Přílet sondy Juno k Jupiteru v kontextu výzkumu exoplanet

Sonda Juno. Credit: NASA
Sonda Juno. Credit: NASA
www.novedalekohledy.cz

Americká sonda Juno bude 4. července navedena na oběžnou dráhu kolem Jupiteru. Po delší odmlce začíná opět systematický výzkum největší planety Sluneční soustavy. Juno pomůže také výzkumu exoplanet.

Juno se dostane na oběžnou dráhu Jupiteru na americký Den nezávislosti. Pokud nemají mimozemšťané zvláštní smysl pro humor a po vzoru amerických trháku nás nepřiletí zítra vyhladit, budeme mít brzy k dispozici nová data o planetárním králi Sluneční soustavy.

Planetární vědci už jsou samozřejmě netrpěliví, ale totéž platí o jejich kolezích, kteří se zaměřují na exoplanety.

Nejslavnějším průzkumníkem Jupiteru byla nepochybně sonda Galileo. K planetě dorazila jen pár měsíců po objevu první exoplanety – horkého jupiteru 51 Peg b. Při plánování Juna se sice exoplanety nebraly přímo v úvahu, ale získaná data pomohou také v této oblasti.

První objevené exoplanety byly v podstatě výhradně horcí jupiteři. Jak ale později ukázaly různé studie a pozorování Keplera, horcí jupiteři nebudou ve vesmíru zase tak běžní. Jen se lépe hledají. Dokonce ani jupiteři nepatří mezi nejčastější exoplanety.

Z více než 2300 exoplanet, které Kepler objevil, spadá do škatulky jupiteři jen asi 200 kousků. NASA do této kategorie hází planety o poloměru 8,3 až 13,7 Zemí (Jupiter má 10,5 Země). Nejběžnějšími planetami budou zřejmě planety typu super-země a planety menší či podobné Neptunu.

Kepler byl samozřejmě citlivý zejména na planety s kratší oběžnou dobou, takže na vzdálených drahách může být jupiterů více a statistiky pro něj vyzní lépe.

Obří planety sice nejsou na první pohled tak sexy jako kamenné planety s podmínkami k životu, ale ve vzniku planetárních soustav a také života hrají klíčovou roli.

Přínos sondy Juno

Juno by měla odpovědět na několik klíčových otázek, které pomohou také v lepším chápání vzniku planetárních soustav a jupiterů obecně. Rozdělit by se daly do tří skupin:

  • Způsob vzniku Jupiteru – skrze vznik jádra
  • Místo vniku Jupiteru – vznikl Jupiter tam, kde se nyní pohybuje?
  • Atmosféra – průzkum atmosféry pomůže při lepším pochopení atmosfér obřích exoplanet

Má jádro nebo je Jupiter nepovedenou hvězdou?

Vezměme to popořadě. Juno se podívá Jupiteru na gravitační a magnetické zoubky a mělo by odpovědět, zda má skutečně kamenné jádro nebo nikoliv.

Obecně se předpokládá, že existují dva základní způsoby vzniku podobných planet. V prvním případě se v protoplanetárním disku akrecí vytvoří jádro planety. Po překročení hranice asi 10 Zemí začne jádro vysávat plyn ze svého okolí a roste až do podoby plynného obra.

Ve druhém případě dojde ke zhroucení plynu bez přítomnosti kamenného jádra. Postup je vlastně podobný vzniku hvězd, jen hmotnost nedosáhne hodnoty, aby se zažehly termonukleární reakce. Juno ukáže, zda je Jupiter skutečně plynným obrem s kamenným jádrem nebo s trochou nadsázky nepovedenou či spíše nedodělanou hvězdou.

V tomto ohledu je docela zajímavé, že se nedávno podařilo najít planetu, která má hmotnost hodně přes 10 Zemí ale nebude asi plynným obrem. Juno nám může pomoci osvětlit vznik plynných obrů a to tedy především tím prvním způsobem.

Místo narození shodné s místem bydliště?

Horcí jupiteři nám ukázali, že místo vzniku plynného obra se může značně lišit od místa jeho současného výskytu. Náš Jupiter se sice horkým nestal, ale v minulosti zřejmě skutečně migroval.

Podle některých teorií Jupiter krátce po svém vzniku zahájil migraci směrem ke Slunci a to v doprovodu menšího Saturnu. Zastavil se možná ve vzdálenosti pouhých 1,5 AU od Slunce, kde dnes obíhá Mars (ten byl v té době mnohem blíže Slunci). Za zastavením migrace Jupiteru stojí patrně Saturn, který svému většímu bráškovi zavčasu vyčinil. Obě planety se k sobě přibližovaly až do chvíle, kdy mezi nimi nebyl žádný zbylý materiál. To zastavilo migraci obou planet a zahájilo opačný jev – Jupiter i Saturn postupně migrovali zase zpět.

Do hlavního pásu planetek možná Jupiter natlačil tělesa, která vznikla v oblasti od 1 do 3 AU a pak i tělesa, která se zformovala ve vzdálenosti větší než 5 AU. Důsledkem migrace může být i menší hmotnost Marsu. Jupiter totiž vyluxoval velké množství materiálu, který poté chyběl při dalším vzniku Marsu. Proto je rudá planeta poněkud podvyživená, má mnohem menší velikost i hmotnost ve srovnání se Zemí.

Sonda Juno má přístroj, který se díky mikrovlnám dostane pod vrchní vrstvu mraků. Může tak zjistit, kolik vody (ve formě krystalů či páry) se nachází v nižších vrstvách. Pokud má Jupiter více nebo méně vody, než se očekává, znamená to, že vznikl jinde, než se nyní okolo Slunce pohybuje… no i když ono to upřímně není tak jednoduché. Více či méně vody nutně neznamená, že Jupiter vznikl jinde, ale může to pomoci v modelech a simulacích toho, zda Jupiter migroval.

Atmosféra

Výzkum Juna může pomoci také v pochopení atmosfér jupiterů. Sonda se na své dráze dostane více než třicetkrát do vzdálenosti jen 5 000 km nad horní mračna planety. Vrchní vrstvy jsou tvořeny převážně amoniakem a sirovodíkem. Teprve pod těmito neprůhlednými mraky budou mraky tvořené vodou.

Jupiteři u cizích hvězd mají zřejmě také neprůhledné vrchní vrstvy, tvořené například oxidy železa. Výzkum atmosféry Jupiteru nám může pomoci v lepším pochopení atmosfér obřích exoplanet. Atmosféry obřích planet dnes již dokážeme zkoumat a to především transmisní spektroskopií během tranzitu.

Posun by měl přinést dalekohled Jamese Webba. Před pár dny byl mimochodem oznámen objev jupiteru s delší oběžnou dobou, takže se nejedná o horkého či teplého jupitera. Planeta tranzituje před jasnou hvězdou, takže může být teoreticky cílem pro budoucí výzkum.

Studium atmosféry, struktury, lepší pochopení vzniku Jupiteru ale třeba také jeho extrémního magnetického pole může posloužit při výzkumu exoplanet.

Jupiter na obloze

Sonda Juno při svém příletu pořídila ze vzdálenosti 6,2 milionů km snímek Jupiteru a tří ze čtyř jeho největších měsíců.

Jupiter a tři ze čtyř Galileových měsíců na snímku ze sondy Juno. Credit: NASA
Jupiter a tři ze čtyř Galileových měsíců na snímku ze sondy Juno. Credit: NASA

Jupiter můžete v těchto dnech pozorovat večer nad západním obzorem. Zapadá nyní kolem půlnoci, ale postupně se budou podmínky zhoršovat (bude zapadat stále dříve). Již v malém hvězdářském dalekohledu spatříte Jupiter ve formě kotoučku a čtyři jeho největší měsíce.

Jupiter 4. července kolem 22:30 nad západním obzorem. Zdroj: Stellarium
Jupiter 4. července kolem 22:30 nad západním obzorem. Zdroj: Stellarium