PlanetyTomáš Petrásek, 2007 |
|
Pod romantickými prstenci zlatavého obra se ukrývá celá
rodina velkých měsíců, jeden z nich se dokonce nápadně podobá naší
vlastní planetě. Zdalipak je obydlen? |
Na této
stránce bych chtěl stručně informovat o planetách
obecně – o tom jaké jsou nebo být mohou, proč vypadají právě tak a ne jinak.
Hlavní
důraz budu klást na faktory, ovlivňující vznik života.
Toto je
velmi kontroverzní otázka, často diskutovaná v souvislosti s Plutem.
Jak si řekneme níže, existuje mezi tělesy Sluneční soustavy obrovská pestrost,
a jako všude v přírodě, ani zde nenajdeme jasně vymezené kategorie. A
pokud se nám zdá, že nějaké vidíme, pak jen proto, že zde chybějí přechodné a
nezařaditelné články, které se ovšem nade vší pochybnost nacházejí tam, kam
zatím nevidíme, tj. v jiných planetárních soustavách. Kategorizace
vesmírných objektů je tedy ať chceme nebo ne násilný akt, jemuž se příroda
vzpírá seč může – pro potřeby lidstva je však určitá klasifikace, byť třeba
násilná, občas prostě nutná.
Po
většinu doby neexistovala jasná definice planety a postupovalo se víceméně
intuitivně. Jasná definice neexistuje dokonce ani teď. Byly však vytvořeny
kategorie pravých planet (které mají obecně kulatý tvar a velikostně dominují
svému okolí), trpasličích planet (které jsou kulaté, ale nedominují) a planetek
(které nejsou dokonce ani kulaté). (Předpoklad je, že velká tělesa se sesedají
vlastní vahou do tvaru koule (tzv. izostáze), malá na to nemají a tak zůstávají
nepravidelná. To ale závisí i na pevnosti materiálu a historii tělesa, takže
nelze jen podle hmotnosti říci, zda těleso bude či nebude kulaté.)
Nejrozšířenější
„opoziční“ systém navrhuje členit všechna kulatá tělesa mezi typické planety.
Výhoda
stávajícího uspořádání je ta, že všechny klasické planety (Merkur – Neptun) již
zřejmě byly objeveny a nové nepřibudou (a pokud náhodou ano, pak asi jen ve
velmi malém počtu), nevýhoda je ta, že je třeba „degradovat“ Pluta do nižší
kategorie, což je vždy provázeno stížnostmi. Výhodou alternativního systému je,
že je (aspoň dle jeho přívrženců)
přirozenější a nevyžaduje „přesouvat“ Pluto, nevýhodou je skutečnost, že počet
planet by se mohl dále zvyšovat a nakonec by mohl dosáhnout třeba i několika
desítek, přičemž většinu by tvořila obskurní ledová tělesa, která nikdo pořádně
nezná. Tím by došlo ke znehodnocení pojmu planeta, který si obvykle spojíme
s něčím mimořádně významným.
Navíc
je problém, že určení „kulatosti“ je svízelné – jednak je to kritérium
subjektivní, jednak přesný tvar hodně vzdálených těles se určuje problematicky.
To znamená, že tady vždy budou sporné případy a přesuny mezi kategoriemi.
Přijatý systém má nesporně výhodu v tom, že veškeré kontroverze přesunuje
na hranici mezi trpasličími planetami a planetkami, která přeci jen není tak
prestižní jako práh elitního klubu pravých planet.
Nedá se
nicméně nesouhlasit s tím, že daná kategorizace je vágní a nešťastná,
zejména směšuje vlastnosti orbitální a fyzikální.
Ještě
větší nepořádek panuje v řadách měsíců – měsícem je všechno, co obíhá
planetu, od exemplářů větších než Merkur ( a samozřejmě i než celý Pluto!) až
po tělesa na hranici rozlišovací schopnosti – technicky je každý prášek
v prstencích Saturna měsícem!!! Jestliže se nám zdá násilné oddělovat
Pluto od osmi klasických planet, není náhodou ještě daleko násilnější oddělovat
Pluto od Tritonu (podívejte se do tabulky – obě tělesa jsou vlastně skoro
identická!)? Nebo házet do jednoho pytle
několikametrové balvany a svébytný svět o rozměrech planety, jakým je Titan??
V ideálním
případě by měly existovat dvě paralelní klasifikace – jedna podle toho, zda
těleso obíhá hvězdu nebo ne-hvězdu, a jiná, nezávislá, podle jeho hmotnosti,
popř. kulatosti.
Jenže –
může vůbec klasifikace být ideální? Pokud spojujeme do jednoho „šuplíku“ pod
jménem planeta tak různé věci, jako je Merkur a Jupiter, má pak vůbec smysl se
čertit nad definicemi?
Typologii
hypotetických planet se dále věnuje článek Typy planet,
a první díl Průvodce exoplanetami.
Jedním
ze základních způsobů, jak planetu popisovat, je s přihlédnutím
k pohybu, který vykonává. Dlouhou dobu byly právě tyto údaje těmi
jedinými, které byly o planetách známy, a v případě extrasolárních planet
je tomu tak i dnes.
·
Vzdálenost od
slunce, jinak též velká poloosa dráhy, nám
udává, jak daleko od své hvězdy planeta obíhá. Bezprostředně souvisí
s její teplotou i dobou oběhu. Více o tom, jak zjistíme teplotu, poztažmo
obyvatelnost planety, více viz Obyvatelné zóny.
·
Doba oběhu – délka roku dané planety. Je dána především vzdáleností
od hvězdy a hmotností hvězdy (hmotnost planety můžeme zanedbat).
·
Výstřednost dráhy – udává, jak výrazně se během roku mění vzdálenost planety
od slunce. Nabývá hodnot od 0 do 1.
Dráhy planet jsou, jak víme, eliptické, přičemž hvězda leží v jejich
ohnisku. Pokud je výstřednost zanedbatelná, jako u dráhy Země, můžeme je
považovat za kružnice.
Pokud je výstřednost vyšší, dráha je stále více protáhlá. Po část svého roku je
tedy planeta blíže slunci, je přirozeně teplejší a pohybuje se rychleji. Místo,
kde je vzdálenost nejmenší, nazýváme perihel nebo obecně periastron. Naopak,
v opačné části dráhy, v afelu, je planeta nejdále, zažívá „zimu“ a
pohybuje se velmi pomalu. Se stoupající výstředností se stávají výraznějšími
teplotní výkyvy během roku. Nutno podotknout, že střídání ročních dob na Zemi
nemá se vzdáleností od Slunce nic společného (na to je výstřednost příliš
malá), naopak, Země je v perihelu během zimy!
V naší sluneční soustavě mají eliptické dráhy například Merkur, Pluto,
některé asteroidy a všechny komety. Velmi výstředné jsou i mnohé extrasolární
planety.
Vzdálenost planety v přísluní
zjistíme jako p = a - (a*e), kde p= vzdálenost přísluní, a=velká poloosa dráhy,
e=výstřednost. Vzdálenost v odsluní se spočítá podobně: o = a - (a*e).
Při tomto výpočtu nezáleží na použité jednotce, platí jak pro km, tak i pro AU.
Př.: a=1 AU, e=0,7. p = 1-(1*0,7) = 0,3.
·
Sklon rotační osy – osa rotace planety si udržuje víceméně stálý směr,
nezávisle na tom, jak obíhá svou hvězdu. Po část roku tedy míří ke slunci jeden
pól, po část roku druhý. Obě polokoule tedy dostávají nestejné množství světla
a tepla – to je příčinou ročních období na Zemi, Marsu a jiných planetách. Extrémem
je Uran, jehož sklon je téměř 90°, takže po část roku míří vždy jeden
z jeho pólů téměř přímo ke Slunci, opačná polokoule je tmavá, a postupně
se role vymění.
Je logické, že sklon rotační osy výrazně ovlivňuje klima a velikost rozdílů
mezi zimou a létem. Planety s málo skloněnou osou budou mít málo výrazná
roční období a naopak.
·
Doba rotace – doba, za jakou se planeta otočí kolem své osy. Většinou
je velmi blízká slunečnímu dni, tedy periodě světla a tmy (ale ne tehdy, když
je doba rotace svojí délkou srovnatelná s dobou oběhu, viz Merkur a
Venuše). Ovlivňuje biorytmy obyvatel planety, ale pomáhá také udržovat
magnetické pole (rotující planeta se chová jako dynamo). Rychle rotující
planety (Jupiter a Saturn) jsou výrazně zploštělé. Odstředivá síla také
způsobila protáhlý tvar objektu 2003 EL 61.
Velmi dlouhá doba rotace může při slabší atmosféře a menším zastoupení oceánů
způsobovat extrémní rozdíly teplot mezi dnem a nocí. Učebnicovým příkladem je
bezvzdušný Merkur, kde by ve dne tálo olovo, ale noc je skutečně kryogenní.
Naproti tomu Venuše s hustou atmosférou žádné teplotní rozdíly nezná, ač
její sluneční den trvá 117 pozemských dnů.
Rotace planet se zpomaluje, pokud mají velké a blízké měsíce, nebo leží blízko
své hvězdě. V extrémním případě se rotace stane vázanou, tedy rovnou době
oběhu, a planeta jednu stranu trvale přivrací svému slunci. Totéž platí pro
měsíce, ty mají téměř bez výjimky vázanou rotaci ke své planetě.
Přehled
významnějších těles ve Sluneční soustavě. Typ písma označuje status tělesa (Hvězda, planeta, trpasličí planeta, měsíc, asteroid), barva pak vlastní charakter tělesa – okrově terestrické planety, fialově obří planety, šedě asteroidy, modře ledová tělesa. |
|
|||||||
Těleso |
Poloměr (km) (u nepravidelných těles všechny
rozměry) |
G (m/s2) |
Vu |
Ro (kg/m3) |
M (kg) |
Vzdálenost (planety v AU, měsíce
v |
Výstřednost |
|
Slunce
|
695997 |
273,8 |
617,4 |
1408 |
1,99E+30 |
0 |
x |
|
Merkur |
2440 |
3,7 |
4,25 |
5420 |
3,30E+23 |
0,387 |
0,206 |
|
Venuše |
6052 |
8,87 |
10,36 |
5243 |
4,87E+24 |
0,723 |
0,007 |
|
Země |
6378,1 |
9,81 |
11,186 |
5515 |
5,97E+24 |
1 |
0,017 |
|
Měsíc |
1737,8 |
1,62 |
2,38 |
3340 |
7,35E+22 |
384,4 |
0,055 |
|
Mars |
3933 |
3,7 |
5,03 |
3397 |
6,42E+23 |
1,524 |
0,093 |
|
Phobos |
13,5x10,8x9,4 |
6,0E-03 |
0,0115 |
2000 |
1,08E+16 |
9,38 |
0,015 |
|
Deimos |
7,5x6,1x5,5 |
3,0E-03 |
6,2E-03 |
1700 |
1,80E+15 |
23,46 |
0,000 |
|
4 Vesta |
578×560×458 |
0,22 |
0,35 |
3400 |
2,70E+20 |
2,361 |
0,089 |
|
3 Juno |
290x240 |
0,12 |
0,18 |
3400 |
2,82E+19 |
2,668 |
0,258 |
|
1 Ceres |
975x909 |
0,27 |
0,51 |
2080 |
9,50E+20 |
2,766 |
0,080 |
|
2 Pallas |
570×525×482 |
0,18 |
0,32 |
2800 |
2,20E+20 |
2,773 |
0,231 |
|
Jupiter |
71492 |
23,12 |
59,55 |
1326 |
1,90E+27 |
5,2 |
0,048 |
|
Io |
1816 |
1,79 |
2,564 |
3530 |
8,93E+22 |
421,6 |
0,004 |
|
Europa |
1569 |
1,32 |
2,021 |
3000 |
4,80E+22 |
670,9 |
0,009 |
|
Ganymed |
2631 |
1,42 |
2,451 |
1940 |
1,48E+23 |
1070 |
0,001 |
|
Callisto |
2403 |
1,25 |
2,451 |
1851 |
1,08E+23 |
1883 |
0,007 |
|
Saturn |
60268 |
8,96 |
35,5 |
687 |
5,68E+26 |
9,539 |
0,056 |
|
Mimas |
418,2x392,4x382,8 |
0,08 |
0,16 |
1170 |
3,84E+19 |
185,4 |
0,020 |
|
Enceladus |
513x503x497 |
0,11 |
0,24 |
1610 |
1,08+20 |
237,95 |
0,005 |
|
Tethys |
529,9 |
0,16 |
0,4 |
990 |
6,18E+20 |
294,66 |
0,000 |
|
Dione |
560 |
0,23 |
0,51 |
1500 |
1,10E+21 |
377,4 |
0,002 |
|
Rhea |
764 |
0,26 |
0,26 |
1240 |
2,32E+21 |
527,04 |
0,001 |
|
Titan |
2575 |
1,35 |
2,25 |
1880 |
1,35E+23 |
1221,85 |
0,029 |
|
Iapetus |
718 |
0,26 |
0,6 |
1270 |
1,97E+21 |
3561,3 |
0,029 |
|
Phoebe |
110 |
0,039 |
? |
2300 |
7,20E+18 |
12952 |
0,156 |
|
Uran |
25559 |
8,69 |
21,3 |
1270 |
8,68E+25 |
19,18 |
0,046 |
|
Miranda |
235,8 |
0,08 |
0,19 |
1200 |
5,69E+19 |
129,87 |
0,001 |
|
Ariel |
578,9 |
0,27 |
0,56 |
1560 |
1,27E+21 |
191,02 |
0,001 |
|
Umbriel |
584,7 |
0,25 |
0,54 |
1520 |
1,17E+21 |
265,97 |
|
|
Titania |
788,9 |
0,378 |
0,77 |
1710 |
3,53E+21 |
463,3 |
|
|
Oberon |
761,4 |
0,346 |
0,73 |
1630 |
3,01E+21 |
583,52 |
|
|
Neptun |
24766 |
11 |
23,5 |
1640 |
1,02E+26 |
30,06 |
0,010 |
|
Proteus |
210 |
0,08 |
0,18 |
1300 |
5,00E+19 |
117,65 |
0,00053 |
|
Triton |
1352,6 |
0,77 |
1,45 |
2075 |
2,14E+22 |
354,76 |
0 |
|
Nereida |
170 |
? |
? |
1500 |
3,10E+19 |
5513,4 |
0,7512 |
|
90482 Orcus |
475 |
? |
? |
? |
7,50E+20 |
39,419 |
0,226 |
|
Satelit Orcuse |
100? |
? |
? |
? |
? |
? |
? |
|
Pluto |
1195 |
0,58 |
1,22 |
2030 |
1,31E+22 |
39,481 |
0,248 |
|
Charon |
586 |
0,3 |
0,61 |
1830 |
1,90E+21 |
19,64 |
0,000 |
|
Nix |
22,5 |
? |
? |
? |
? |
48,7 |
? |
|
Hydra |
23-30 |
? |
? |
? |
? |
64,8 |
0,005? |
|
Eris |
1200? |
? |
? |
? |
1,60E+22 |
67,668 |
0,442 |
|
Dysnomia |
150? |
? |
? |
? |
? |
30-36 |
? |
|
2003 EL61 |
1960×1518×996 |
0,44 |
0,84 |
? |
4,20E+21 |
43,335 |
0,18874 |
|
2 |
85? |
? |
? |
? |
? |
39,3 |
? |
|
1 |
155? |
? |
? |
? |
? |
49,5 |
0,05 |
|
50000 Quaoar |
630? |
? |
? |
? |
? |
43,405 |
0,034 |
|
90377 Sedna |
590 - 900 |
? |
? |
? |
? |
525,606 |
0,855 |
|
Základní vlastnosti planety
To, jak je planeta velká, jak vypadá a z čeho je složená, závisí na jejím pohybu mnohdy nepřímo anebo vůbec.
Obecná pravidla
nám říkají, jak se planety formují. Vznikají ze zbytků plynů a prachu,
z nějž vzešla sama hvězda, ovšem mnohdy prodělávají zajímavý vývoj, a tak
jsou jejich vlastnosti všechno možné, jen ne uniformní. Přesto existují jisté
obecné trendy.
Blíže u
hvězdy, kde je tepleji, se vyskytuje více prachu a kamení a méně plynu.
Vznikají zde tedy tělesa menší, skalnatá, v lepším případě obdařená
atmosférou nebo hydrosférou.
Dále od
hvězdy se může udržet plyn a částice ledu, který zde nemůže roztát. Je zde tedy
víc materiálu a stavba těles se tedy odehrává mnohem rychleji. Vznikají zde
tělesa z ledu a kamení, z nichž mnohá narostou natolik, že na sebe
nabalí všudypřítomný vodík. Tím ještě ztěžknou a stanou se z nich obří
neboli plynné planety. Existuje však i možnost, že tito obři vznikají i jiným
způsobem, přímým zhroucením části oblaku, podobně jako hvězdy.
V největších
vzdálenostech pak vznikají tělesa ledová, jako je třeba Pluto nebo komety.
Toto
je velmi naivní pohled, vzniklý na
základě naší vlastní sluneční soustavy a zdaleka ne univerzální. Na základě
pozorování soustav jiných hvězd víme, že obří planety mohou ležet v těsné
blízkosti sluncí, nebo se vyskytovat na excentrických drahách. Je důvodné
podezření, že po vzniku každé soustavy nastává větší či menší „škatulata
hejbejte se“ a planety se mnohdy velmi výrazně přesunují, přičemž se také
srážejí nebo navzájem vytěsňují ze svých drah. Tím se zdánlivý pořádek změní
v nevyzpytatelný chaos.
Ani
souputníci našeho Slunce nebyli výjimkou – například Jupiter prý výrazně
migroval směrem dovnitř, přičemž narušil dráhy rostoucích planet a planetek.
Výsledkem je, že Mars nemohl dorůst do plné velikosti a „zakrněl“, zatímco
planeta na místě pásu asteroidů pro jistotu vůbec nevznikla.
Než se
situace uklidnila, panovalo takzvané „velké bombardování,“ stav ustavičných
srážek a dopadů, jejichž stopy ještě dnes vidíme na Měsíci. Vlastně sám Měsíc
je jednou z těchto stop – byl vytvořen po srážce Země s jinou
planetou, která vyvrhla materiál, z něhož Měsíc později vznikl, do
vesmíru.
Výsledkem těchto složitých a ne zcela pochopených procesů je nezvratný fakt, že každá planeta je jiná. Merkur, Venuše, Země, Měsíc, Mars, Io a Europa, které se svým charakterem řadí mezi terestrické planety, jsou jaksi „co kus, to originál.“ Je skoro jisté, že jakákoli další planeta, kterou najdeme a prozkoumáme, bude vykazovat podobnou osobitost. Je nanejvýš pravděpodobné, že žádné dvě planety nejsou zcela stejné!
·
Hmotnost. Jednotkou je kilogram, hmotnost Země nebo hmotnost
Jupitera. Velmi hmotné planety jsou téměř určitě plynní obři, velmi malé jsou
buď převážně z ledu, nebo z kamene. Jinak je výpovědní hodnota
hmotnosti dosti malá.
·
Velikost – tedy průměr či poloměr.
·
Hustota. To je velmi důležitý parametr. Víme, že planety nejsou
zpravidla duté, takže známe-li objem a váhu planety, můžeme určit, jak je
hustá. A tato veličina nám řekne mnohé o materiálu, jímž je tvořena. Musíme ale
počítat i s tím, že hustota je ovlivněna tlakem – pokud je planeta velice
hmotná, stlačí hmotu ve svém nitru a bude se zdát hustší nežli menší těleso ze
stejného materiálu
Známé terestrické planety vykazují hustotu 5500-3000 kg/m3.
To je celkem v souladu s jejich složením, které je převážně kamenné.
Výrazně velká hustota může souviset se stlačením materiálu (Země) anebo
s velkým obsahem železa (Merkur).
Malá řídká tělesa jsou především ledové měsíce a většina
trpasličích planet, tvořené významným podílem vodního ledu a někdy i
ledů jiných látek (čpavek, metan). Jejich hustota je tím vyšší, čím více
obsahují hornin. Existuje tu vlastně kontinuum od extrémně řídkých ledových
těles (Tethys) až po tělesa přechodná (Triton) a dokonce téměř čistě
terestrická (Europa).
Plynní
obři naší Sluneční soustavy mají hustoty mezi 600 - 1700 kg/m3.
Klasičtí velcí zástupci jsou složeni především z vodíku a helia,
s malým kamenným jádrem (Jupiter a Saturn), malí obři naproti tomu
z kamení, ledů vody a amoniaku a plynné atmosféry (Uran a Neptun). Obří
exoplanety o hmotnosti převyšující Jupiter se však vlastní vahou „sesedají“ do
malých objemů, takže mohou mít hustoty které mohou převyšovat i terestrické
planety, naopak ty, které jsou spíše méně hmotné a žhavé, se „nafukují“ a jsou
tedy i řidší než Saturn! Posuzovat tedy „plynnost“ planety čistě dle hustoty je
ošemetné!
Asteroidy a velmi malé měsíce mají
hustoty velmi různé, ale nelze z nich určit složení. Tato tělesa jsou
totiž nesoudržná, obsahují mnoho dutin a jeskyní, což hustotu zcela zkresluje.
·
Úniková rychlost – to je rychlost, kterou potřebujeme k opuštění
povrchu planety. Je podstatná, pokud chceme posílat rakety do kosmu, ale má i
praktičtější dopady. Je to třeba právě ona, která má vliv na to, zda planeta má
atmosféru a jaký je její charakter. Obyvatelný svět by zřejmě měl mít únikovou
rychlost mezi 4 – 20 km/s, popřípadě v rozmezí ještě užším.
·
Gravitace – tento parametr nás zajímá, chceme-li se procházet po
povrchu dané planety.
Udává se buď v metrech za sekundu, pro Zemi pak platí hodnota 9,8 (často
zaokrouhlovaná na deset) anebo v gé, tedy jednotkách pozemské gravitace.
Gravitace není přímo úměrná hmotnosti, ale závisí také na poloměru dané
planety. Saturn je například mnohem těžší než Země, ale protože je jeho
„povrch“ velmi daleko od jeho středu, jeho gravitace je vlastně nižší! Jinak
řečeno, planeta, která je absolutně hmotnější, nemusí mít větší gravitaci než
těleso lehčí, pokud je hustota první z nich výrazně menší než hustota té
druhé. Jak gravitace souvisí s hustotou je patrné z tabulek, které
vidíte níže.
Příliš velká gravitace je pro pobyt člověka překážkou, činí pohyb namáhavým,
ne-li nemožným. Ovšem i v jupiterské gravitaci by se trénovaný člověk
dokázal bez rizika pohybovat. Život jako takový, např. bakterie, však zvládne
klidně i stovky či tisíce gé.
Velmi malá gravitace je nepříjemná a zdraví škodlivá. Nejnižší praktickou
hodnotou je asi gravitace lunární, a přitažlivost Marsu bude zřejmě lidem
docela dobře vyhovovat.
Je velmi nepravděpodobné, že by existovaly obyvatelné planety s velmi
malou gravitací (lunární či nižší) anebo naopak s příliš velkou
(Jupiterská a vyšší.) Je to dáno únikovou rychlostí, která s gravitací
souvisí.
G (m/s2) |
Hustota (kg/m3) |
Poloměr (km) |
Hmotnost (kg) |
M/Mz |
M/Mj |
9,8 |
370 |
94 803 |
1,32057E+27 |
221,07 |
0,70 |
9,8 |
687 |
51 058 |
3,83047E+26 |
64,12 |
0,20 |
9,8 |
1000 |
35 077 |
1,80786E+26 |
30,26 |
0,10 |
9,8 |
1500 |
23 384 |
8,03494E+25 |
13,45 |
0,04 |
9,8 |
2500 |
14 030 |
2,89258E+25 |
4,84 |
0,02 |
9,8 |
3500 |
10 022 |
1,47580E+25 |
2,47 |
0,01 |
9,8 |
4500 |
7 794 |
8,92771E+24 |
1,49 |
0,00 |
9,8 |
5515 |
6 360 |
5,94393E+24 |
1,00 |
0,00 |
9,8 |
6000 |
5 846 |
5,02184E+24 |
0,84 |
0,00 |
9,8 |
7000 |
5 011 |
3,68951E+24 |
0,62 |
0,00 |
9,8 |
8000 |
4 384 |
2,82478E+24 |
0,47 |
0,00 |
Tabulka hypotetických
planet s gravitací |
M/Mz |
Hustota (kg/m3) |
Hmotnost (kg) |
Poloměr (km) |
G (m/s2) |
|
1 |
1000 |
5,9736E+24 |
11 256 |
3,14 |
|
1 |
1500 |
5,9736E+24 |
9 833 |
4,12 |
|
1 |
2500 |
5,9736E+24 |
8 293 |
5,79 |
|
1 |
3500 |
5,9736E+24 |
7 414 |
7,25 |
|
1 |
4500 |
5,9736E+24 |
6 818 |
8,57 |
|
1 |
5500 |
5,9736E+24 |
6 377 |
9,80 |
|
1 |
7000 |
5,9736E+24 |
5 884 |
11,51 |
|
1 |
7000 |
5,9736E+24 |
5 884 |
11,51 |
|
1 |
8000 |
5,9736E+24 |
5 628 |
12,58 |
|
Tabulka
hypotetických planet hmotností naší Země, ale s různou hustotou. Vidíme,
že hustší planety mají jednoznačně vyšší gravitaci. |
Tento faktor je zajisté na prvním místě. Je pravda, že i na tělese bez atmosféry může vzniknout život, zpravidla se však nemůže příliš rozvinout. Většina forem vyššího života v kosmu vznikla zajisté na světech s ovzduším.
Proč právě atmosféra je tak klíčová?
Život se patrně neobejde bez kapalin, jako je třeba voda. Jakákoli kapalina vystavená vakuu se okamžitě vypaří, v lepším případě zmrzne. Aby mohla být kapalná, potřebuje vnější tlak. A velmi dobrým způsobem, jak tento tlak zajistit, je atmosféra. Možná není způsobem jediným, ale rozhodně tím nejlepším.
Můžeme rozlišit dva základní typy atmosfér, podle toho, kolik obsahují vodíku:
o Atmosféra redukovaná obsahuje převážně vodík a helium, s příměsí metanu, čpavku a jiných exotických látek. Vznikla přímo z mlhoviny, z níž vzešlo Slunce. Takovou najdeme třeba na Jupiteru. Je typická pro planety, které jsou tak velké, chladné nebo obojí, že si dokáží udržet vodík a helium.
o Atmosféra oxidovaná vznikla na planetách, které si nedokázaly udržet plyny z okolní mlhoviny. Je to atmosféra sekundární, vzniklá sopečnou činností. Obsahuje především CO2, ale také molekulový dusík (N2). Ve zvláštních případech se může objevit i molekulový kyslík (O2), ne vždy však musí souviset s činností rostlin. Tyto planety mohly vodík ztratit téměř úplně (Venuše, Io) nebo jen z větší či menší části (Země, Titan).
Míra dehydrogenace je velice důležitá – pokud je nulová, dostaneme plynného obra, který je celkem beznadějný, s příliš velkou dehydrogenací zase dojdeme k vysušené poušti.
Podle místních podmínek dochází k různým modifikacím chemického složení. Na Zemi došlo vlivem živých organismů k vytvoření kyslíkového ovzduší, rázovitou atmosféru má také Titan.
Obyvatelná planeta nesmí být ani moc velká, ani moc malá. Pro hmotnost (potažmo únikovou rychlost) obyvatelných planet existují dva limity – horní, to je ten, kdy se planeta stává obrem, a spodní, tedy ten, kdy zůstane zcela bez vzduchu.
Co vlastně musím brát v potaz, uvažuji-li o atmosféře planety?
· Úniková rychlost. Pokud molekula plynu překročí tuto rychlost, může planetu opustit a zmizet v nenávratnu. Čím je tato rychlost vyšší, tím spíše bude mít daná planeta ovzduší. Tento parametr je jednoznačně dán velikostí a hmotností planety.
· Teplota. Čím je ovzduší teplejší, tím rychleji se jeho částice pohybují. Tím samozřejmě stoupá šance, že některé z nich překročí únikovou rychlost. Důležitá je však nikoli teplota povrchu, ale teplota velmi vysoké atmosféry, která se někdy výrazně odlišuje a není snadno odhadnutelná.
· Molekulová hmotnost uvažovaného plynu. Lehké částice, jako je třeba vodík, prchnou daleko snáze než ty těžké, jako třeba CO2. Molekuly přitom mohou být ionizací rozbity na atomy, které jsou samozřejmě lehčí a tedy snáze unikají.
· Magnetické pole. Pokud má planeta magnetické pole, nebo měsíc obíhá pod ochranou pole svého mateřského tělesa, je chráněn před dopady částic slunečního větru. Ty mohou někdy svým působením vyrážet atomy z horní atmosféry a tak její existenci ohrožovat.
· Radiační pás. Pokud by uvažovaným tělesem byl měsíc obra, mohl by se nacházet v radiačním pásu. To je oblast, kde se vyskytují rychlé nabité částice. Pokud je této radiaci vystaven organismus, zahyne, pokud je mu vystavena atmosféra, může být rychle zničena. To je asi důvod, proč satelity Jupitera nemají skoro žádné ovzduší – jeho radiační pás je neuvěřitelně ničivý a sahá až ke Ganymedu. Saturn je naproti tomu mnohem mírnější, takže jeho Titan ovzduší má.
· Impakty. Dopad velkého asteroidu či komety může zničit a rozprášit původní atmosféru planety.
· Chemické a geologické procesy. Např. oceány na Zemi vymývají CO2 a vytvářejí z něj vápenec, atmosférické plyny mohou být pohlcovány i zvětráváním skal. Pokud by nedocházelo k jejich doplňování sopkami, atmosféra by mohla zaniknout, popřípadě se stát pro život nevhodnou.
Otázkou je, jak malá planeta může mít atmosféru. Velmi chladná malá tělesa, jako je Titan a Pluto, ji samozřejmě mají, nás však zajímají spíše ta o teplotách Marsu nebo Země.
Existuje vzorec, kterým lze zjistit, jak rychle se budou v průměru pohybovat atomy či molekuly plynu:
W = ((3*1,38E-23*T)/(Mm*1,66E-21))0,5
Kde T je
teplota v kelvinech, Mm je molární hmotnost plynu(v gramech na
mol) a W rychlost částic.
Na tomto
vzorci se všechny zdroje shodují.
Průměrná
rychlost pohybu je však celkem nezajímavá, protože samozřejmě existuje řada
částic, které se pohybují rychlostmi jinými, ojediněle i výrazně vyššími – a
v průběhu existence planety by právě tyto nadprůměrné částice pozvolna
unikaly, až by se ovzduší zvolna vytratilo.
Jak velká
tedy musí být úniková rychlost, aby atmosféra vydržela nějakou rozumnou dobu?
Většina
autorů má za to, že by měla být 4x – 6x větší než rychlost W.
Výsledky
vidíte v malé tabulce. Vypočtené hodnoty zhruba odpovídají předpokladům.
Je nutné si uvědomit, že teploty vysoké atmosféry
planet jsou obvykle vyšší než uvažovaných 300K, a že u planet bez magnetického
pole nebo bez výrazné geologické činnosti může být ztráta ovzduší výrazně
urychlena.
Plyn |
Molekulová hmotnost
plynu g/mol |
Teplota/K |
W/kms-1 |
Min. Vu = 6W |
|
|
|
|
|
Atom H |
1 |
300 |
2,74 |
16,4 |
Molekula H2 |
2 |
300 |
1,93 |
11,6 |
Atom He |
4 |
300 |
1,37 |
8,2 |
Atom N |
14 |
300 |
0,73 |
4,4 |
Jenom pro zajímavost zde uvádím i tabulku nejmenších možných obyvatelných planet, podle představ různých vědců. Různí autoři uvádějí různé hmotnosti jako limitní, a podle nich jsem dopočítal ostatní vlastnosti, uvažujíc pravděpodobné hustoty. Je přinejmenším zajímavé, jak značně se názory odborníků od sebe liší.
Minimální obyvatelné planety podle různých zdrojů |
||||
M/Mz |
Hustota |
R |
G |
Vu |
|
|
|
|
|
0,07 |
3500 |
3 055 |
2,99 |
4,27 |
0,12 |
3900 |
3 527 |
3,84 |
5,21 |
0,5 |
4000 |
5 628 |
6,29 |
8,41 |
Z výpočtů i čísel plyne jedna věc – není patrně možné, aby planeta podobná Zemi byla výrazně menší než je Mars.
Je to trochu škoda, protože obyvatelná planeta s gravitací jakou má Měsíc čí Titan by byla nepochybně velice zajímavá. Na druhou stranu, přesný limit není znám, existují jen odhady, a možná jsou i překvapení.
Je to
takový magický štít, který planetu chrání před korpuskulárním zářením,
ohrožujícím jednak atmosféru, jednak živé organismy na povrchu. Není zřejmě
zcela nezbytné pro život (ochranu může zastat i silná atmosféra), ale rozhodně
poskytuje mnohé výhody.
Magnetické
pole vzniká tehdy, když se v jejím nitru pohybuje vodivá kapalina. Může se
jednat o tekuté železo (Země), kovový vodík (Jupiter) nebo čpavkové roztoky
(Uran?). Proudící látka funguje jako jakési dynamo generující obrovské silové
pole.
Je
jasné, že pokud jádro planety zcela či zčásti utuhne, magnetické pole buď zcela
zanikne, nebo alespoň výrazně zeslábne. Příkladem je Měsíc či Mars.
Pomalu
rotující planety mají zase méně předpokladů k tomu, aby se tekuté
materiály v jejich nitru pohybovaly. To je asi případ Venuše.
Fyzika
magnetických polí však není zcela pochopena – vrásky vědcům dělá např. Merkur,
který by měl být tuhý a rotuje velice pomalu, přesto však magnetické pole má.
Další
záhadou je chování magnetického pole Země. Naše planeta není žádný obyčejný
magnet, jak se tvrdí ve škole – jde o neobyčejně složitý a dynamický systém.
Jedním z projevů tohoto faktu je, že ve víceméně náhodných intervalech
magnetické pole Země nejprve oslabí, pak téměř vymizí a nakonec se obnoví,
ovšem s opačnou polaritou.
Je
otázkou, jak tento stav ovlivní život na Zemi. Nebyla však prokázána
jednoznačná souvislost mezi minulými periodami oslabeného magnetismu a masovým
vymíráním, takže není třeba se přehnaně obávat nějaké nesmírné katastrofy.
Magnetické pole je sice velmi užitečné, ale je patrně možné se bez něj alespoň
na čas obejít.
Planety se rodí žhavé, v podobě roztavených koulí
lávy. Během svého života postupně tuhnou. Trvá jim to rozdílnou dobu, podle
jejich velikosti. I z vlastní zkušenosti víme, že rozměrné předměty
vychládají pomaleji než ty malé.
Geologická činnost je významná hned několika způsoby.
Zaprvé, sopečné plyny jsou zpravidla základem atmosféry, a během další
existence doplňují ztráty, ke kterým nevyhnutelně dochází. I náš vzduch vznikl
primárně činností sopek, a rostliny jej pouze „upravily“. Zadruhé, geologická
akce recykluje důležité biogenní prvky –
je známo, že čerstvá láva je nesmírně úrodná.
Existují i organismy, které závisejí na energii
z nitra Země – takzvané litotrofní bakterie. Mnohé z nich si vystačí
s látkami ze sopečných plynů nebo hornin, aniž by potřebovaly rostlinami
vytvořený kyslík nebo denní světlo.
Nepochybně zajímavým jevem je desková tektonika. Kůra Země,
jak jistě víte, se skládá z mnoha pohybujících se desek. „Pevná zem“ tedy
není vůbec pevná, ale připomíná spíše jakýsi chaotický dopravníkový pás, který
posunuje kontinenty sem a tam. V oceánských hřbetech se desky od sebe
rozestupují, vytváří se zde nová zemská kůra. Naopak v příkopech se jedna
deska zanořuje pod druhou a v hlubině se postupně taví.
Na Zemi právě tento systém zajišťuje pomalou, ale účinnou
recyklaci hornin, vrásnými pohyby tvoří naše hory a kontinenty, a kromě toho je
zodpovědný i za většinu sopek a zemětřesení.
Ne všechny planety však mají deskovou tektoniku. Mars má
již příliš silnou kůru, než aby se mohla pohybovat, a z nějakého důvodu
nevykazuje tento způsob aktivity ani Venuše, jinak Zemi podobná.
Planety, které nevykazují deskovou tektoniku, a tedy
logicky ani vrásnění, budou z velké části zaplavené. Na Venuši, kdyby měla
oceán podobný pozemskému, by byly jen dva kontinenty skromných rozměrů a řada
sopečných ostrovů.
Úplná absence geologické činnosti může být nebezpečná.
Hrozí kolaps atmosféry i koloběhu mnoha prvků. Pokud by k tomu přeci
nedošlo, brzy na takovém světě převáží eroze, která zarovná všechny nerovnosti,
a celou planetu pokryje oceán.
Z těchto fakt by se zdálo, že malá tělesa, jako je
Mars, musejí vždy brzy vychladnout, čímž klesnou jejich šance na obyvatelnost.
To však není pravda! Pokud je uvažovaný svět ve skutečnosti měsícem obra
v příhodné vzdálenosti, udrží si geologickou činnost prakticky do
nekonečna nezávisle na svých rozměrech – viz Io a Europa.
Typ geologické činnosti ovlivňuje celkovou tvářnost
planety. Nehybná kůra bez deskové tektoniky podporuje vznik obřích vulkánů
(Olympus Mons na Marsu), protože horké skvrny v plášti planety zůstávají
stále pod stejnou oblastí a sopečná aktivita tedy setrvává celé miliardy let na
jediném místě. Naproti tomu na Zemi se kůra pohybuje, a tedy brzy „ujede“ horké
skvrně pod ní. Výsledkem je řetězec menších vulkánů, které vyznačují pozici
horké skvrny v minulosti (viz Havajské ostrovy). Pozemská horotvorná
činnost se děje převážně jiným způsobem – vrásněním, když pohyb desek vytlačuje
horniny vzhůru. Tento typ pohoří pro změnu na Rudé planetě nenalezneme.
Maximální možná velikost hor je nepřímo úměrná gravitačnímu
zrychlení. Např. nejvyšší hora Marsu měří
Měsíc má daleko nižší gravitaci než Země, ale přesto jeho
hory nejsou příliš impozantní. Příčina je jednoduchá – našemu souputníku chyběl
dlouhotrvající vulkanismus i vrásné pochody. Téměř všechny hory jsou pozůstatky
kráterových okrajů, a to zřejmě titánským rozměrům nepřeje. Nehledě již na to,
že gigantický útvar typu kupole Tharsis a hory Olympus by zabíral podstatnou
část povrchu Měsíce, a pojem „hora“ by byl tedy poněkud zavádějící.
Dosti vysoké hory (snad až kolem
Planety s atmosférou a vodním koloběhem mohou být
„vyhlazovány“ erozí – kdyby na Marsu byla eroze stejná jako na Zemi, Olympus
Mons by patrně záhy obroušen na rozměry několikanásobně menší, protože tempo
jeho přirůstání by se nemohlo vlivům „zubu času“ vyrovnat.
Celkem vzato, zdá se, že na planetách „klasického typu“
patrně neexistují hory vyšší než
Povrchová
teplota je ovlivňována jednak vzdáleností od hvězdy, jednak odrazivostí
(albedem) planety. Významný vliv má atmosféra – skleníkové plyny, jako je oxid
uhličitý, metan, amoniak, vodní pára nebo freon, mohou teplotu radikálně
zvýšit. Naopak oxidy síry mají patrně spíše opačný efekt, byť ne tak výrazný.
Čím je
povrchový tlak větší, tím je i teplota obecně vyšší.
Tlak
má vliv na kapalnost rozpouštědel, jako je voda. Nízký tlak znamená, že se vypařují
již při nízkých teplotách, a jsou tedy nepoužitelná.
Vysoký
tlak není tak zjevně nepříznivý. Může však znamenat silný skleníkový efekt nebo
atmosféru tak hustou, že je neprůhledná.
Prstence jsou sice prakticky bezvýznamné co do reálných důsledků, nicméně mají nemalou hodnotu estetickou. Není tedy od věci něco si o nich povědět.
Jak všichni asi víme, planetární prstenec je vlastně nesmírné množství malých „miniměsíčků“ o velikosti zrnka prachu až několika metrů. V důsledku působících sil se prstenec sám od sebe uspořádá do jediné roviny – zatímco jeho průměr může být úctyhodný, jeho „tloušťka“ je jen několik set metrů, což je v kosmických měřítkách zanedbatelné.
Při pohledu zvenčí se toto „smetí“ jeví jako jednolitá plocha, případně částečně průsvitná, která nijak neprozrazuje své nepříliš vznešené složení.
Prstenec není jednolitý, ve skutečnosti se podobá spíše obří gramofonové desce. Je to proto, že různé oběžné dráhy jsou různě stabilní. Přilehlé měsíce mohou přímo či nepřímo vytvářet mezery v prstenci, nebo naopak hustší prstýnky. Některé z nich, tzv. pastýřské měsíce, prstenec výrazně stabilizují. Celková dynamika tohoto systému je velice složitá, kromě vlivů gravitačních se zapojují totiž i elektromagnetická pole a v neposlední řadě též důsledky vzájemných srážek.
Původ prstence bývá prozaický. Vesměs jde o pozůstatky nějakého nešťastného měsíce či bludného asteroidu, který se zatoulal příliš blízko k planetě, kde byl roztrhán.
Dokud těleso pobývá vně určité hranice, zvané Rocheova mez (cca 2,5x poloměr mateřské planety), je v bezpečí – jeho vlastní gravitace mu zajišťuje stabilitu, drží tedy pohromadě „vlastní vahou“. Ovšem pokud zajde příliš daleko, slapové síly jej začnou natahovat jako na skřipec. Asteroidy a malé měsíce nejsou zpravidla žádní tvrďáci, ba naopak, spíše jde o kupy štěrku a smetí, které se rozsypou, jakmile dostanou příležitost. To znamená že dříve či později po překročení Rocheovy meze se takové těleso začne rozpadat. Jeho úlomky se postupně rozptýlí po celé příslušné orbitě a vytvoří tak prstenec.
Vně Rocheovy meze se těleso nejenže rozpadnout nemůže, ale i kdyby to učinilo (např. po srážce), jeho zbytky by se brzy znovu spojily do podoby měsíce.
Jaké je složení prstenců? Podobné jako složení rozpadlého tělesa. Může se jednat o kamení, relativně čistý led, anebo i směs ledů a organické hmoty. Závisí to jednak na charakteru rozpadlého tělesa, jednak, a to především, na okolní teplotě. Země by například nemohla mít ledový prstenec, ani kdyby chtěla, brzy by se totiž vypařil.
Na složení závisí i jasnost prstence. Saturn má zářivou svatozář vodního ledu, prstence Uranu jsou naproti tomu uhlově černé a skoro neviditelné. Jednotlivé části prstence se svým zbarvením mohou výrazně lišit.
Kromě toho se liší i hustota a šíře prstenců, to znamená, že variabilita v tomto směru je nesmírná.
Prstence jsou ovšem v měřítkách kosmu jevem značně prchavým. Částice, které je tvoří, jsou odnášeny slunečním větrem nebo vypuzovány vzájemnými srážkami, takže končí v meziplanetárním prostoru, anebo shoří v atmosféře mateřské planety. Jejich životnost se počítá na pouhé milióny let, a pokud nejsou obnovovány přísunem nového materiálu, mohou dosti rychle vyblednout a zmizet.
To, že čtyři planety naší Sluneční soustavy prstence mají (byť jen jedna je má skutečně impozantní), dokazuje, že doplňování materiálu není nijak vzácný jev. A jen tak neustane. Saturnovy prstence dostávají materiál např. z Enceladu. Neptun bude asi jednoho dne obdařen prstencem nevídaných rozměrů, protože jeho měsíc Triton za 1 – 4 mldl překročí Rocheovu mez, a pokud se s Neptunem přímo nesrazí, vytvoří úžasný prstenec. Podobný osud čeká ještě mnohem dříve (za cca 50 mll) Marsův Phobos. Dokud je Sluneční soustava plná měsíců, asteroidů a komet, nemusíme se bát, že by z ní prstence někdy nadobro zmizely.
V naší Sluneční soustavě mají všechny čtyři obří planety prstence (ač tři z nich nejsou běžně viditelné), zatímco terestrické planety je nemají. Nezdá se však, že by to byla zákonitost. Je to pouze tím, že obří planety mají více měsíců (a tedy více potenciálních zdrojů prstenců) a častěji se srážejí s cizorodými tělesy. Nadto ledu je daleko více než kamení, a také se snáze drtí, takže může být vhodnějším stavebním materiálem. Je též možné, že čím dále od Slunce, tím jsou prstence stabilnější.
Lze si tedy představit i terrestrickou planetu s prstenci! Jejich vliv by byl ovšem spíše malý. Mohly by mít efekt na klima (když by stínily či odrážely světlo) a mohly by též oslabovat radiační pásy planety (což by se na povrchu asi neprojevilo). Spíše by šlo o pouhou neškodnou, avšak romantickou ozdobu noční oblohy.
Měsíc
má na planetu daleko větší vliv, než by se dalo soudit. Nejenom že osvětluje
noční krajinu a inspiruje básníky (a scifisty), nýbrž dokonce může být klíčový
i pro udržení obyvatelnosti planety vůbec.
1)
Stabilizuje pozici osy
rotace. Brání tedy dramatickým, a navíc relativně rychlým (statisíce až milióny
let) klimatickým výkyvům. Např. Mars, jemuž chybí větší měsíc, se
v prostoru kymácí mezi šedesátistupňovým a téměř nulovým náklonem – a
výsledkem jsou doby ledové, proti nimž byly ty, jenž periodicky postihovaly
Zemi, jen bezvýznamnými závany chladu. Kdoví, zda by na Zemi mohl vzniknout
vyspělý život, kdyby nebylo Měsíce.
2)
Vytváří příliv a
odliv. Mnoho organismů včetně 50% lidské populace je bytostně spjato
s lunárním cyklem. Zejména bytosti žijící v moři jsou logicky úzce
svázány s přílivy a odlivy. Je též možné, že toto promíchávání,
zaplavování pobřeží, ustupování moře a opětné vysychání urychlily prebiotickou
evoluci v zemském praoceánu.
3)
Může mít vliv na
geologickou činnost, geomagnetismus a mnoho dalšího.
4)
Kdyby Země neměla
Měsíc, nebylo by s největší pravděpodobností dosud letů do kosmu. Možná
maličkost – ale i ty jsou důležité!
Existují
lidé, kteří si myslí, že náš Měsíc byl a je zcela nezbytný pro vznik a
existenci života na Zemi, a že velká kolize, která stvořila Měsíc, byla něco
mimořádného a výjimečného, z čehož vyvozují, že život v kosmu je
velmi vzácný. Tato argumentace je ale vratká. Zaprvé nezbytnost měsíce pro
obyvatelnost planety není nijak prokázána a je to v podstatě dohad. Ano,
Měsíc výrazně ovlivnil dnešní podobu Země, ale to z něj ještě nedělá
nutnou a nevyhnutelnou podmínku pro existenci života!!!
A že
je Měsíc unikátem? Jak se to vezme. Oběžnice mají všechny obří planety, Mars,
Země, Pluto a také další trpasličí planety, a řada asteroidů. Uvážíme-li, že
vnitřní planety (Merkur a Venuše) by jen s obtížemi mohly mít stabilní oběžnice
(z důvodu rušivých sil Slunce), potom spíš budeme obtížně hledat planetu, která
by měsíc(e) mohla mít a nemá je! Kolize těles nejsou podle všeho v chaosu
vznikajících planetárních systémů nic nezvyklého, a jejich trosky zřejmě
produkují měsíce „ve velkém“. Lze tedy usuzovat, že měsíce doprovázející
planety zemského typu i v jiných hvězdných soustavách mohou být běžným
jevem.
Dost
možná třeba hned třetina planet bude mít měsíc dost velký na to, aby
stabilizoval její rotační osu a vzdouval její oceány!
Jak měsíce vznikají?
·
Měsíce mohou vznikat
kolem planety stejným způsobem, jako vznikly planety kolem Slunce, tedy akrecí z pramlhoviny. To je podle
všeho běžné hlavně u velkých měsíců plynných planet (např. Galileovské měsíce
Jupitera).
·
Mohou též připutovat
odjinud a být zachyceny, takové
exempláře většinou obíhají proti směru pohybu měsíců původních, tzv.
retrográdní orbita. Tohoto ražení je třeba Saturnova Phoebe či výše zmíněný
Triton, plus množství menších měsíců plynných planet. Zachyceny mohly být i
měsíce Marsu – jednalo by se pak o bývalé asteroidy. Ovšem ty nemají
retrográdní orbitu, a ne všichni vědci se záchytovou teorií jejich původu
souhlasí.
Zachycení měsíce je velmi obtížné, za normálních okolností totiž těleso které
k planetě přiletí zase také odletí. Aby přešlo na orbitu, musí „zabrzdit“.
K tomu ale dochází jen ve vzácných případech (tedy pokud není tělesem
kosmická loď s vlastním pohonem). Nejběžněji k záchytům mohlo
docházet v období budování planet, kdy v jejich okolí (opět zejména
v okolí obrů) ležely dosti husté plynné a prachové mlhoviny, kde se tělesa
mohla brzdit třením. Vzácněji může k záchytu dojít při vstupu do normální
planetární atmosféry, zde je ale potřeba správně „vyladěný“ vstupní úhel. A
konečně lze také zabrzdit „natvrdo“, srážkou se stávající družicí planety.
·
Posledním zdrojem
měsíců jsou impakty. Planeta se může srazit s jiným tělesem, a trosky
vyvržené z místa této havárie se na její orbitě slepí do jediného tělesa.
Takový je podle všeho i původ Měsíce, který se nejspíš zformoval
z vyvrženin poté, co na „prazemi“ dopadla jiná planeta zvíci Marsu.
Protože bylo objeveno množství družic asteroidů a těles vnější sluneční
soustavy, (jako je Pluto, disponující minimálně třemi oběžnicemi), kde je
impaktní původ zdaleka nejpravděpodobnější, dochází zřejmě k impaktům spojeným
s tvorbou satelitů poměrně běžně.
Měsíce
nejsou věčné. Kromě rozpadání do podoby prstenců jsou ohroženy i nestabilitami
v dráze. Blízké měsíce (Phobos) ztrácejí na výšce a mohou záhy spadnout
(či se rozpadnout), vzdálené se naopak mohou postupně vzdalovat a být odtrženy
působením hvězdy či jiné planety (to asi jednoho krásného dne čeká i Měsíc,
prozatím však není čeho se obávat).
Planety
bližší než asi 0,5 AU mohou mít problémy se stabilitou měsíců. Obecně platí, že
čím je měsíc hmotnější, a čím je planeta blíže hvězdě, tím je měsíc ohroženější
a jeho předpokládaná doba života kratší.
Jakožto
obyvatelé planety trpíme silnými předsudky. Pokud hovoříme o životě ve vesmíru,
máme sklon mluvit zase jen o planetách. Tím však přehlížíme spousty velice
zajímavých těles, a to jen proto, že obíhají kolem plynných obrů, a naše
terminologie je tedy jako planety neoznačuje.
Tři ze
čtyř obřích planet v naší Sluneční soustavě mají rozměrné měsíce, které se
od planet v ničem podstatném neliší. Lze předpokládat, že stejná situace
bude i v jiných soustavách.
Mnohé
extrasolární obří planety obíhají v tzv. obyvatelné zóně, a jejich měsíce
budou mít tedy velmi příznivé teploty. Neexistuje důvod, proč by alespoň
některé z nich nemohly mít vhodnou velikost a atmosféru, aby se na nich
mohl vyvinout život.
Podstatně
to zvyšuje šance pro existenci obyvatelných světů. Klasická planeta může být
v obyvatelné zóně jen jedna, maximálně snad dvě. Ovšem pokud je
v této oblasti obr, může mít klidně třeba pět příhodných měsíců!
Měsíce
mají četné výhody, ale i některé nevýhody.
Obyvatelné měsíce
|
|
Výhody |
Nevýhody |
Velké množství příhodných obrů,
i možnost existence více měsíců u jedné planety |
Nebyly dosud dokázány měsíce o rozměrech
Marsu či Země a někteří vědci je nepovažují za příliš pravděpodobný jev (ale
nelze je vyloučit). Tělesa o rozměrech nám známých měsíců nemohou hostit
biosféry pozemského typu. |
I malá tělesa zůstanou
geologicky aktivní |
Geologická aktivita může být až
příliš silná, viz Io |
Magnetosféra obra může chránit
jeho měsíce (např. Saturn chrání Titan) |
Silný radiační pás, jako má
Jupiter, zničí atmosféru všech oběžnic a znemožňuje povrchový život |
Měsíc může mít vlastní ochranné
magnetické pole, které ho ochrání i před radiačními pásy |
Měsíc může být díky gravitaci
obra velmi často bombardován asteroidy |
Měsíce obsahují velké množství
vody |
Nemusejí obsahovat dost hornin a
kovů |
Pokud dojde k přesunu obra
z vnější části systému do vnitřní, může zachytit na své oběžné dráze
původně samostatné planety |
Satelity planet mají často
relativně dlouhou dobu oběhu a tedy i rotace (známé velké měsíce 1,7 – 18
dní). Pozemským organismům, zejména rostlinám, by to příliš nevyhovovalo. |
Planety mohou získat vázanou
rotaci vzhledem ke hvězdě, takže na jedné straně je trvalý den, na druhé
věčná noc. Měsícům tento osud nehrozí, mají vázanou rotaci pouze vzhledem ke
své mateřské planetě, a cyklus den-noc funguje dál. |
Měsíce nemusejí být stabilní u
planet velmi blízko hvězdy. Zejména u červených trpaslíků je stabilita měsíců
v obyvatelné zóně v mnoha případech velmi problematická. Pro hvězdy
zářivější však problémy se stabilitou v OZ nejsou. |
Jak je
vidět, podle většiny odborníků existuje reálná šance, že alespoň část obřích
planet v kosmu má obyvatelné měsíce, a nelze zanedbat ani možnost, že
právě velké satelity jsou nejhojnějším typem těles hostícím život. Pak by Země
byla spíše výjimečná!
Zajímavým nápadem je existence planet (měsíců?) v libračních bodech svých obřích průvodců. V bodech L4 a L5 by se vlastně pohybovaly po stejné oběžné dráze s planetou v závěsu/předstihu šedesát stupňů. V bodě L1 by ležely mezi planetou a Sluncem, v L2 naopak za planetou, tyto dva posledně jmenované librační body jsou však nestabilní.
Ve
Sluneční soustavě známe převážně tělesa umístěná v bodech L4 a L5 obřích
planet, kde se jedná o roje asteroidů. Někteří odborníci však soudí, že
v těchto stabilních bodech by se mohly formovat i celé planety.
Odkazy: |
Sluneční
soustava
|
Vlastnosti
planet
|
http://www.sfwa.org/members/Nordley/Gravity.pdf http://discovermagazine.com/2002/nov/featcircles |
Obyvatelné
měsíce
|
http://www.space.com/scienceastronomy/shadow_moons_021008-1.html
http://skyandtelescope.com/resources/seti/article_255_1.asp http://www.eurekalert.org/pub_releases/1997-01/PS-ISOH-160197.php |
Základní pomůckou pro cestování v kosmu, tedy alespoň to
pomyslné, je matematika. Nepokouším se zde tvrdit, že jsem s touto vědou
zadobře – naopak, můj vztah k matematice je spíše ve stavu studené války.
Ovšem jakožto amatérský exobiolog a příležitostný scifista se bez pomoci
výpočtů občas neobejdu.
Velmi užitečnou pomůckou je počítač – doporučuji např.
program MS Excell.
Důležitou
charakteristikou každého světa je gravitační zrychlení. Je významné zejména
tehdy, když se chceme „projít“ po povrchu libovolné planety: budeme tam skákat
jako na Měsíci, budeme se tam cítit jako doma, nebo nás přitažlivost dokonce
rozdrtí? Zjistíme
to výpočtem z následujícího vzorce: |
G = 6,67*10 ^(-11) *4/3*π*r*1000*Ro. |
G
je gravitační zrychlení v m/s, r poloměr planety v kilometrech, Ro její
hustota v kg/m3. |
|
Další klíčovou veličinou je úniková rychlost. Určuje, jakou rychlost musí vyvinout raketa, snažící se opustit dotyčnou planetu, a také hraje roli pro schopnost udržet si atmosféru. Zjistíme jí takto: |
Vu = ODMOCNINA(2*6,67*10^(-11) *(4/3)*π*r ^3*Ro/r) |
Vu
je úniková rychlost v km/s, r poloměr v km, a Ro hustota
v kg/m3. |
|
Oběžnou dobu dvou těles (v sekundách) vypočítáme jako: |
T = ODMOCNINA(((4* π ^2)*r^3)/((6,67*10^(-11))*( M1
+ M2))) |
Ve
vzorci je r oběžná vzdálenost v metrech, M1 a M2
hmotnosti obou těles v kilogramech. Oběžná doba T vyjde
v sekundách, pro přepočet na roky vydělte číslem 31536000. Tento vzorec funguje pro oběh čehokoli kolem
čehokoli ( planet kolem hvězd, měsíců kolem planet, složek dvojhvězdy, kosmických
lodí kolem planet apod. Při oběhu planety kolem hvězdy můžeme hmotnost
planety zanedbat, protože je většinou ve srovnání s hvězdou nepatrná. |
|
Přibližnou
teplotu planety zjistíme ze vzorce: |
T = 279*(L*(1-A)/R^2)^(1/4) |
Kde
R - vzdálenost v AU, L - svítivost hvězdy v jednotkách sluneční
svítivosti, T - teplota v Kelvinech (t/ºC = T – 273,15), laicky
řečeno odečteme-li od teploty v Kelvinech číslo 273, dostaneme Celsie. A
je albedo, neboli odrazivost. Nabývá hodnot od nuly do jedné. Čím je planeta
světlejší, tím má albedo vyšší. A=0,6 –
0,8 …. planety velmi jasné, např. se silnou oblačnou pokrývkou (Venuše), nebo
pokryté čistým ledem (Europa, Enceladus). A=0,5….obří
planety. A=0,37….albedo
Země. A=0,1-0,15….skalnaté
planety (Měsíc, Mars, Merkur) Tento
vzoreček je jen orientační, skutečná teplota planety může být výrazně
ovlivněna mnoha faktory, jako je skleníkový efekt. Tak např. pro Zemi vychází
teploty kolem -25ºC, zatímco skutečná povrchová teplota činí 14ºC.
Venuše, navzdory tomu že je blíž, má díky vysokému albedu (0,65) teoreticky
teplotu kolem -20ºC, zatímco ta reálná šplhá někam ke 460ºC. |