtu indexu pro Zemi je zohledněno právě to, že se nachází podle modelu obyvatelné oblasti spíše u jejího okraje – tedy dál od jejího středu. Z tohoto důvodu má pravděpodobnost, že je obyvatelná jen 82 %. Pro Mars je to mimochodem 42 %.

Naproti tomu někteří kandidáti od Keplera se nachází blíže středu obyvatelné oblasti, takže Zemi v žebříčku obyvatelnosti přeskočili.

Je to ale bohužel jen důsledek nastavení modelu. Neznamená to, že by tito kandidáti byli horkými… no spíše přiměřeně teplými kandidáty na obyvatelné světy.

Mimochodem, autoři pracují s parametrem H´, který nebere v úvahu výstřednost dráhy (ne vždy je známá). Pokud bychom výstřednost započítali, tak pravděpodobnost u některých předtím nadějných kandidátů poklesne.

Teplotu a podmínky na povrchu ovlivňuje celá řada věcí – včetně složení planety (albeda) a složení atmosféry. To jsou ale věci, o kterých nic nevíme. S indexy je tak potřeba si hrát opatrně.