Týdeník věnovaný aktualitám a novinkám z fyziky a astronomie. Vydavatel: AGA & Štefánikova hvězdárna v Praze Číslo 4 (vyšlo 29. ledna), ročník 8 (2010) © Copyright Aldebaran Group for Astrophysics Publikování nebo šíření obsahu je zakázáno. ISSN: 1214-1674, Email: bulletin@aldebaran.cz

4/2010

Extrasolárna planéta Osiris a organické molekuly v jej atmosfére

Vladimír Scholtz

Dá sa povedať, že dnešná doba je zlatým vekom pre lovcov extrasolárnych planét. Boli už objavené mnohé, niektoré len o niečo väčšie ako naša ZemZemě – největší z planet zemského typu. Je jedinou planetou v celém vesmíru, o které víme, že na ní existuje život. Má dostatečně hustou atmosféru, dostatek kapalné vody v povrchových oceánech. Kolem Země obíhá jediný měsíc s vázanou rotací. Při pozorování Země z kosmu vidíme hlavně modrou barvu oceánů. 70 % povrchu Země je pokryto oceány, 30 % tvoří kontinenty. Země sestává z těchto vrstev: jádro, plášť, kůra, troposféra, stratosféra, mezosféra, termosféra. Plášť a kůra jsou odděleny tzv. Mohorovičovým rozhraním. Kůra se posouvá a „plave“ na polotekutém plášti. Teplota v centru Země je 5 100 °C, tlak 360 GPa. Magnetické pole Země má přibližně dipólový charakter, je deformováno slunečním větrem do typického tvaru., iné niekoľko krát ťažšie ako JupiterJupiter – největší a nejhmotnější (1,9×10²⁷ kg) planeta sluneční soustavy má plynokapalný charakter a chemické složení podobné Slunci. Se svými mnoha měsíci se Jupiter podobá jakési „sluneční soustavě“ v malém. Jupiter má, stejně jako všechny obří planety, soustavu prstenců. Rychlá rotace Jupiteru (s periodou 10 hodin) způsobuje vydouvání rovníkových vrstev a vznik pestře zbarvených pásů. Charakteristickým útvarem Jupiterovy atmosféry je Velká rudá skvrna, která je pozorována po několik století. Atmosféra obsahuje kromě vodíku a helia také metan, amoniak a vodní páry. Teplota pod oblaky směrem ke středu roste. Na vrcholcích mraků je −160 °C, o 60 km hlouběji je přibližně stejná teplota jako na Zemi. Proudy tekoucí v nitru (v kovovém vodíku) vytvářejí kolem Jupiteru silné dipólové magnetické pole.. Tieto solárne systémy sú príliš vzdialené, aby k nim bolo možné vyslať sondu, takže jediná možnosť ako ich skúmať je použiť ďalekohľady a následne analyzovať ich spektrum žiarenia. Preto je až neuveriteľné, že astronómovia dokážu pri týchto hviezdach, vzdialených až niekoľko stoviek svetelných rokovSvětelný rok (ly) – vzdálenost, kterou světlo ve vakuu urazí za jeden rok, 1 ly = 9,46×10¹² km., odhaliť existenciu planét a na viac rozlúštiť aj ich chemické zloženie. Exoplanéta HD 209458bHD 209458b – exoplaneta známá i pod jménem Osiris. Objevena byla v roce 1999 jako vůbec první tranzitující exoplaneta. Tento plynný obr obíhá kolem hvězdy HD 209458 podobné Slunci. Soustava se nachází v souhvězdí Pegase a je od nás vzdálená 150 světelných roků. Planeta obíhá velmi blízko povrchu hvězdy, přibližně jako Merkur; proto se někdy nazývá „horký Jupiter“., čo nie je nijak zvlášť romantické meno, preto je nazývaná aj Osiris, bola objavená v roku 1999 ako vôbec prvá tranzitujúcaTranzitující – z pozice pozorovatele přecházející přes hvězdu. exoplanétaExoplaneta – extrasolární planeta, planeta obíhající okolo jiné hvězdy, než je naše Slunce. Jejich existence byla předpovězena dlouhou dobu, první expoplaneta byla ale objevena až v roce 1995. Na počátku roku 2010 bylo objeveno již přes 450 expoplanet. Většinou jde o velká tělesa s hmotností a velikostí jen o málo menší, než mají hnědí trpaslíci.. Tento plynný obor obieha okolo Slnku podobnej hviezdy HD 209458 v súhvezdí Pegasa vzdialenej od nás 150 svetelných rokov. Jeho orbitálna dráha je veľmi blízko povrchu hviezdy, približne ako MerkúrMerkur – planeta nejbližší Slunci. Je to skalnatá planeta, posetá krátery podobně jako náš Měsíc. Jde o nejmenší planetu vůbec. Je téměř bez atmosféry. Teplota povrchu tohoto tělesa kolísá mezi −180 °C a 430 °C. Merkur se otočí kolem vlastní osy jednou za 59 našich dní. Jeho doba oběhu kolem Slunce trvá 88 dní. Jde o příklad vázané rotace (spinorbitální interakce) v poměru 2:3 způsobené slapovými silami. Dráha Merkuru kolem Slunce je protáhlá elipsa, která se stáčí vlivem přítomnosti ostatních planet. Malá část stáčení perihelia dráhy (43″ za století) je způsobena efekty obecné relativity. a preto sa niekedy označuje aj ako Horúci Jupiter.

Umelecká podoba materskej hviezdy HD 209458 a jej planéty HD 209458b-Osiris [2]

Táto planéta sa pýši hneď niekoľkými prvenstvami. Bola to prvá extrasolárna planétaExoplaneta – extrasolární planeta, planeta obíhající okolo jiné hvězdy, než je naše Slunce. Jejich existence byla předpovězena dlouhou dobu, první expoplaneta byla ale objevena až v roce 1995. Na počátku roku 2010 bylo objeveno již přes 450 expoplanet. Většinou jde o velká tělesa s hmotností a velikostí jen o málo menší, než mají hnědí trpaslíci. objavená svojim tranzitomTranzit – přechod nebeského tělesa přes jiné těleso. Příkladem může být situace, kdy z místa pozorovatele přechází (většinou opakovaně) exoplaneta přes mateřskou hvězdu. Klíčovými parametry tranzitu jsou: počátek tranzitu (vstup), střed tranzitu, konec tranzitu (výstup) a hloubka tranzitu neboli pokles magnitudy pozorovaného tělesa způsobený přechodem. popred jej materskú hviezdu. Bola to prvá extrasolárna planéta, u ktorej bola pozorovaná atmosféra a práve na tejto planéte boli prvý krát identifikované aj niektoré chemické zložky v jej atmosfére. Pri tranzite tejto planéty prechádza časť svetla materskej hviezdy cez jej atmosféru, v ktorej sa podľa jej chemického zloženia niektoré vlnové dĺžky svetla absorbujú a zanechávajú v ňom tzv. absorpčné čiary. Toto svetlo sa podarilo zachytiť spektrografom STISSTIS – Space Telescope Imaging Spectrograph, výkonný mnohaúčelový spektrograf na HST, pracuje od UV po IR obor. byl nainstalován při druhé servisní misi v roce 1997. V roce 2004 došlo k poruše přístroje. Opraven by měl být při 4. servisní misi. na Hubblovom vesmírnom teleskopeHST (Hubble Space Telescope) – Hubbleův vesmírný dalekohled. Největší dalekohled na oběžné dráze  kolem Země, kde byl umístěn ve výšce 614 km v roce 1990. Průměr primárního zrcadla je 2,4 m. Z hlediska kosmologie je zajímavý HST Key Project (klíčový projekt HST), který v roce 1999 posloužil k prvnímu přesnému určení Hubbleovy konstanty. V lednu 2004 NASA zrušila servisní mise k tomuto unikátnímu přístroji, nicméně v roce 2006 bylo rozhodnuto o poslední servisní misi, která měla proběhnout v roce 2008. Mise byla kvůli závadě na dalekohledu odložena a uskutečnila se v květnu 2009. a v roku 2001 sa na základe týchto absorpčných čiar podarilo detegovať stopy sodíkuSodík – Natrium, nejběžnější prvek ze skupiny alkalických kovů, hojně zastoupený v zemské kůře, mořské vodě i živých organizmech. Sodík je měkký, lehký a stříbrolesklý kov, který lze krájet nožem. Volný kov se poprvé podařilo připravit roku 1807 siru Humphry Davymu.. Následne bol v roku 2003, taktiež prvý krát, v atmosfére pozorovaný výskyt vodíkuVodík – Hydrogenium, je nejlehčí a nejjednodušší plynný chemický prvek, tvořící převážnou část hmoty ve vesmíru. Má široké praktické využití jako zdroj energie, redukční činidlo v chemické syntéze nebo metalurgie nebo náplň balonů a vzducholodí. Vodík objevil roku 1766 Henry Cavendish.. V roku 2007 publikoval T. Barman z Lovell Observatory prácu, v ktorej identifikoval v atmosfére tejto planéty prvky sodík a draslíkDraslík – Kalium, velmi důležitý a reaktivní prvek ze skupiny alkalických kovů, hojně zastoupený v zemské kůře, mořské vodě i živých organizmech. Draslík je měkký, lehký a stříbrolesklý kov, který lze krájet nožem. Volný kov se poprvé podařilo připravit roku 1807 siru Humphry Davymu. a molekuly vody.

Najnovšie sa podarilo Markovi Swainovi z NASANASA – National Aeronautics and Space Administration, americký Národní úřad pro letectví a kosmonautiku, založen byl v roce 1958. Jde o instituci zodpovědnou za kosmický program USA a dlouhodobý civilní i vojenský výzkum vesmíru. K nejznámějším projektům patří mise Apollo, která v roce 1969 vyvrcholila přistáním člověka na Měsíci, mise Pioneer, Voyager, Mars Global Surveyor a dlouhá řada dalších., využitím dát z Hubblovho vesmírneho teleskopuHST (Hubble Space Telescope) – Hubbleův vesmírný dalekohled. Největší dalekohled na oběžné dráze  kolem Země, kde byl umístěn ve výšce 614 km v roce 1990. Průměr primárního zrcadla je 2,4 m. Z hlediska kosmologie je zajímavý HST Key Project (klíčový projekt HST), který v roce 1999 posloužil k prvnímu přesnému určení Hubbleovy konstanty. V lednu 2004 NASA zrušila servisní mise k tomuto unikátnímu přístroji, nicméně v roce 2006 bylo rozhodnuto o poslední servisní misi, která měla proběhnout v roce 2008. Mise byla kvůli závadě na dalekohledu odložena a uskutečnila se v květnu 2009. a Spitzerovho vesmírneho teleskopuSST (Spitzer Space Telescope) – kosmická observatoř NASA pracující v infračerveném oboru, která byla vynesena na oběžnou dráhu v srpnu 2003 nosnou raketou Delta 7920H ELV. Zrcadlo má průměr 85 cm a je chlazené kapalným heliem na teplotu 5,5 K. Pozorovací spektrální rozsah je 3÷180 μm. Předpokládá se životnost tři až pět let. Program družice má na starosti California Institute of Technology., identifikovať v atmosfére planéty vodu, metán a oxid uhličitý. Tým naviazali na svoj predchádzajúci úspech, keď (prvý krát) v decembri 2008 objavili tie isté molekuly v atmosfére planéty HD 189733b. Táto planéta sa tak stáva druhou extrasolárnou planétou, na ktorej bol preukázaný výskyt organických molekúl.

Samozrejme sa hneď začalo špekulovať o možnom extrasolárnom živote. Ako sa píše hneď v úvode napr. v článku [2]: je síce pravda, že táto planéta nie je pre svoju blízkosť k materskej hviezde a teda vysokej teplote a pre svoj plynný stav vhodná pre život, vytipovanie iných „kamenných“ planét s organickými molekulami by však mohlo indikovať prítomnosť života. Sám Swain sa však nechal počuť, že „zistenie prítomnosti organických zlúčením ešte nutne neznamená, že je na planéte život. Existuje mnoho možností ako mohli tieto molekuly vzniknúť. Ak zistíme organické molekuly na Zemi podobnej planéte, budeme o nej ešte musieť zistiť mnoho podrobností, kým budeme môcť vylúčiť vznik týchto molekúl neživou cestou.“

Vyrábať organické molekuly z anorganických látok nie je totiž žiaden problém, už z 50-tych rokov 20. storočia je známy Millerov experiment, v ktorom sa zo zmesi anorganických molekúl za prítomnosti ohrevu a elektrických výbojov generovali rôzne zložité organické molekuly. Tieto procesy nie sú žiadnou záhadou, celý systém sa pohybuje v smere zväčšujúcej sa entropie a po stránke fyziky aj chémie je teda všetko v poriadku. To podstatné, čo však robí z organických molekúl život je samoorganizácia, t.j. samostatný vznik komplexných štruktúr z pôvodne viac menej homogénnej zmesi. Z pohľadu chémie a fyziky je to pokles entropie, teda rast usporiadanosti, vo vnútri systému (v tele bunky) a zodpovedajúci nárast entropie, teda rast neusporiadanosti, mimo systém (v okolí bunky). Hranica medzi živým systémom a jeho okolím sa teda dá chápať aj ako hranica medzi rastom a poklesom entropie. A práve preto nemôže byť prítomnosť niekoľkých základných organických molekúl v atmosfére akejkoľvek planéty pripisovaná prítomnosti života.

Klip týdne: Vypařující se exoplaneta

Vypařující se exoplaneta. V roce 2003 se astronomům podařilo za pomoci Hubbleova vesmírného dalekohledu pozorovat atmosféru planety HD 209458b, která se vypařuje do vesmíru. V budoucnosti většina této planety zmizí a zůstane z ní jen husté jádro. Planety tohoto typu nazýváme „horké Jupitery“. Tyto obří plynné planety obíhají své hvězdy v těsné blízkosti, ztrácejí hybnost třením a jsou ke hvězdě přitahovány jako můra k plameni. Žhnoucí planeta s názvem HD 209458b obíhá ve vzdálenosti pouhých 7 milionů kilometrů od hvězdy podobné našemu Slunci. Pro srovnání: Jupiter, nejbližší obr v naší Sluneční soustavě, obíhá Slunce ve vzdálenosti 780 milionů kilometrů. Pozorování z Hubbleova vesmírného dalekohledu ukazují na to, že vodíková atmosféra planety se rychle odpařuje. Vodík vytváří obálku ne nepodobnou kometárnímu ohonu. Planeta oběhne hvězdu jednou za 3,5 dne. Z atmosféry Země také uniká vodík, ale v mnohem menším množství. Zdroj: ESA, 2010.  (avi/xvid, 1 MB)

Literatura

Fórum – diskuze k tomuto bulletinu