Kosmický dalekohled JWST. Credit: NASA

Není to tak dávno, co světová média obletěla zpráva o objevu vodní páry v atmosféře exoplanety v obyvatelné oblasti. Bohužel, prakticky v žádném z článků nebyl uveden malý, ale podstatný detail – exoplaneta K2-18 b není obyvatelná. Bude se podobat spíše menší verzi Neptunu než Zemi.

Astronomové netrpělivě očekávají start Kosmického dalekohledu Jamese Webba (JWST), který se mimo jiné podívá na zoubek atmosférám exoplanet. Dalekohled bude využívat transmisní spektroskopie. S tím už máme zkušenosti díky pozorování končícího dalekohledu Spitzer, Hubblova dalekohledu a dalších. Světlo hvězdy během tranzitu projde atmosférou planety, která v něm zanechá svůj otisk.

JWST by se kromě větších exoplanet měl zaměřit i na ty menší – na planety o velikosti Země, které obíhají v obyvatelných zónách červených trpaslíků.

Prvním problémem je, že máme paradoxně relativně málo kvalitních cílů. Exoplanet sice známe přes 4 tisíce, ale velkou část z nich našel Kepler, případně jsou to planety, které netranzitují.

Úlovky Keplera z hlavní mise jsou nepoužitelné. Nachází se moc daleko a tedy u méně jasných hvězd. Pro průzkum atmosféry potřebujete jasnější hvězdu kvůli poměru signál-šum.

Mapa nebeské sféry a vyznačení oblastí, které bude TESS pozorovat. Černé oblasti podél ekliptiky pozorovány nebudou (ne v rámci primární mise). Credit: NASA
Mapa nebeské sféry a vyznačení oblastí, které bude TESS pozorovat. Černé oblasti podél ekliptiky pozorovány nebudou (ne v rámci primární mise). Credit: NASA

Pro průzkum JWST by se teoreticky mohly hodit některé objevy z mise K2 Keplera, ale více jich má dodat TESS. Lovec exoplanet hledá po celé obloze. Některé hvězdy pozoruje jen měsíc, jiné skoro rok. Nejdéle pak pozoruje speciální oblast poblíž nebeských pólů, ve které JWST dokáže pozorovat kdykoliv během roku (na obrázku výše je znázorněna čárkovaným kolečkem).

Trpělivost je základ, ale nemusí stačit 

Pokud chceme prozkoumat atmosféry menších planet, nebude stačit pozorovat jen jeden tranzit planety. Bude jich potřeba více. Někdy bohužel až nereálně moc.

Před pár dny vyšly dvě studie, které se věnovaly otázce, zda JWST dokáže detekovat vodu v atmosféře planety o velikosti Země v obyvatelné oblasti červeného trpaslíka.

První studie byla spíše obecná, pracovala se simulacemi více než 61 tisíc cílových hvězd TESS a kromě JWST se podívala také na schopnosti jeho možných nástupců – jedná se o dvě verze dalekohledu LUVOIR, který by mohl mít průměr 8 nebo 15 metrů a dalekohled OST (Origins Space Telescope) o průměru 8 až 15 metrů.

Detekce vody v atmosférách obyvatelných planet u červených trpaslíků – konkrétně u více než 61 000 cílových hvězd TESS. Na vodorovné ose je délka předpokládané expozice. Na svislé pak počty hvězd. Credit: Suissa et al., 2019

Druhá studie na to šla trochu konkrétněji a vzala si na paškál systém TRAPPIST-1, který je tak trochu prototypem toho, co bychom rádi prozkoumali.

Závěry obou studií jsou podobné – bude velmi obtížné, ne-li dokonce nemožné detekovat vodu v atmosféře menších planet v obyvatelné oblasti. V lepším případě by k tomu bylo potřeba pozorovat stovky tranzitů, v tom horším by to nešlo vůbec. Důvodem jsou očekávané mraky i to, že se voda bude nacházet v nižších vrstvách atmosféry.

TRAPPIST-1

Druhá ze studií pracovala s exoplanetami TRAPPIST-1 e, 1 f a 1 g a různými typy atmosfér. K detekci oxidu uhličitého by mohlo za jistých okolností stačit pozorovat jen 15 tranzitů. Pro detekci jiných plynů by ale bylo potřeba pozorovat stovky až tisíce tranzitů.

Speciálně detekce vody bude prakticky nemožná. Existuje jedna výjimka a to jsou planety ve stádiu tzv. vlhkého skleníku. Jedná se o planety, na kterých je už tak velké horko, že se voda odpařuje do atmosféry ve velkém množství a stává se sama významným skleníkovým plynem.

Zdroje: