Život u červeného trpaslíka

Život u červeného trpaslíka

Tomáš Petrásek, 2007

 

 

Co jsou červení trpaslíci zač

Ve vesmíru se vyskytuje celkem sedm spektrálních tříd hvězd -O, B, A, F, G, K, M.

Obecně se má zato, že pro existenci života je vhodná pouze velmi úzká skupina hvězd, třídy G, K a část F, dohromady zhruba 10-20% všech hvězd.

Existuje však ještě jedna třída, která byla donedávna zcela opomíjená: M-hvězdy, takzvaní červení trpaslíci. Ti jsou, jak už název napovídá, červení a v modré oblasti spektra nesvítí skoro vůbec. Jsou velmi malí, vždy menší než 0,6 MSol.

M-typy jsou pro svojí malou jasnost často přehlíženy astronomy, a kvůli odlišnosti od našeho Slunce si jich často nevšímají ani teoretici.

Dělají ovšem chybu. Hvězdní pidimuži představují nejméně 70% všech hvězd, a to už něco znamená. Jejich výhodou je i fakt, že mohou být obyvatelní neuvěřitelných 50 - 250 miliard let. V porovnání s tím je život Slunce takřka jepičí.

 

Vázaná rotace a obyvatelnost

U tříd K a M však nabývá na významu jeden háček. Svítí totiž tak málo, že jejich obyvatelné planety musí ležet velmi blízko. To vede ke zvýšení slapových sil, tedy toho, co známe jako příliv a odliv. A stejně jako působení Měsíce a Země vedlo k tomu, že se Měsíc natáčí stále stejnou stranou k Zemi, tak i planety v obyvatelné zóně hvězd s hmotností nižší než 0,6MSol musí brzy získat vázanou rotaci, takže na jedné polokouli je trvalý den, na druhé trvalá noc.

Dříve se myslelo, že takový svět nemůže být obyvatelný. Prvním důvodem je, že temná strana by musela vychladnout na velmi nízké teploty, téměř k absolutní nule, zatímco ta přivrácená by byla velmi horká. To by znamenalo, že veškeré atmosférické plyny by měly tendenci vymrznout na noční straně. I kdyby tomuto osudu unikla atmosféra, neminul by veškerou vodu.

Ovšem nedávno se ukázalo, že tyto předsudky byly neopodstatněné. Atmosféra podobně hustá jako zemská by dokázala přenášet teplo z osvětlené strany na temnou, a mohl by fungovat i stabilní koloběh vody. Přenos tepla odpařováním a srážením je vysoce účinný a mohl by vyrovnávat teploty tak, aby byly na většině planety přiměřené pro život.

Navíc ne každá planeta blízko své hvězdy musí mít vázanou rotaci. Například Merkur je také dost blízko Slunci, ovšem planety s vysoce eliptickou drahou obecně nemohou mít klasickou vázanou rotaci. Místo toho se otočí třikrát za dva roky, takže se den a noc sice pomalu, ale střídá. Další skupinou „nevázaných“ těles jsou měsíce obřích planet. Vtip je v tom, že jejich rotace je vázaná pouze k mateřské planetě, takže vůči ní přivrácenou a odvrácenou stranu mají. Ovšem protože planetu obíhají, den a noc se na nich normálně střídá, stejně jako náš Měsíc střídá fáze. Problémem může být stabilita těchto měsíců. Podle nově uveřejněných výpočtů by menší červení trpaslíci nemohli mít v obyvatelné zóně planety s velkými měsíci. Měsíce jsou totiž tím nestabilnější, čím je planeta hvězdě blíže (a tím stabilnější, čím je planeta těžší).

Uvažujeme-li obyvatelnou zónu a planety hmotností blízké Jupiteru, dostaneme následující: Téměř vyloučené jsou měsíce u hvězd pod 0,3 MSol, problémy pak zcela odpadají až nad 0,5 MSol.

 

Problémy s obyvatelnou zónou

Červení trpaslíci jsou natolik specifičtí, že ani určení obyvatelné zóny není bez problémů.

Háček číslo jedna: liší se udávané svítivosti. Existují různé vzorce a tabulky, někde nalezneme svítivost vztaženou k hmotnosti, jinde k spektrální třídě, jinde jsou konkrétní naměřené hodnoty pro jednotlivé hvězdy. A problém je v tom, že výsledky se navzájem ani přibližně nepodobají. Výsledky se liší někdy i o několik řádů, což už je opravdu trochu problém.

Háček druhý: Červený trpaslík (ČT) vyzařuje většinu své energie ve formě infračerveného, tedy tepelného záření, které je neviditelné. Většina naměřených hodnot je platná jen pro viditelné světlo, a je tudíž jen zlomkem celé zářivosti. Pro obyvatelnost planety je směrodatná celá zářivost, včetně infračervené, takže další problém – je nutné provádět korekci.

A háček číslo tři: Nikdo přesně neví, jak by se klima planety chovalo. Předpokládám, že např. skleníkový efekt by fungoval odlišně než u nás. Na Zemi a Venuši jde o to, že na povrch dopadá hlavně viditelné světlo, které ovzduším projde. Skály je pohltí a přemění na infračervené - které už atmosféra více či méně pohltí či odrazí zpět, takže dojde k opětovnému ohřátí. U ČT však většina energie už rovnou jako infračervené paprsky přichází - a vlivy tohoto faktoru je obtížné domyslet. Bude teplota spíše vyšší, či naopak? Kromě toho i v celkovém systému cirkulace atmosféry může být něco, co mění nároky na světlo a teplo ve vztahu k obyvatelnosti.

Závěrem tedy je, že si netroufám ani zhruba určit, kde vlastně by se měla obyvatelná zóna ČT nacházet.

 

Pozn. – podle Selsis et al. by efekt spektrálního typu měl být spíše směrem k vyšším teplotám, HZ by tedy měla ležet spíše dále. Pro hvězdu o teplotě 3700 K by se měly planety chovat tak, jako by dostávaly o 10% - 40% více záření, hranice HZ by tedy měly ležet o 5 - 15% dále od hvězdy, než by odpovídalo prostému přepočtu.

 

Světlo ČT a fotosyntéza

Jak to vypadá se složením světla červených trpaslíků? Přesná čísla mi chybějí, ale můj pokus o výpočet dopadl takto:

Na Zemi dopadá záření, z nějž viditelné světlo (390 - 760nm) tvoří 48%, fotosynteticky aktivní (390 - 1000 nm) je 65%.

Nejteplejší červený trpaslík (M0) produkuje záření, v němž je cca 28% viditelného světla a cca 50% fotosynteticky aktivní radiace (FAR). Efektivita fotosyntézy je tedy oproti Zemi 75%.

Trpaslík M5 produkuje 18% viditelného světla, 39% FAR, a oproti našim místní rostliny pracují na 60%.

M9 je na tom ještě hůř: světla je jenom 7%, FAR 22%, a rostliny tak dostávají třetinu energie, na kterou jsou „zvyklé“ u nás.

Tento odhad byl získán pomocí vzorce pro záření teplého černého tělesa. Celá věc ovšem tak jednoduchá není, protože do záření se „míchají“ ještě různé spektrální čáry. Podle některých zdrojů by to mohlo podíl využitelné radiace ještě výrazně snížit. Výše zmíněná studie

(viz http://www.as.utexas.edu/astronomy/education/spring02/scalo/heath.pdf) uvádí, že  M0 produkuje ve srovnání se Sluncem 1/3  FAR, a M7,5 dokonce 1/12 sluneční FAR. Je zde ovšem použito užší rozmezí pro FAR, asi jen do 700 nm. Některé bakterie ovšem dokáží využít i světlo o vlnové délce cca 1000 nm, a život na ČT bude jistě specializován na co nejdelší vlnové délky, takže je vhodnější spíše širší rozmezí. Skutečná čísla se tak budou pohybovat nejspíš někde mezi.

Není to mnoho, ale ani málo. Díky tomu, že se slunce na obloze ČT nepohybuje, je světlo dostupné stále. Pokud slunce trvale stojí v zenitu, dodává až 3x více energie než když se planeta otáčí. Tím se nepříznivé vlivy dokonale anulují. I podle zmíněné studie by se u teplejších trpaslíků (M0) efektivita fotosyntézy na poledním pólu blížila pozemské. A to stále uvažujeme pouze naše pozemské životní formy, nikoli domorodé specialisty!

 

Co by znamenal ČT pro život?

V první řadě osvit hlavně v červené a infračervené oblasti světla. Přísun tepla z velké části obstarává právě infračervené záření, takže ve srovnání se Zemí by na obyvatelné planetě u ČT bylo stejné teplo, ale méně světla. Obloha nebude normálně  modrá, ale nanejvýš tmavomodrá nebo bude mít úplně jinou barvu. Za modrou barvu našeho nebe může rozptyl modrého světla v atmosféře, ale ČT skoro žádné modré světlo nevydává.

Navíc si představte krvavě rudé osvětlení! Oceány nebudou na pohled modré, ale prakticky černé. Rostliny, pokud budou zelené, se budou jevit ošklivě šedohnědé. Opět nic hezkého pro kochání se krásami přírody.

Případní astronauti, kteří na takovém světě přistanou, se budou muset vyrovnávat s vlivy rudého světla na lidskou psychiku, které mohou být dost nepříjemné. Domorodcům to ovšem bude připadat zcela normální.

Zajímavé také je, že ačkoli hvězda bude planetě dodávat zhruba stejnou energii jako Slunce Zemi, oku se bude jevit daleko méně oslnivá. Jednak proto, že viditelného světla vydává relativně málo, jednak proto, že její úhlový rozměr na nebi je větší, tudíž toto málo je rozptýleno na mnohem větší plochu. Zdá se, že do rudých sluncí lze hledět bez většího rizika poškození zraku.

Důležitější jsou vlivy na fotosyntézu. Je jasné, že naše rostliny by na takovém světě měly problémy, protože potřebují i světlo kratších vlnových délek. Našel jsem zmínku o bakteriochlorofylech, které využívají světlo o vlnové délce 750 - 1100 - tedy infračervené, a toho ČT vysílá hodně. Takže u ČT rozhodně může existovat minimálně anaerobní fotosyntéza a bakteriální život.

Nově byly objeveny fotosyntetické bakterie i u černých kuřáků na dně moře, kde využívají velice slabé světlo, které vyzařuje z rozpálených skal, eventuálně vzniká při chemických reakcích vulkanických produktů. Pokud fotosyntéza existuje i v tak nepříznivých podmínkách, znamená to, že o život ČT se už vůbec nemusíme strachovat!

Ani s tou klasickou aerobní fotosyntézou to asi nebude tak hrozné. V literatuře se uvádí, že i naše rostliny využívají červenou složku světla nejefektivněji, takže tady snad nebude nepřekonatelná překážka. Samozřejmě, že i červeného světla je dost málo, takže růst bude vesměs pomalejší než u nás, ale pravděpodobně bude existence rostlin možná. Když připočteme případný permanentní osvit, nemají se rostliny na takových planetách nijak zvlášť špatně.

Zato vodní rostliny v mořích budou striktněji než u nás omezeny na povrchové vrstvy. Voda totiž výborně pohlcuje červené světlo - proto je ostatně modrá - takže hlouběji bude skoro tma.

 

Dopady vázané rotace

Světy s fixovanou rotací by však musely být ještě podivnější.

Hodně záleží na tom, jak efektivní by byla tepelná výměna. Nejlepší by se jevila hustá atmosféra o tlaku minimálně stejném jako na Zemi s vysokým podílem CO2 a velký objem oceánů.

Skupina vědců (M. Heath, L. Doyle, M. Joshi a R. Haberle) publikovala studii problému podpořenou počítačovými modely. Uvažovali atmosféru čistého CO2, který jakožto skleníkový plyn výborně akumuluje teplo.

Podle nich je minimální hodnota pro fungující atmosférický systém 10 kPa CO2. Nižší tlak tohoto plynu by znamenal zamrznutí odvrácené strany. Optimum pak představuje 150 kPa CO2 při nižším celkovém oslunění než má Země, kdy je obyvatelná prakticky celá denní strana. Takové parciální tlaky CO2 mimo jiné znamenají, že by na těchto světech člověk nemohl dýchat bez skafandru, protože už několik kPa (v našem tlaku tedy několik procent) ohrožuje zdraví.

Jedná se však jen o modelový případ. Je značně pravděpodobné, že atmosféra našeho pozemského typu, kde sice není tolik CO2, ale zase více vodní páry, která jej úspěšně nahrazuje a se kterou model nepočítal, by se chovala velice podobně. Takže ani lidské osídlení není vyloučeno!!!

 

Dejme tomu, že planeta má vhodnou atmosféru a tedy i teploty.

Přivrácená strana je rozhodně obyvatelná. Světla je sice méně než u nás, ale zato mají rostliny k dispozici permanentní den. Slunce se ani nehne, takže rostlinný pokryv může růst tak, aby světlo maximálně využil. V dolních patrech „lesů“ může být klidně úplná tma. Ve stínu hor roste zcela jiná vegetace, protože stín je taktéž trvalý a je ozařován jen chabým světlem oblohy.

Podle klimatických a geografických poměrů může být na „poledním pólu“ rozsáhlá žhavá poušť, nebo i tam může být podnebí mírné, vůbec nejjistější je mít na nejteplejším místě nejlepší regulátor - oceán.

Směrem k půlnočnímu pólu teploty klesají. Jak moc, to závisí nejen na poloze celé planety, ale hlavně na hustotě atmosféry. Ani tam v zásadě nemusí být teploty příliš pod bodem mrazu. Život od míst, kde slunce nevyčnívá nad obzor, rychle ubývá. Chvíli se může spokojit s odraženým světlem oblohy, ale na půlnočním pólu je už inkoustová tma, ledová zima a skoro nic tu nežije, kromě jednoduchých chemotrofních organismů v mořích pod ledem.

 

Jednoduchý atmosférický koloběh

Hlavním rysem počasí této planety je koloběh poledne-půlnoc-poledne. Schéma, které vyplývá z prosté úvahy, je následující: Voda se na denní polokouli odpařuje, párou obohacený teplý vzduch samozřejmě stoupá, pohybuje se ve vyšší atmosféře směrem na noční stranu, cestou se ochlazuje, tvoří se mraky, prší a nakonec i sněží. Dešťová voda z noční strany odtéká zpátky, chladný vzduch klesá a pohybuje se při zemi v tomtéž směru, aby se v paprscích hvězdy opět ohřál.

Tento koloběh s sebou nese několik věcí. Zaprvé, rozhraní polokoulí, zvané též terminátor, bude mít velmi divoké počasí a výkyvy teplot.  Na terminátoru se budou vyskytovat dvě oddělené atmosférické vrstvy. V horní bude vlhký teplý vzduch proudit k půlnoci, ve spodní se bude vracet suchý ledový vichr. Na rozhraní se nutně vytvoří srážková činnost - tedy bouřky. Střetávající se protichůdné vrstvy vzdušných mas jsou také spojeny s nechvalně proslulými tornády. Je sice možné, že průměrná rychlost větru bude mírná, ale katastrofální orkány či průtrže mračen bych nevylučoval. Chladný i horký pól budou pak místy tišin a bezvětří, kde bude nebe zcela jasné.

Zadruhé, transport erodovaného materiálu a solí se bude dít jednosměrně, ze strany noční na denní. Na denní straně tedy bude docházet k eutrofizaci vod živinami ze zbytku planety, zatímco noční strana bude extrémně chudá. To nikomu nevadí, takže se to zdá být dobré. Ovšem ve stejném směru putují i usazeniny, takže za chvíli by se celá denní strana musela stát souší, vysušit se, a koloběh by se rozpadl. Jedinou záchranou by byla silná geologická akce, tedy posun litosférických desek, který by povrch měnil tak rychle, že by se denní strana nestačila zanést.

Z našeho pohledu by to tedy nebyl žádný ráj. Horké anebo naopak ledové končiny, bezvětří střídané tornády a bouřemi, případně ještě plno sopek a zemětřesení. Ovšem právě tyto drsné podmínky by mohly stimulovat evoluci směrem  k složitým, nebo i inteligentním formám.

 

Komplexnější modely atmosféry

Počítačové modely naznačují i složitější možný koloběh, kdy by vrchní vrstvy atmosféry rotovaly rychleji než vlastní planeta (podobně jako na Venuši.) Teplý vzduch by ve spodních vrstvách proudil při zemi podél rovníku k půlnoci, zatímco chladný by polárními oblastmi putoval k polednímu pólu. Tím pádem by se na planetě vyskytovaly oblasti výrazně se lišící klimatem i povětrností, a to nejen podle vzdálenosti od poledního pólu.

Tento typ cirkulace by asi znamenal komplikovanější povětrnostní systémy, snad podobnější těm, které známe. Každopádně i zde by se při střetu různých vzduchových mas mohly, ba musely vyskytovat silné bouře. Koloběh vody by byl identický, snad jen s tím rozdílem, že na noční straně by bylo mnohem více srážek podél rovníku než jinde.

 

Eruptivita trpaslíků

Dalším problémem ČT je fakt, že mnoho z nich patří mezi proměnné hvězdy. Jejich oblíbeným nešvarem jsou sluneční skvrny. Jsou podobně velké jako u Slunce – ovšem na tak slabé hvězdičce to znamená velké snížení jasu. Zářivost se může snížit o 10-40%, a to i na celé měsíce. Husté atmosféry a hluboké oceány planet by však nedovolily, aby bylo celkové klima ovlivněno více než řádově o desítky stupňů.

 

Jakoby to nestačilo, řada těchto hvězd patří mezi eruptivní proměnné (flare stars). Jejich erupce jsou podobné jako ty sluneční - ovšem zde mohou jas dokonce i zpětinásobit. Objevují se nepravidelně a nepředvídatelně, dokonce může dojít k více erupcím zároveň. Nástup záblesku od počátku do maximální intenzity je velice krátký (řádově desítky sekund až desítky minut) a následný pokles je povlovnější a trvá několikanásobně déle (minuty až hodiny). Na rozdíl od skvrn jde tedy o jev krátkodobý.

Takové přechodné zjasnění by nemohlo nijak změnit celkové klima na planetě, stabilizované oceánem a atmosférou. Přesto by mohlo zvýšit teplotu přímo osluněných povrchů.

Erupce se však silně projeví i v oboru UV záření, a vůbec všech vlnových délek. Velmi příjemné jsou zejména erupce smrtícího a mutagenního rentgenového záření (paprsky X). Kromě záření produkují i nabité částice.

Takové záblesky se objevují v intervalech několika hodin, ale zcela nepravidelně, klidně i na více místech naráz. UV Ceti, jeden z nejdivočejších exemplářů, někdy vykazuje záblesky každých 20 minut. Tohoto ražení je i Proxima Centauri nebo CM Draconis.

Naštěstí i trpaslíci se s věkem umoudřují a zklidňují, jejich vrtošivost postupně slábne, takže život se může dočkat klidnějších časů.

Otázka je, zda by divoké mládí trpaslíka mohla přežít atmosféra planety. UV paprsky a částicová radiace může atmosféru ničit. Ochranou je vysoká hmotnost planety a magnetické pole – zatím ovšem nevíme, zda poměrně pomalu rotující planety ČT mohou mít magnetická pole, popř. jak silná. Bez magnetického pole by byla existence atmosféry poněkud problematičtější.

 

Život u eruptivní hvězdy

Dokonce ani divoké eruptivní proměnné nejsou beznadějné. Protože planety u ČT musí mít silnou atmosféru, může být škodlivé záření v ovzduší pohlceno, i když jeho intenzita byla původně smrtící. V atmosféře se nebezpečné záření X přemění podle některých autorů beze zbytku na méně škodlivé UV záření.

To je sice škodlivé, ale v přiměřené míře naopak pro život nutné, u člověka třeba pro syntézu vitaminu D.

UV paprsky jsou též mutagenní. Mutace jsou sice často negativní, ale na druhou stranu jsou nezbytné pro evoluci. Záblesky by tak mohly urychlovat vývoj života na planetách ČT.

Velmi vysoké hladiny UV během silných záblesků by mohly být nebezpečné. Pokud by v atmosféře byl kyslík, mohla by je z části utlumit ozónová vrstva, ale patrně i tak by bylo riskantní procházet se po povrchu takové planety v době záblesku. Pobyt na přímém slunci by způsobil popáleniny, rakovinu, anebo i smrt.

Život je však vynalézavý a zřejmě by se s radiací dokázal vypořádat.

Organismy žijící v hluboké vodě, nebo ty, které by se do ní dokázaly včas potopit, by byly v bezpečí.

Strategií vhodnou pro krátkověké drobnohledné tvory je tvořit odolné spory, které ozáření oběma typy paprsků přežijí. Případný záblesk by zabil všechny dospělce, ale zbylé neporušené spory by se zakrátko vylíhly a život by pokračoval.

UV záření je spolehlivě stíněno též ulitami či hustou srstí.

Další alternativou je schovat se do nějaké nory, kde by bylo zcela bezpečno. Organismus by však musel buď pohotově reagovat na nastávající záblesk, nebo jej umět předpovědět. O možnosti či nemožnosti předpovídání aktivity eruptivních hvězd nevím nic bližšího, ale zvířata dokážou předpovědět i věci, nad nimiž nám zůstává rozum stát - třeba zemětřesení - tak proč ne tohle.

Ovšem co rostliny, které nejsou schopny se pohybovat? Hrozilo by jim nejen ozáření UV paprsky, ale v nejhorším případě také vzplanutí – nezapomínejme, že erupce zvyšuje svítivost hvězdy, a tedy i teplotu přímo osvětlených povrchů, jako jsou listy.

Základní ochranou by jim byly vrstvy vosku na listech a stejně jako u živočichů také chlupy, podobné, jako mají naše kaktusy. Docela užitečné by bylo i jednoduché natočení listů tak, aby stály hranou ke slunci. Pokud by se erupce neobjevovaly moc často, mohly by stromy také své listoví jednoduše obětovat a vyrašit znovu.

I rostliny by mohly žít v norách. Tělo by bylo hluboko pod zemí, ven by vyčnívaly jen rozložené listy. Pokud by se kolem „šustlo“ nějaké záření, rostlina by je skryla do bezpečí. Byla by tak dokonale chráněná proti všem vrtochům svého neklidného slunce.

Pravděpodobnost ozáření škodlivými paprsky by také klesala směrem k terminátoru, protože s tím, jak slunce bude stát nízko na horizontu, bude jeho světlo procházet větší masou ovzduší a více záření se odfiltruje. Současně s tím sice výrazně klesají i možnosti fotosyntézy, ale mnohým řasám stačí jen zcela nepatrné osvětlení, jaké by mohly mít i na noční straně.

Kdyby byla atmosféra řídká a erupce velmi silné, mohly by na povrch proniknout paprsky X. Ty jsou pronikavější a nebezpečnější, nelze jim uniknout tak snadno. Záchranou je jen opravdu hluboká voda, nebo úkryt v podzemí. Nemyslitelná však nejsou ani zvířata s krunýři obohacenými kovy. Ta by se mohla všem erupcím klidně vysmát!

 

Trpaslíci a život ve vesmíru

A proč je možnost existence oživených světů u ČT tak dobrou zprávou? Je to proto, že ČT tvoří drtivou většinu všech hvězd ve vesmíru. Samozřejmě, že musíme počítat s tím, že jen málokterý ČT má planetu ve vhodné vzdálenosti, tím spíše, že rozmezí pro její existenci je velmi omezené, o dost užší než u větších hvězd, a s tím, že řada těchto planet bude neobyvatelná z jiných důvodů, protože kladené požadavky jsou přece jen dost striktní. Ovšem protože ČT představují asi 70 - 80% všech hvězd, stále je slušná šance, že první cizí život bude nalezen právě u ČT. Navíc nutno připočíst fakt, že tyto planety mohou být obyvatelné neuvěřitelně dlouho, a evoluce na nich může být velmi rychlá díky mutagennímu záření a proměnlivému prostředí. To zvyšuje šanci na výskyt třeba i inteligentních druhů.

 

Inteligentní bytosti na planetě s věčným dnem by měly jeden problém: velice těžko by mohly získat představu o vesmíru, protože by nikdy neviděly hvězdy! Pomoci by jim mohla výprava na noční stranu, ale tam může být trvale zataženo a navíc jistě velice nehostinná krajina. Z denní strany by však snad mohly spatřit případný měsíc nebo blízkou planetu, což by mohlo nasměrovat jejich zvědavost správným směrem. Ale hlavně: na jejich obloze by bylo těleso perfektně dostupné pro pozorování pouhým okem, vykazující zajímavou aktivitu a především vládnoucí svými vrtochy nad životem a smrtí těchto bytostí – trpaslík sám! Jeho značná úhlová velikost a nevelká oslnivost by postačovala k pozorování skvrn, erupcí a dalších jevů pouhým okem. Hvězdná činnost by řídila veškeré dění na planetě, takže se u domorodců dá očekávat snaha jí porozumět.

 

Tento typ hvězd je ve vesmíru velice hojný, jak bylo zmíněno výše. Známe mnoho ČT a ještě více jich neznáme, protože pro svoji malou jasnost unikají i astronomům.

Velmi slibným se dlouho zdál trpaslík jménem Gliese 876. Obíhají jej dvě obří plynné planety, c a b.  Obě leží velmi blízko obyvatelné zóně, zejména planeta c. Jistou dobu se myslelo, že by planeta c mohla mít obyvatelný měsíc, posléze se ovšem ukázalo, že jeho orbita by patrně nebyla stabilní. B by však stále mohla mít měsíce klimatem přibližně podobné alespoň Marsu. Později se ukázalo, že zde existuje ještě třetí planeta d, patrně terestrická, ovšem velice žhavá a tedy sice zajímavá, ale neobyvatelná.

 

Dalšími trpaslíky s planetami jsou GJ 436 (planeta asi podobná Gliese 876 d, možná však spíše žhavý bratranec Neptunu?) a snad Lalande 21185 s dvěma vzdálenými plynnými obry, jejichž existence však stále nebyla najisto prokázána. Oba obři leží daleko, a navíc jejich dráhy jsou kruhové, jako dráha Jupiteru v naší Sluneční soustavě, což pravděpodobnost existence obyvatelné planety v blízkosti hvězdy ještě zvyšuje.

Dalším kandidátem je těsná dvojhvězda CM Draconis, obě složky eruptivní. Vzhledem k poloze oběžné roviny je pravděpodobné, že planety budou přecházet přes své mateřské hvězdy, takže budou odhalitelné prostě podle poklesu jasnosti hvězd. Bohužel, vzhledem k eruptivitě a „skvrnitosti“ CM Draconis jsou zatím všechna pozorování „planet“ předmětem dohadů.

Alespoň však víme, že ČT planety mít mohou, stejně jako jakékoli jiné hvězdy. Gliese 876 ukazuje, že ČT může mít planetu ve vhodné vzdálenosti, což se zpochybňovalo. A že je shodou dalších okolností nevhodná? To nám říká jen, že musíme hledat dál. Na obyvatelné světy si musíme počkat, až se zpřesní pozorovací techniky, může to však být již poměrně brzy!

 

Další známí ČT jsou třeba již zmíněná Proxima, UV Ceti, 41 Arae B, Kapteynova hvězda, EZ Aquarii, Omikron Eridani C či Wolf 359.

Více viz Hvězdná zoo.

 

 

Schéma soustavy Gliese 876

 

Černé elipsy značí oběžné dráhy planet, jednotky jsou v desetinách AU. Tečkované vybarvené kružnice označují místa, jejichž teplota odpovídá dráze Venuše, Země a Marsu. Ze schématu vyplývá, že planeta c (vnitřní) má teplotní podmínky velmi podobné Zemi. Uvažovaná svítivost Gliese je 0,0124 svítivosti Slunce. I při jiných uváděných svítivostech by byla přinejmenším jedna planeta v obyvatelné zóně.

 

Obyvatelné měsíce vnitřní planety lze bohužel s největší pravděpodobností vyloučit, vzhledem k tomu, že jejich orbity by narušovala blízkost hvězdy.

Ovšem planeta b je dál, tam by stabilní oběžnice být mohly. A je jen o málo chladnější než Mars – kdyby její měsíc měl hustou atmosféru a/nebo byl geotermálně ohříván, též by nebyl k zahození.

 

 

Obyvatelná (?) planeta u červeného trpaslíka Gliese 581?

24. dubna 2007 byl ohlášen objev dosud nejnadějnějšího kandidáta na obyvatelnou planetu. Jejím hostitelem je – světe, div se – červený trpaslík Gliese 581. Vzdálenost od slunce činí 20,4 ly.

Tato hvězda hostí hned tři planety. Všechny jsou větší než Země, ale neporovnatelně menší než Jupiter – a dvě z nich mají poměrně přívětivou teplotu.

Gliese 581 je typ M3, má asi 0,31 hmotnosti Slunce, 0,013 jeho zářivosti, a je srovnatelně starý. Není to eruptivní proměnná.

 

Planeta

b

c

d

Hmotnost (v M země)

15,6

5,06

8,3

Vzdálenost

0,041

0,073

0,253

Doba oběhu (dny)

5,4

12,9

84,4

Výstřednost

0,02

0,16

0,2

Pravděpodobná teplota:

 

 

 

Albedo 0,6

97°C

4°C

-123°C

Albedo 0,3

152°C

46°C

-100°C

 

Parametry planety c a d pro různé hustoty

Typ planety

M/Me

Hustota

Poloměr

G/ms-2

Vu

Poloměr/ poloměr Země

c

 

 

 

 

 

 

Hustá terestrická

5

7500

9 833

20,60

20,13

1,5

Řídká terrestrická

5

5500

10 904

16,76

19,12

1,7

Oceanická

5

3900

12 228

13,32

18,05

1,9

d

 

 

 

 

 

 

Hustá terestrická

8,3

7500

11 643

24,40

23,83

1,8

Řídká terrestrická

8,3

5500

12 911

19,84

22,63

2,0

Oceanická

8,3

3900

14 478

15,78

21,37

3

 

Planeta b je přehřátá, asi ještě pekelnější než Venuše.

Planeta c byla hojně přetřásána v tisku coby analog Země, je totiž jen 5x těžší a „o málo“ teplejší. Ve skutečnosti leží (ve vztahu k výkonu mateřské hvězdy) blíže než Venuše.

Pokud má albedo kolem 0,6 (tedy velmi vysokou odrazivost, jako třeba Venuše nebo Europa), a neuvažujeme skleníkový efekt, může mít celkem přívětivé teploty. Samozřejmě zatím není možné skutečnou teplotu povrchu odhadnout, neboť neznáme ani albedo, ani složení a hustotu atmosféry. Lze ale očekávat, že atmosféra bude hustá a skleníkový efekt tedy do hry vstoupí – povrchová teplota tedy bude na rajský svět poněkud vysoká. Navíc musíme připočíst (patrně) vázanou rotaci a exotické složení dopadajícího světla, což může skleníkový efekt ovlivnit, podle všeho spíše nežádoucím směrem.

Dle všeho nejde o plynného obra ani obříka typu Neptun, ale spíš o terrestrickou nebo oceánskou planetu. Vzhledem k velikosti by měla mít atmosféru a asi by měla mít i vodu, otázka je, jaký bude povrchový tlak a teplota. Ve výsledku nelze s určitostí vyloučit jakous takous obyvatelnost, ale daleko spíše jde o létající papiňák o tlaku mnoha atmosfér a teplotě nad sto stupňů. Vyprahlá nebude skoro určitě – velká hmotnost víceméně brání ztrátě plynů i vody.

Na povrchu tedy sice možná je „oceán“, ale je to nejspíš oceán žhavé nadkritické vody o teplotě nad sto stupňů pod vysokotlakou atmosférou plnou vodních par. Ne, že by i v takových podmínkách nemohl existovat život (viz okolí hlubokomořských vulkánů), ale přeci jen, do novináři avízované rajské planety poněkud daleko.

Rozměry planety ani její hustotu neznáme, čísla v tabulce jsou odhady.

 

 

Nevěšme ale hlavu! Je tu ještě jedna planeta, d. Je sice „chladnější“ než Mars – její oslunění odpovídá asi vzdálenosti 2 AU ve Sluneční soustavě, ale při hmotnosti asi 8 zemí může mít více geotermálního tepla a asi i hustší, skleníkovější atmosféru, takže na povrchu může být docela příjemná teplota i kapalná voda.

 

Je pozoruhodné, že po Gliese 876 je to už druhý systém ČT, který má planety v obyvatelné zóně (Gl 876 tam má hned dvě, Gl 581 jednu a druhou těsně vedle)! Navíc se ukazuje, že ČT málokdy hostí planety joviánského typu, ale tím spíše ty o hmotnostech Neptunu a snad – i když je zatím nalézt neumíme – i Země.

Obří planety mohou vylučovat existenci obyvatelných planet, a u mnoha hvězd to také činí, a samy (nebereme-li měsíce) obyvatelné být nemůžou. Naproti tomu střední a lehké váhy, typické pro ČT, mohou být obyvatelné coby oceanické planety, terestričtí obři (superzemě) a klasické terestrické planety.

Ještě někdo tvrdí, že červení trpaslíci nejsou po čertech zajímaví?!

 

 

Odkazy

 

Všeobecně:

http://www.eurekalert.org/pub_releases/2001-01/NS-Trpt-2301101.php

http://www.as.utexas.edu/astronomy/education/spring02/scalo/heath.pdf

http://arxiv.org/ftp/astro-ph/papers/0307/0307543.pdf

http://www.exoplaneten.de/uvceti/english.html

Fotosyntéza v mizivém osvětlení:

http://www.astrobio.net/news/article451.html

 

Gliese 581:

http://exoplanet.eu/star.php?st=Gl+581

http://exoplanet.eu/papers/udry_terre_HARPS-1.pdf

http://news.bbc.co.uk/1/hi/sci/tech/6589157.stm

http://fr.arxiv.org/PS_cache/arxiv/pdf/0710/0710.5294v1.pdf