Student World

Řešení jsme zatím nenašli, neznámých veličin je v rovnici až přespříliš. Dnes si astronomové dávají skromnější cíle. Na korpulentnějších znalostech exoplanetární džungle připravili simulace, které mají odhadnout počet obyvatelných exoplanet v naší Galaxii. Závěry jsou více než zajímavé.

Na vědeckém poli se schylovalo k velkému souboji. Proti sobě stály dvě studie, jež si na první pohled kladly stejný cíl: odhadnout počet exoplanet zemského typu, které obíhají okolo svého slunce v obyvatelné oblasti. Závěry obou studií jsou značně rozdílné. Zatímco první hovoří o 45,5 miliardách vytoužených exoplanet v Galaxii, druhá studie je přesně 1000x skromnější a uvádí „jen“ 45,5 milionů sestřenic naší Země.

K souboji nakonec nedošlo a krev prolita nebyla. Ani jeden z aktérů se totiž nedostavil. Nebyl důvod, obě studie se zabývaly rozdílnými tématy. I když to tak na první, druhý a dost možná i třetí pohled nevypadá.

Zadejte základní otázku

Předně je potřeba si uvědomit, co vlastně hledáme. Pod pojmem obyvatelná exoplaneta si totiž 5 astrobiologů představí 6 různých možností.

Svou pozornost soustředíme na jednoduchou (a dnes už dost primitivní) představu, že hledáme exoplanetu zemského typu, obíhající okolo své hvězdy v obyvatelné zóně. Tato definice je z astrobiologického hlediska prakticky k ničemu, neboť oba parametry rozhodně nezaručí, ba dokonce ani nepředurčí, že daná exoplaneta bude mít na svém povrchu podmínky k životu. Vzhledem k tomu, že naše představy o těchto podmínkách jsou značně mlhavé, nezbývá nám nic jiného, než si alespoň v této úvaze celý problém zjednodušit. Další komplikací je pojem „exoplaneta zemského typu“. V tomto případě máme na mysli planetu s pevným povrchem a atmosférou. Do toto škatulky můžeme hodit exoplanety o hmotnosti 1 až 10 Zemí, i když je dobré upozornit, že čistě teoreticky si atmosféru může udržet i exoplaneta o hmotnosti 0,3 Zemí. Samozřejmě tito méně hmotní příbuzní naší modré planety asi nebudou ideálními cíli, zvláště co se magnetického pole týče.

Shrňme si vše podstatné do jednoduchého zadání a hoďme ho do stroje

Kolik exoplanet o hmotnosti 1 až 10 Zemí, obíhající okolo své mateřské hvězdy v obyvatelné oblasti (HZ), se nachází v naší Galaxii?

Studie číslo 1 (Jianpo Guo a spol.): 45,5 miliard exoplanet

Jianpo Guo (National Astronomical Observatories, Kunming, Čína) a jeho kolegové pracovali s pravděpodobnosti výskytu exoplanet zemského typu v obyvatelných oblastech a dospěl k číslu 45,5 miliard! Pro následující astrobiologicky relativně přijatelné typy hvězd vypadly následující cifry:

• Oranžoví trpaslíci (spektrální třída K): 12,9 miliard terestrických exoplanet v HZ. Oranžové hvězdy jsou podle výsledků nejplodnějšími matkami, tedy alespoň pokud jde o exoplanety zemského typu, obíhající v obyvatelné oblasti.
• Červení trpaslíci (spektrální třída M): 11,5 miliard terestrických exoplanet v HZ. Červení trpaslíci jsou sice nejpočetnějšími hvězdami v Galaxii, ale dle studie hostí v obyvatelných zónách méně exoplanet než jejich kolegyně ze spektrální třídy K.
• Žlutí trpaslíci (spektrální třída G): 7,6 miliard terestrických exoplanet v HZ. Jedná se o hvězdy podobné našemu Slunci.
• Žlutobílé hvězdy (spektrální třída F): 5,5 miliard terestrických exoplanet v HZ.
  Je potřeba poznamenat, že studie brala v úvahu hvězdy do hmotnosti 4 Sluncí.

Studie číslo 2 (David Kipping): 45,5 milionů exoplanet

David Kipping (University College, Londýn) zvolil ve své studii poněkud jiný postup. Jeho úvaha je založena na počtu hvězd v Galaxii, který se odhaduje na 300 miliard. S tímto počtem následně Kipping pracuje: 90 % hvězd jsou hvězdy hlavní posloupnosti – více třeba na Wikipedii.

Z tohoto počtu vylučuje autor červené trpaslíky (spektrální třída M) a hvězdy, které jsou hmotnější (resp. mají kratší životnost) než hvězdy spektrální třídy F. Červení trpaslíci byli eliminování, protože obyvatelná oblast se u nich nachází velmi blízko, takže případná exoplaneta bude mít vázanou rotaci (bude k hvězdě nakloněna stále stejnou stranou), což pro život nemusí být nejvhodnější. Ačkoliv podle mnohých to nemusí být pro život zase tak velká překážka. Po této eliminaci nám už zůstává jen 22,7 % hvězd hlavní posloupnosti (spektrální třídy F, G a K).

Na základě dřívější studie Michela Mayora z Ženevské observatoře zužuje Kipping svůj výběr ještě jednou a přichází s odhadem: asi 15 % všech hvězd spektrální třídy F, G, a K hostí kamennou exoplanetu. Tento odhad bude patrně více či méně podhodnocen.

Jenomže pozor! Toto číslo ještě nebere v úvahu počet kamenných exoplanet v obyvatelné oblasti, ale celkový počet exoplanet s pevným povrchem u daných typů hvězd. Kipping ve své simulaci pracoval s 330 exoplanetami, z nichž asi 30 by se mělo nacházet v obyvatelné oblasti…tedy 10 % ze všech kamenných exoplanet. Kipping ještě započítal vliv galaktické obyvatelné oblasti (ne všude v Galaxii jsou vhodné podmínky pro obyvatelné exoplanety) a vyšlo mu číslo 50 milionů exoplanet zemského typu v obyvatelných zónách.

Poté, co Jianpo Guo zveřejnil svou studii, přišel Kipping s poměrně zajímavým sdělením. Jeho hodnota 50 milionů exoplanet je zaokrouhlením původního výsledku: 45,5 milionů exoplanet. Rozdíl mezi oběma studiemi jsou tedy přesně tři řády.

Důvod tak velkého rozdílu je nutné hledat především v rozdílném přístupu. Kipping bere v úvahu alespoň z některé astrobiologické faktory (vyloučení hmotných hvězd, červených trpaslíků, galaktická obyvatelná oblast), zatímco Guo se příliš nezaobírá tím, okolo jaké hvězdy „jeho“ na první pohled obyvatelná exoplaneta vlastně obíhá.

Je třeba říci, že odhad 45,5 miliard exoplanet je mimořádně extrémní. Už kdysi se astronomové pokoušeli o podobný odhad a obvykle dospěli k hodnotám v řádech desítek až stovek milionů exoplanet.

A co měsíce?

Kipping je známým expertem na exoměsíce. Přestože jsme zatím žádný měsíc u exoplanety nenalezli, nemusí to nutně dlouho trvat. Teoretickou šanci na nalezení exoměsíců má už kosmický dalekohled Kepler. Kipping upozorňuje, že obyvatelný exoměsíc může obíhat okolo jakékoliv exoplanety o hmotnosti Země a větší. Kromě toho je obyvatelná oblast pro exoměsíc až o 50 % větší, neboť exopměsíc může mít ještě druhý zdroj tepla v podobě slapových sil mateřské planety.

Kolik takových obyvatelných exoměsíců může v naší Galaxii existovat? Kipping přináší číslo 25 milionů, ale je nutné říci, že se jedná o velmi hrubý odhad, založený z velké části na dohadech a spekulacích, asi podobných jako ona v úvodu zmíněná Drakeova rovnice.

Převzato z webu Exoplanety.cz, upraveno.

autor Petr Kubala