Nově objevená nejbližší exoplaneta Proxima b vzbudila velký rozruch a také naději. Našli jsme v sousedním hvězdném systému planetu vhodnou k životu?

Proxima b leží v obyvatelné oblasti. Tento pojem byl tradičně nepochopen, takže jste se mohli dočíst o Zemi 2.0 apod. Jak je to ale doopravdy? Je Proxima b obyvatelná a je na jejím povrchu voda?

K Proximě b už vyšlo několik „následných“ studií. Některé jsou optimistické a jiné poněkud měně. Pravda je ovšem taková, že o podmínkách na Proximě b nevíme prakticky nic. Můžeme jen vytvářet modely, teoretizovat a čekat.

Úhlová vzdálenost mezi Proximou Centauri a Proximou b nebude na obloze příliš velká. Přesto by měla být planeta dostupná přímým zobrazením největšími dalekohledy nové generace – zejména Evropským extrémně velkým dalekohledem, který se v současné době staví v Chile. V budoucnu bychom se tak mohli dozvědět něco o složení její atmosféry.

Pravda je tam venku… 4,2 světelných let daleko

Úvodní dávka faktů: Proxima b má hmotnost nejméně 1,27 Země. Skutečná hmotnost závisí na sklonu roviny oběžné dráhy vůči nám nebo přesněji na sinu tohoto úhlu. Planeta oběhne okolo Proximy Centauri za 11,2 dní.

Je možná vhodné upozornit, že se stále jedná spíše o kandidáta než o exoplanetu. Vzpomeňme na dřívější objevy zajímavých planet stejnou metodou, které byly později zpochybněny – obyvatelné planety „d“ a „g“ u Gliese 581 a dokonce „sestřenice“ Proximy b alias planeta Alfa Centauri B b, která má obíhat okolo hvězdy „B“ ve stejném hvězdném systému (Proxima Centauri je trojhvězda).

Tři sady dat ze dvou spektrografů a z několika dosti oddělených časových období ale vlévají astronomům optimismus do žil. Doufejme, že Proxima b nebude v blízké době přeřazena na seznam kontroverzních a nejistých objevů. Pro PR výzkumu exoplanet by to byla těžká rána.

---

Některé nesmysly o Proximě b, které se můžete dočíst:

• Má hmotnost 1,3 Země (nemá, je to minimální hmotnost)
• Je velká jako Země (není, velikost neznáme)
• Je obyvatelná (nevíme)

Podrobnosti o objevu a další zajímavosti jsme už popsali v samostatném článku. V něm jsme také nastínili, že výhrou v loterii by byl objev tranzitů planety.

Tranzity by potvrdily existenci planety, dodaly údaj o poloměru a také možnost prozkoumat atmosféru. Vesmír by byl hned veselejší. Bohužel pravděpodobnost tranzitů je jen 1,5 % – čistě statisticky v závislosti na velikosti hvězdy a vzdálenosti Proximy b od hvězdy.

Naděje umírá poslední, ale v tomto případě máme proti sobě nepřítele v podobě Proximy Centauri. Do kategorie eruptivních proměnných hvězd nespadá jen tak pro nic za nic.

Kanadský kosmický dalekohled MOST se sice snažil najít tranzity planety, ale… na Proximě Centauri dochází k menším erupcím, které mění jasnost hvězdy o pár desetin procenta 63x denně! A v tomto chaosu pak zkuste najít tranzit…

Kromě menších erupcí dochází na Proximě Centauri 8x ročně i k větším, což může být zase problém pro podmínky k životu na Proximě b.

Zaseknuté rudé slunce?

Je docela možné, že Proxima b má vázanou rotaci a k hvězdě je nakloněná stále stejnou stranou. Pravděpodobné ale nikoliv jisté. Pokud Proxima b obíhá po trochu protáhlejší dráze, může být její rotace v rezonanci 3:2. Když 2x oběhne Proximu Centauri, otočí se kolem své osy 3x. Konkrétní scénář samozřejmě bude mít dost zásadní vliv na podmínky na povrchu.

Vázaná rotace je pro planety v obyvatelné oblasti u červených trpaslíků typická, takže je delší dobu terčem debaty. Vliv na obyvatelnost ale není zatím přesně znám.

Nejde jen o to, že na povrchu planety bude zřejmě foukat silnější vítr (snaha planety o kompenzaci rozdílů teplot), budou rozdíly v teplotách v jednotlivých místech, ale může to mít dost zásadní vliv na povrchovou erozi a také možná na magnetické pole. A kvalitní magnetické pole potřebuje Proxima b jako sůl.

Škodlivé záření

Jak už jsme psali v dřívějších článcích, Proxima b bude dostávat velké množství škodlivého záření od Proximy Centauri. Pro případnou návštěvu si proto vezměte dostatek opalovacího krému!

Původně se psalo o 400x větších dávkách RTG záření, ale nová studie říká něco trochu jiného. Proxima b bude dostávat 10x až 60x více ultrafialového záření (rozptyl je závislý na vlnové délce UV záření) a 250x více rentgenová záření než Země. Samozřejmě dávky záření se v minulosti měnily a to nejen na Proximě b ale také na Zemi.

Teplota na povrchu aneb hledáme chladný svět

Proxima b je v obyvatelné oblasti. Od své hvězdy dostává 65 % záření, co Země od Slunce a rovnovážná teplota na povrchu je -40 stupňů Celsia.

Je to trochu paradox, ale vhodný svět, který hledáme, má teplotu skutečně pár desítek stupňů pod bodem mrazu. Nebere totiž v úvahu vliv atmosféry (o níž u takto malých planet nic nevíme). Atmosféru si ale můžeme domyslet a pak si krásně zamodelovat.

V jedné ze studií k tomu vyšel úžasný obrázek (viz níže). Vidíte na něm teplotu v Kelvinech (pro stupně Celsia odečtěte 273) v různých částech povrchu při vázané rotaci (synchronous) nebo rezonanci 3:2 a s různým množstvím oxidu uhličitého a dusíku.

Na obrázku je velmi dobře patrné, jak rozdílné podmínky mohou být na povrchu v závislosti na dvou věcech, o kterých nic nevíme. A to je jen jeden z mnoha problémů.

Voda na povrchu aneb z pekla do ráje

Je na povrchu Proximy b voda v kapalném skupenství? To je velmi těžká otázka. Samozřejmě to závisí na teplotě ale také na historii vody. Diskusi lze rozdělit na tří části:

1. Počáteční podmínky
2. Průběh
3. Současnost

Proč to musíme takto rozdělit? Proxima Centauri je červený trpaslík o stáří 4,8 miliard let. V minulosti vyzařovala více záření než dnes, takže obyvatelná oblast byla v prvních 100, 200 milionech let jinde – dál o hvězdy. Něco podobného se nedávno řešilo u systému TRAPPIST-1.

Proto je důležité, kolik měla Proxima b na začátku vody a o kolik vody přišla. V dobách, kdy byla teplota vyšší, byla voda v atmosféře ve formě páry a mohla vlivem záření Proximy Centauri unikat do kosmického prostoru.

Než Proxima b dosáhla obyvatelné oblasti, mohla ztratit asi 1 pozemský oceán vody. Kolik ale bylo vody na začátku? Těžko říct. Závisí to mimo jiné na tom, kde Proxima b vznikla.

Pokud vznikla tam, kde nyní obíhá, mohla by být sušší než Země. Už jen proto, že tzv. sněžná čára (něco o ní jsme psali nedávno), což je oblast, kde voda sublimuje na led, se u červených trpaslíků nachází dál od obyvatelné oblasti než u hvězd podobných Slunci.

Samozřejmě zde existuje možnost, že Proxima b vznikla dál od hvězdy a mohla by být na vodu naopak velmi bohatá.

Třetí fáze – současnost, je pak závislá na aktuálním složení atmosféry i na celém průběhu „vodního příběhu“.

Vědci simulovali řadu scénářů a pro velkou část z nich to pro vodu dopadlo dobře a to i pro horší z variant – tedy vázanou rotaci. Pokud je v atmosféře oxidu uhličitého nad 1 bar, mohl by být oceán vody na celé planetě. Pesimističtější scénáře mluví alespoň o jezerech či ledovcích na noční straně.

Zdroje:

• Vše o objevu exoplanety u Proximy Centauri
• The habitability of Proxima Centauri b. I. Irradiation, rotation and volatile inventory from formation to the present
• The habitability of Proxima Centauri b II. Possible climates and Observability
• Exploring plausible formation scenarios for the planet candidate orbiting Proxima Centauri
• The Habitability of Proxima Centauri b I: Evolutionary Scenarios
• MOST Observations of our Nearest Neighbor: Flares on Proxima Centauri
• ESO

Astronomové objevili pomoci spektrografů HARPS a UVES exoplanetu u nejbližší hvězdy od Slunce – Proximy Centauri alias Alfa Centauri C.

Exoplaneta Proxima b (Alfa Centauri C b) má hmotnost 1,27 Země a oběžnou dobu 11,2 dní. Pozor! Jedná se o dolní odhad hmotnosti. Její přesná hodnota je závislá na sklonu dráhy vůči nám.

Základní údaje o planetě Proxima b

• Hmotnost (minimální): 1,27 (1,1-1,46) Země
• Oběžná doba: 11,2 dní
• Změny radiálních rychlostí: 1,38 m/s
• Velká poloosa dráhy: 0,0485 AU
• Výstřednost: menší než 0,35
• Oslunění (množství záření od hvězdy): 65 % (ve srovnání se Zemí)
• Rovnovážná teplota: 234 Kelvinů (teplota na povrchu bez vlivu atmosféry)

Exoplaneta byla objevena pomoci metody měření radiálních rychlostí. Nevidíme ji tedy přímo ale pozorujeme pouze její vliv na mateřskou hvězdu.

Metoda vychází se z toho, že planeta neobíhá okolo hvězdy ale okolo společného těžiště s hvězdou, které je posunuté vůči středu hvězdy. Planeta tak s Proximou v kosmickém prostoru jakoby cloumá a to lze změřit pomoci posuvu spektrálních čar. Samozřejmě je potřeba rozlišit změny vyvolané planetou od šumu, který způsobuje aktivita hvězdy a to je speciálně u Proximy trochu tvrdší oříšek, jak si povíme později.

Hvězda Proxima Centauri je malá a na obloze ji neuvidíte

Samotná hvězda Proxima Centauri je hodně malá. Má hmotnost 12 % Slunce, velikost 14 % Slunce a vyzařuje 0,16 % záření. Hvězda se nachází v souhvězdí Kentaura na jižní obloze, kde byste ji ale pouhým okem neviděli. Přestože je za humny, s ohledem na její typ a zářivost, je její jasnost pouhých 11 mag, takže k jejímu pozorování byste se museli vybavit hvězdářským dalekohledem.

>>> Tip: Jak se hledají exoplanety vám prozradí naučné karty 

Problémy pro život aneb Proxima není dobrou matkou

Kdyby exoplaneta neměla atmosféru, byla by teplota na jejím povrchu kolem -30 až -40 stupňů. To je asi dobrá zpráva. Atmosféra teplotu samozřejmě ovlivní (v případě třeba Venuše více než dost, u Země přidá v průměru 30 stupňů). Ale složení atmosféry Proximy b neznáme.

Tím ale výčet pozitivních zpráv končí. Proxima Centauri není úplně nejlepší matkou. Je nejen červeným trpaslíkem ale také eruptivní proměnnou hvězdou typu UV Ceti. Její jasnost se kvůli magnetické aktivitě mění.

Určitou nadějí může být magnetické pole planety – silné magnetické pole. Mohlo by planetu před vrtochy hvězdy ochránit. Problém je, že obyvatelná oblast je u červených trpaslíků blízko, planety v ní mají vázanou rotaci (jsou nakloněny k hvězdě stále stejnou stranou). Tyhle světy s pomalou rotací podle určitých teorií zrovna silná magnetická pole nemají.

Na druhou stranu je Proxima Centauri se svou malou hmotností takřka nesmrtelná. Ve vesmíru platí, že čím má hvězda nižší hmotnost, tím delší život ji čeká. Zatímco my se budeme za pár miliard let smažit ve vlastní šťávě, Proxima bude v oblasti hlavní posloupnosti ještě pár bilionů let.

Hlavní problémy pro obyvatelnost exoplanety Proxima b

• Vázaná rotace (exoplaneta bude nejspíše nakloněna k hvězdě stále stejnou stranou)
• Velké množství rentgenová záření (až 400x silnější dávky ve srovnání s dávkami rentgenová záření, které dostává Země od Slunce) a ultrafialového záření od hvězdy.
• Silné magnetické pole hvězdy
• Velké erupce

Proxima b v kontextu doby

Proximu Centauri našel v roce 1915 astronom Robert Innes. Další desetiletí patřily zejména snaze ověřit, že je Proxima Centauri skutečně gravitačně vázána s hvězdami Alfa Centauri A a B a jedná se tedy o trojhvězdu.

V roce 1995 byla objevena první exoplaneta u hvězdy hlavní posloupnosti. Hnacím motorem jsou samozřejmě objevy potenciálně obyvatelných exoplanet. S těmi je to trochu složitější. U mnoha planet známe dolní odhad hmotnosti nebo jen jejich velikost a je tak těžko určit hustotu. Také neznáme složení jejich atmosféry a navíc jsou mnohdy o dost větší než Země nebo dostávají příliš mnoho záření od své hvězdy.

Velkou část alespoň trochu potenciálně obyvatelných exoplanet objevil Kepler a jsou obvykle stovky světelných let daleko – v zorném poli, kde Kepler hledal exoplanety v rámci první mise (2009-2013) není moc blízkých hvězd. Kepler měl trochu jiné úkoly. Nalezení blízkých obyvatelných planet je přitom hodně důležitý i pro budoucí výzkum – přímé pozorování objevených planet. Vhodné cíle by mohla najít třeba družice TESS, jejíž start je v plánu v příštím roce.

Dřívější hledání exoplanet u Proximy Centauri a kombinace dat 

Slušný rozruch vzbudili astronomové v roce 1998, kdy byl oznámen možný přímý objev planetárního společníka u Proximy pomoci Hubblova dalekohledu. Pozdější pozorování ale žádnou planetou nenašly.

Na Proximu se tak zaměřily především spektrografy. Už po roce 2000 proběhly měření pomoci spektrografu UVES na dalekohledu VLT v Chile a později spektrografem HARPS na 3,6 m dalekohledu. Zcela přesvědčivý signál, který by ukazoval na existenci planety, ale objeven nebyl. Nutno říct, že něco jako nic v hledání exoplanet neexistuje. Vždy můžete definovat jen určité mantinely – poměr hmotnost a vzdálenost planety od hvězdy. V případě Proximy Centauri asi nikdo nečekal nějakou větší planetu. U červených trpaslíků se vyskytují spíše planety podobné Zemi nebo super-země.  Vědci ale pro objev planety využili i tato starší pozorování obou spektrografů.

Radial velocities of #Proxima b from science paper (Anglada-Escudé et al.) pic.twitter.com/Ec8XnY4ZuK

— Natalie Batalha (@nbatalha) August 24, 2016

Objev exoplanety je založen na 72 měřeních spektrografu UVES, 90 měřeních spektrografu HARPS před rokem 2016 a 54 nových měřeních v rámci projektu bledě červená tečka.

Bledě červená tečka

Na začátku letošního roku byl spuštěn projekt Bledě červená tečka. Jeho cílem bylo objevení nebo spíše už potvrzení exoplanety u Proximy Centauri.

Název je inspirován fotografií Země ze vzdálenosti 40 AU, kterou pořídila v roce 1990 sonda Voyager 1. Snímek vešel do historie jako bledě modrá tečka. Podle něj pak Carl Sagan napsal i knihu.

Na kampani se podílelo několik přístrojů – tím hlavním je zmíněný spektrograf HARPS na 3,6 m dalekohledu Chile. Vedle toho jasnost Proximy Centauri monitorovala třeba LCOGT, což je síť 18 robotických dalekohledů o průměru 40 cm až 2 metry na Havaji, v Austrálii, Jižní Africe, Chile, Texasu a na Kanárských ostrovech. Sledování jasnosti bylo důležité kvůli tomu, že Proxima Centauri je eruptivní proměnnou hvězdou. To, co vypadá jako signál ukazující na existenci planety, může být ve skutečnosti aktivita hvězdy.

Obyvatelná oblast by se měla u Proximy nacházet ve vzdálenosti 0,04 až 0,08 AU, takže to, co si astronomové přáli nejvíce, je planeta s oběžnou dobou zhruba 9 až 24 dní. Dřívější pozorování vyloučila možnost, že by v obyvatelné oblasti obíhala planeta hmotnější než zhruba 3 Země.

Hledání tranzitů a budoucí výzkum

Kromě měření radiálních rychlostí spektrografem HARPS probíhala ještě jedna pozorovací kampaň. Malý kanadský kosmický dalekohled MOST (Microvariability & Oscillations of STars) se pokoušel objevit tranzity exoplanety. Měření radiálních rychlostí dodá údaje o hmotnosti, tranzity zase o poloměru a dohromady se tak dozvíme hustotu. MOST není příliš slavným dalekohledem, ale s tranzity exoplanet má zkušenosti. Před léty objevil tranzity exoplanety 55 Cnc e, kterou jme znali díky měření radiálních rychlostí.

MOST se podíval na Proximu Centauri v létě 2014 po dobu 13 dní a znovu po dobu 30 dní v loňském roce. Za kampaní stál David Kipping – jeden z největších odborníků na exoplanety se věnuje primárně hledání exoměsíců, což s tranzity také souvisí.

Výsledky pozorování dalekohledu MOST budou zveřejněny nejspíše až později, ale nevypadá to, že by vedly k úspěchu. Vše navíc velmi komplikují právě změny jasnosti hvězdy.

Pravděpodobnost tranzitu planety Proxima b je 1,5 %. Pokud by skutečně tranzitovala, způsobí pokles jasnosti Proximy Centauri o 0,5 %.

Již dnes zkoumáme atmosféry větších planet a to převážně transmisní spektroskopií. Spektrum sice hrálo roli při objevu Proximy Centauri b, ale v tomto případě je to trochu něco jiného. Atmosféra planety zanechá otisk ve spektru hvězdy v době, když před hvězdou tranzituje. Pokud Proxima b tranzity nevykonává, máme smůlu…

Planeta možná nebude ani úplně vhodným cílem pro přímé pozorování. Proxima se sice nachází blízko, ale pro přímé pozorování jsou samozřejmě vhodnější planety, nacházející se trochu dál od hvězdy.

Trojhvězda

Alfa Centauri se skládá ze tří hvězd. Dvě z nich (Alfa Centauri A, Alfa Centauri B) obíhají kolem společného těžiště s periodou 80 let po velmi protáhlé dráze. Obě hvězdy jsou od sebe vzdáleny v minimu 11,5 AU (asi jako Saturn ve Sluneční soustavě) a v maximu 36,3 AU (zhruba jako Neptun). Ve vzdálenosti 15 000 AU se ještě nachází Alfa Centauri C alias Proxima Centauri.

Skutečně cool variantou by byla možnost, že také okolo dalších hvězd systému Alfa Centauri obíhá planeta. Je tomu tak?

Jedna, dvě, tři nebo čtyři planety u Alfa Centauri?

V říjnu 2012 představili evropští astronomové objev planety jen nepatrně hmotnější než Země, která obíhá s periodou 3,2 dní kolem hvězdy Alfa Centauri B. O pár měsíců později byla ale její existence zpochybněna. Také tenkrát stál za objevem spektrograf HARPS. Změna radiálních rychlostí byla 0,5 m/s.

V létě 2013 se Hubblův kosmický dalekohled pokoušel najít tranzity této exoplanety. K pozorování došlo mezi 7. a 8. červencem 2013, kdy Hubblův dalekohled pozoroval hvězdu Alfa Centauri B po dobu 26 hodin (16 oběhů dalekohledu kolem Země). Výsledkem je, že k tranzitu na 96,6% nedochází.

Zajímavé ovšem je, že byl nalezen jiný možný tranzit, který určitě nepatří původně objevené planetě. Pokud tato planeta existuje, má velikost podobnou Zemi a oběžnou dobu 12 až 20 dní.

V nové studii se pak objevuje zmínka o signálu s periodou 60 až 500 dní, ale diskutovat o jeho povaze je předčasné i s ohledem na aktivitu hvězdy.

Nejbližší nebude věčně

Proxima Centauri je sice nejbližší hvězdou od Slunce, ale nebude to tak věčně. Za nějakých 40 tisíc let ji nahradí červený trpaslík Ross 248 ze souhvězdí Andromedy (dnes přes 10 světelných let daleko). Vesmír je zkrátka v pohybu… pokud si počkáte ještě déle, můžete být svědky toho, jak nás za 1,4 milionů let mine hvězda GL 710 ve vzdálenosti 50 tisíc AU.

Motivace pro mezihvězdné cestovatele?

Proxima Centauri ukazuje, jak obtížné jsou mezihvězdné lety. Světlo urazí za sekundu necelých 300 tisíc km, což je jen o něco méně, než je vzdálenost Měsíce. Od Proximy Centauri k nám přitom letí 4,25 let.

Samozřejmě existují plány a vize pro mezihvězdné lety, ale to je stále ještě v říši snů. Vždyť zatím létáme s obtížemi a za drahé peníze na oběžnou dráhu vlastní planety a říkáme tomu hrdě lety do vesmíru…

Nejvzdálenějším člověkem vyrobeným objektem je dnes Voyager 1. Do vesmíru odstartoval před 39 lety a je nyní 135 AU daleko, takže signál od něj k nám rychlostí světla letí 37 hodin a 38 minut. Třeba sonda New Horizons by k Proximě letěla více než 70 tisíc let.

Není to tak dlouho, co se objevil projekt s názvem Starshot. Podnikatel
Jurij Milner s podporou Stephena Hawkinga chtějí postavit solární plachetnici, kterou by na rychlost až pětiny rychlosti světla urychlily lasery. Pouzdro sondy by mělo pár gramů – kamera, komunikace, zdroj energie atd. Uvidíme…

Zdroje: ESO, A terrestrial planet candidate in a temperate orbit
around Proxima Centauri