Dětí jako smetí – astronomie v Nerudově poezii VIII.

pátek 26. srpen 2011 22:00

Horký jupiter
http://science.nasa.gov

V minulé kapitole o astronomii v Nerudově poezii jsem slíbil, že se podíváme na to, jak jsou na tom jiné hvězdy

s dětičkami. Připomeňme znovu třetí strofu jedenácté písně:

Paničko Alfo Kentauri,
poptávce dovolte ňáké,
matička Slunce se dává ptát,
máteli dětičky také.

Jak je vidět, otázka existence planet obíhajících okolo jiných hvězd zaměstnává hvězdáře už celá staletí. Filosof Giordano Bruno o nich nepochyboval už na konci 16. století, ale první důkaz přišel až o 400 let později. Vezměme to ale popořádku.

Sto let po nešťastném umlčení Giordana Bruna, sto let po vynálezu dalekohledu, který byl k odhalováním planet jiných sluncí nejvhodnějším přístrojem, byl stav stále stejný. Astronomové se soustředili na sluneční soustavu a hvězdy tak trochu odsuzovali do role kulis, před nimiž se odehrává planetární divadlo.
O dalších sto let později přišla v tomto směru revoluce. Na přelomu 18. a 19. století se William Herschel, díky objevu Uranu náhle slavný anglický astronom, v Hannoveru narozený prapravnuk Jana Jelínka z Heršpic u Slavkova, věnoval právě tomu přehlíženému „hvězdnému pozadí“ a snažil se pomocí svých dalekohledů, tehdy nejlepších na světě, změřit paralaxy, tedy vzdálenosti hvězd. Na to jeho přístroje přece jen ještě nestačily, ale přesto se Herschelovi už v roce 1794 podařilo vytvořit představu o rozložení hvězd v našem okolí překvapivě blízkou skutečnosti.

Současně také Herschel objevil, že existují fyzické dvojhvězdy, tedy hvězdy, které okolo sebe vzájemně obíhají. To, co nám dnes připadá naprosto samozřejmé, tehdy nikdo nepředpokládal. Naopak, astronomové se domnívali, že vyskytují-li se dvě hvězdy na obloze těsně vedle sebe, je to vždy jen klam způsobený tím, že jsou při pohledu ze Země náhodou právě za sebou, ale určitě každá jinak daleko. Herschel si při svých pečlivých měřeních všiml, že některé dvojice hvězd se pohybují tak, jako kdyby se vzájemně obíhaly, nuceny k tomu Newtonovým gravitačním zákonem. Ilustrace takového pohybu je na následujícím obrázku.

Pohyb složek ve trojhvězdě

V 19. století, když už astronomové uměli měřit polohy hvězd tak přesně, že dokázali určit paralaxy, pokusili se využít „kličkování“ hvězd způsobené gravitací neviditelné planety. Kdybychom z předchozího obrázku odmysleli červenou stopu menší hvězdy, máme modelový záznam toho, co bychom pozorovali, kdyby pohyb hvězdy ovlivňovala planeta. Model ovšem hodně přehnaný, protože hmotnost planety je v poměru k hvězdě nesrovnatelně menší. Není divu, že tato tzv. astrometrická metoda nevedla k úspěchu ani v 19., ani ve 20. a dosud ani ve 21. století.

K úspěchu v hledání cizích planet, odborně zvaných extrasolární planety, zkráceně exoplanety, pomohla nejsilnější zbraň, kterou má astronomie, v tomto případě přesněji astrofyzika, k dispozici – spektrální analýza. Při onom „kličkování“ vlivem gravitace planety se totiž mění rychlost hvězdy vůči nám, což se projeví posunem spektrálních čar střídavě k červenému a modrému konci spektra s periodou shodnou s dobou oběhu planety okolo hvězdy. Koncem 20. století uzrála doba i spektrální analýza do stavu, že bylo možné exoplanety objevovat.

První planetu obíhající okolo nedaleké Slunci podobné hvězdy 51 v souhvězdí Pegasa objevili Michel Mayor a Didier Queloz v roce 1995. Planeta se však od našich nejbližších sousedek dost značně liší. Je asi 150x hmotnější než Země, což by ještě šlo, protože je to jen asi polovina hmotnosti Jupitera, ale obíhá okolo své hvězdy jednou za 4 dny ve vzdálenosti necelých 8 miliónů km, tedy zhruba dvacetkrát blíž než Země okolo Slunce. Teplota její atmosféry přesahuje 1000 °C. Planeta je ale pravděpodobně k mateřské hvězdě přikloněna stále stejnou stranou, takže mezi teplotami na přivrácené a odvrácené straně lze čekat velké rozdíly. Časem se ukázalo, že takové podivné planety nejsou žádnou vzácností. Naopak. Velká většina dosud objevených planet jsou plynní obři podobní našemu Jupiteru obíhající v těsné blízkosti mateřské hvězdy. Říká se jim „horcí jupiteři“. Nutno ještě poznamenat, že tato metoda umožňuje určit pouze dolní mez hmotnosti exoplanety. Ve většině případů jsou tedy jejich skutečné hmotnosti ještě vyšší.

Druhou nejúspěšnější metodou objevování exoplanet je fotometrie – měření změn jasnosti hvězdy. Když se totiž planeta náhodou dostane při svém oběhu před kotouč hvězdy, učiní něco jako pokus o zatmění. Ačkoli by se na první pohled mohlo zdát, že je to metoda určená předem k nezdaru, protože planeta je tak malá, že světlo hvězdy zeslabí jen minimálně, ukázalo se, že je to cesta nejjednodušší. Dokonce dostupná i astronomům-amatérům vybaveným poměrně malými dalekohledy.  Odhalíme tak ale jen planety, jež mají náhodou vůči nám šikovně skloněnou dráhu. Změříme-li, o kolik hvězda vlivem stínící planety zeslábne, získáme dobrou představu o velikosti planety. Z periody zeslabování určíme její oběžnou dobu, z ní vypočteme vzdálenost od hvězdy, podle ní odhadneme povrchovou teplotu, a když na takovou hvězdu, okolo níž obíhá planeta, jež občas přechází před hvězdou a jindy se zase schovává za ní, podrobíme spektroskopii, zjistíme ze změn ve spektru i chemické složení atmosféry planety. Pravda, zatím jen hodně přibližně. To vše aniž bychom planetu viděli nebo aspoň vyfotografovali.

Přímá detekce exoplanet je zatím obtížná a podařila se jen u několika velkých planet značně vzdálených od svých mateřských hvězd. I toto pole však hvězdáři usilovně obdělávají a výsledky se zlepšují. Perspektivní se jeví metoda tzv. nulovací interferometrie, což je optické kouzlo, s jehož pomocí se „zruší“ světlo hvězdy, v jejíž záři se planety beznadějně ztrácejí, ale zachová světlo planet, které pak lze vyfotografovat. Našlo by se ještě mnoho dalších metod, jimiž lze objevovat exoplanety, ale kromě efektu gravitační čočky, který už také vedl k několika úspěchům, si dovolím další nejmenovat. Samozřejmě, že se přístroje hledající exoplanety stěhují do kosmu, kde nevadí rušivé efekty atmosféry.

V současnosti víme o stovkách exoplanet, v mnoha případech už známe celé sluneční soustavy. Ty, které známe dnes, se většinou značně liší od té naší Sluneční soustavy s velkým S. Většinou jde o velké planety obíhající v menších vzdálenostech, ale to je dáno citlivostí přístrojů, která se bude s časem zlepšovat. Pokrok v přesnosti měření přinesl objevy i menších planet s hmotností jen několik málo desítek hmotností Země. Zavedli jsme tedy ještě kategorii „horcí neptuni“. Známe i velké kamenné planety s hmotností jen několikanásobku naší rodné planety – těm říkáme superzemě. Sluneční soustava takovou planetu postrádá.

Další potíž je v tom, že exoplanety úspěšně hledáme a pozorujeme teprve 16 let. Jupiter obíhá okolo Slunce 12 let. Chceme-li planetu na podobné dráze objevit v jiné sluneční soustavě, musíme pozorovat desítky roků, abychom nabyli jistoty o její existenci a vyloučili případný omyl či chybu měření. Planetu s oběžnou dobou jeden rok objevíme za několik let pozorování. Kosmický teleskop Kepler už několik roků pilně pracuje a je zřejmě na dobré cestě objevit nějakou exopalentu opravdu podobnou Zemi. Z více než tisícovky kandidátů na exoplanety se několik „kousků“ jeví v tomto ohledu nadějně. Do roka a do dne budeme jistě moudřejší.

Kdyby Jan Neruda žil dnes, asi by se už neptal Alfy, má-li dětičky také. Jako astronom-amatér na úrovni doby, by nejen věděl, že sčítání dětí astronomy pořád ještě nepřešlo, ale možná by sám pomocí sofistikovaného dalekohledu po nocích exoplanety nadšeně hledal a sčítal.

Předchozí díly seriálu: O čem češtinářka nemá ani potuchy | Subaru | Adaptivní optika | Éter | Kolem čeho? | Pohled do hlubin času | Hvězdné mládí | Stella Proxima

Nerudovy Písně kosmické cituji z České elektronické knihovny

Jan Veselý

Jan Veselý

Jan Veselý

Jako správný bloger píšu o čemkoli, čemu nerozumím. Nerozumím ničemu (to mělo být něco jako „Vím, že nic nevím“, ale nečekám, že mi to spolknete). Z grafomana, který strašně nerad píše, se ze mě díky blogu stal grafoman, který by hrozně rád psal pořád, jen na to nemá čas.

Zabývám se popularizací astronomie a příbuzných věd v instituci zvané Hvězdárna a planetárium v Hradci Králové, takže jsem vlastně učitel bez povinnosti zkoušet, známkovat a udržovat kázeň. Kromě fyzikálního pohledu na svět mě zajímá hlasitá hudba (od pankáčů po Šostakoviče), divadlo, opera, výtvarné umění a čím dál víc i historie.

REPUTACE AUTORA:
8,90