Zpracujte tyto témata :

Téma 1 : Extrasolární systémy

Aktuální poznatky z nejperspektivnějšího a nejrychleji se rozvíjejícího odvětví astronomie - hledání, nalézání a bádání o extrasolárních systémech sepište poutavou formou - od přehledu nalezených těles po předpokládaný vývoj do budoucna a projektů, které mohou odhalit více, než bychom sami chtěli.

Téma má 55% sílu pro hodnocení.

Téma 2 : Planetky

Od přelomového pražského astronomického kongresu máme ve své sluneční soustavě už jenom osm planet. Leč vznikla zcela nová skupina - planetky. Zjistěte mi o zástupcích této kategorie nejpodstatnější informace, jakožto i zajímavosti a peripetie.

Téma má 45% sílu pro hodnocení.

Poměrné vyhodnocení vyvozuje celkovou známku z písemné části zkoušky, ale neovlivňuje hodnocení zkoušky ústní.

Pro celkovou známku ze zkoušky má tedy písemná práce 50% sílu.

Přeji hodně zdaru.

EXTRASOLÁRNÍ  PLANETÁRNÍ SYSTÉMY

 Již celá staletí se vědci snaží odpovědět na základní existenční otázku lidstva: jsme ve vesmíru sami? V posledních desetiletích, v souvislosti s nástupem éry gigantických vesmírných dalekohledů, jsou schopni posunout se zase o krok blíže ke správné odpovědi. Dnes můžeme s jistotou tvrdit, že ve vesmíru existuje minimálně vysoký počet hvězd a hvězdných systémů obklopených planetárními soustavami (některé planety jsou dokonce v mnoha parametrech podobné Zemi a podle vědců je tedy i vysoce pravděpodobné, že by na nich mohl existovat život, alespoň v nějaké primitivní formě). Všechny takovéto planetární systémy se odborně nazývají extrasolární a na následujících řádcích se pokusím přiblížit vývoj jejich výzkumu, nejnadějněji vypadající projekty a jejich předpokládané výsledky.

 Pátrání započalo samozřejmě zejména v blízkosti hvězd podobných Slunci – podobných v tom smyslu, že jsou zejména přibližně stejně hmotné. Pouze u těchto hvězd lze totiž předpokládat stabilní a dlouhý život (životnost Slunci podobných hvězd se pohybuje řádově v miliardách let), zatímco u hvězd hmotnějších (od hmotnosti cca 8 Sluncí) se životnost pohybuje spíše v řádech milionů let, což je pro vývoj života na planetách kolem takové hvězdy (i za předpokladu, že by se zde nacházely) příliš krátká doba (vědci totiž samozřejmě vycházejí z předpokladu, že se i jinde ve vesmíru vyvíjí život obdobným způsobem, jakým se vyvíjel na Zemi). Na začátku byl tedy vytipován okruh relevantních hvězd, u kterých lze život předpokládat, protože jich je ovšem nesmírné množství, přednostně byly řešeny ty, které se nacházejí v relativní blízkosti Sluneční soustavy...
 První planeta v jiné než Sluneční soustavě tak byla nalezena v roce 1995. Dostala pracovní název 51 Pegasi b (ten nepracovní a trochu více poetický zní Bellerophon) a nachází se 50 světelných let daleko od Země v souhvězdí Pegase. Jejími slavnými objeviteli se stali Michel Mayor a Didier Queloz, dvojice švýcarských astronomů z observatoře v Ženevě, kteří se zabývali změnami v radiální rychlosti hvězdy 51 Pegasi. Jejich závěr byl jasný: výkyvy rychlosti musí způsobovat poměrně hmotné těleso pravidelně obíhající kolem hvězdy, jinými slovy tedy planeta, s velikostí a hmotností přibližně poloviční oproti našemu Jupiteru. Zajímavý na jejich závěrech byl zejména fakt, že vhledem k výkyvům, jaké planeta způsobuje, nemůže obíhat ve větší vzdálenosti od hvězdy, než v jaké obíhá náš Merkur, což bylo až do této doby považováno s ohledem na existující teorii vzniku planetárních systémů za nemožné. Nicméně je to tak, matematický předpoklad Mayora a Queloze o existenci planety byl nakonec několikrát potvrzen i přímým pozorováním planety z množství observatoří na Zemi. Vzhledem k faktům je ovšem zcela jasné, že 51 Pegasi b není planetou vhodnou pro život. Jednak bude zcela jistě příliš žhavá, jednak (vzhledem k velikosti) bude pravděpodobně plynným obrem, stejně jako Jupiter.
 Za uplynulých 14 let od tohoto prvního objevu se počet planet obíhajících cizí hvězdy rozrostl na několik stovek. Není tedy v mých silách předložit vám všechny objevené planety a jejich popisy (je jich totiž již kolem 350), navíc by to bylo strašně nudné a mým cílem není uspat vás ještě před polovinou své práce, takže vám nastíním pouze ty podle mého názoru nejzajímavější objevy:

・ Dosud největší nalezený planetární systém existuje kolem dvojhvězdy 55 Cancri v souhvězdí Raka, vzdálené od Země 41 světelných let. První planeta v její blízkosti byla objevena v roce 1996, druhá a třetí v roce 2002, čtvrtá v roce 2004 a dosud poslední pátá v roce 2007.  Všechny byly objeveny stejnou metodou jako první planeta: zkoumáním změn v radiálních rychlostech pohybu hvězdy. Dvě z planet jsou zcela jistě plynní obři (první o trochu menší než Jupiter, jedna ze dvou nalezených v roce 2002 je potom téměř čtyřikrát větší než Jupiter), další dvě mohou být buď plynnými obry, nebo opravdu velkými terestrickými planetami. Planeta z roku 2004, která obíhá nejblíže kolem hvězdy, je potom s největší pravděpodobností klasická terestrická planeta, jaké známe z naší Sluneční soustavy. Bohužel pro podmínky k životu bude pravděpodobně pro svou blízkost u hvězdy příliš žhavá. Vědci nicméně neklesají na mysli. Předpokládá se, že planetární systém 55 Cancri čítá ještě další planety, pouze o něco menší než jsou ty dosud pozorované, takže je problematické je zaměřit, případně vedle plynných obrů zaznamenat důsledky jejich gravitačního vlivu. Zejména jedna z vytipovaných anomálií, jejichž příčinou by právě mohla být přítomnost další planety, by vypovídala o planetě nejspíše terestrického původu obíhající ve vzdálenosti, která by mohla odpovídat vzdálenosti našeho Marsu. Na takové planetě by potom jistě bylo možno očekávat přítomnost alespoň nějaké formy života. Vědci proto neváhali a přestože zatím nic není potvrzeno, vyslali již v roce 2003 z největšího pozemského radaru směrem k extrasolárnímu systému kolem 55 Cancri kódovanou zprávu. Existuje-li někde kolem hvězdy inteligentní život, měl by ji být schopen v roce 2044, až k němu pozemský signál dorazí, rozluštit...
 
・ Systém nejvíce se podobající Sluneční soustavě se vyskytuje u hvězdy HD 70642 v souhvězdí Lodní záď vzdálené 94 světelených let. V roce 2003 zde byl objeven plynný obr s dvojnásobnou hmotností Jupiteru, který obíhá v přibližně stejné vzdálenosti od své hvězdy jako náš Jupiter. V roce 2008 k němu přibyl další obr, který v poměru hmotností vůči svému sousedovi i ve své poloze v rámci soustavy odpovídá našemu Saturnu a jeho poměrům vůči Jupiteru. Stejně tak je tedy logicky obdobný poměr dob oběhu obou planet kolem hvězdy, dokonce i teploty na obou planetách by měly podle měření odpovídat teplotám na našich dvou největších planetách. Vzhledem k tomu, že HD 70642 je hvězda prakticky totožná s naším Sluncem, se vědci domnívají, že by se v soustavě mohla kdesi mezi hvězdou a největší planetou nacházet i skupina terestrických planet, které jsou ovšem tak malé, že je na takto velkou vzdálenost nejsme schopni pozorovat současnými technologiemi.
 
・ Existence skutečně prokazatelných terestrických planet bohužel zatím mnohokrát prokázána nebyla, jako nejlépe probádaný systém se v tomto směru jeví systém kolem červeného trpaslíka Gliese 581 v souhvězdí Vah, který je od Země vzdálen 20 světelných let. Velké naděje vědců vzbudila zejména jeho druhá planeta Gliese 581c, objevená v roce 2007, která je asi 1,5krát větší než Země a podle odhadů na ní panuje průměrná teplota 0 - 40 stupňů Celsia. To by umožňovalo, aby na planetě byla voda v tekutém skupenství. Navíc leží v tzv. obyvatelné zóně své hvězdy, takže existuje naděje, že se zde vyskytuje život. Výzkumy její atmosféry ovšem i přes příznivé prognózy neprokázaly výskyt potřebných chemických prvků nutných k životu... V současnosti se tedy veškeré naděje upínají k jejím sousedkám - Gliese 581d a Gliese 581e, které taktéž ještě leží v obyvatelné zóně. Výzkum zde ovšem ještě není ve fázi prokazatelných závěrů, neboť obě planety byly objeveny poměrně nedávno (Gliese 581e dokonce teprve v dubnu 2009).

  Jak jsem již naznačila u Gliese 581c, vědci užívají k odhalení možného života na vytipovaných planetách i další pozorovací metody, zejména výzkum chemického složení atmosféry (hledají se zejména důkazy o existenci kyslíku, který je nezbytným předpokladem pro výskyt života pozemského typu). Na dálku lze ovšem samozřejmě zkoumat atmosféry exoplanet poměrně těžko, v roce 2001 byla za tímto účelem použita metoda tranzitní fotometrie, která se prokázala jako účinná a do dnešního dne je to v podstatě jediná metoda, kterou máme k dispozici. Ve své podstatě jde o to, že exoplaneta musí z našeho pohledu přecházet před svou mateřskou hvězdou, musí tedy dojít k jejímu tranzitu přes slunenční disk. V této chvíli totiž světlo hvězdy procházející skrz atmosféru planety neprojde úplně. Když potom porovnáme spektrální čáry hvězdy z doby, kdy nedocházelo k tranzitu, s novým spektrem, uvidíme změny způsobené chemickými prvky v atmosféře planety, skrze které hvězdné záření procházelo. První planetou, v jejíž atmosféře byly v roce 2005 pozorovány „otisky“ významného množství kyslíku, byl Osiris, neboli  HD 209458 b, obíhající kolem hvězdy téměř totožné se Sluncem v souhvězdí Pegase, který je vzdálen 150 světelných let. Jedná se ovšem o plynného obra, ještě ke všemu nesmírně horkého (patří do tzv. kategorie horkých Jupiterů), takže přímo na této planetě je život nemožný. U Gliese 581c naopak žádný kyslík pozorován nebyl...
 Problémem současného výzkumu exoplanet jsou tedy dosud málo vyspělé technologie,  které nám umožňují nejlépe sledovat planety velkých roměrů, na kterých ovšem neexistuje pevný povrch, což je z hlediska hledání života ve vesmíru vcelku zásadní problém. Terestrické planety lze takto objevit ovšem spíše náhodou. Stejně tak výzkum složení atmosfér je vysoce problematický, neboť čekání na tranzit zejména u planet, které neobíhají v těsné blízkosti své hvězdy (a u kterých je tedy naděje, že nebudou natolik žhavé, aby byl život na jejich povrchu nemožný), zabere celé roky. Každé měření je navíc třeba několikrát opakovat, aby byly jeho výsledky průkazné, což prostě představuje mravenčí práci na několik desetiletí. Vědci se proto snaží co nejrychleji vyvíjet nové technologie, kterými by si mohli práci ulehčit.
 V březnu tohoto roku tak byl kupříkladu vypuštěn na orbitu Země nový prototyp dalekohledu, který nese příznačný název Kepler. Vypustila ho NASA a je sestrojen speciálně pro pozorování planet terestrického typu obíhajících okolo svých hvězd v zóně života. Již v dnešních dnech dopadají na jeho zrcadlo nepřetržitě fotony ze 100 000 speciálně vytipovaných hvězd v souhvězdí Labutě. Dalekohled je sestaven tak, aby zaznamenával i ty nejmenší nuance při kolísání jasností hvězd (způsobených tranzitem obíhajících planet), nejlépe tak bude schopen zaznamenávat terestrické planety s průměrem do 2.2 Zemí (celkově se předpokládá objevení až 800 takovýchto planet), planet s velikostí podobnou Zemi se potom podle odhadů podaří nalézt cca 50.  Touto činností se bude Kepler (u různých souhvězdí) zabývat následující 3-4 roky.
 Na činnost Keplera (který bude schopen pouze planety objevit, nikoliv ovšem řádně probádat z hlediska jejich chemického složení) by měl navázat JWST (James Webb Space Telescope), jehož odlet do vesmíru se plánuje pro rok 2013. Aby měl větší prostor k zaměřování hvězd a nepřekážela mu ve výhledu Země, nebude umístěn klasicky na orbitě, ale na libračním centru L2. V současné době probíhá jeho konstrukce a už teď je jasné, že půjde o největší kosmický dalekohled všech dob, jeho primární zrcadlo bude mít průměr 6,5 metru. Cílem JWST bude nacházet biologické stopy v atmosférách Keplerem určených exoplanet (tedy zejména kyslík).
 Na činnost JWST i Keplera by potom měl navázat ještě TPF (Terrestrial Planet Finder). Tento dalekohled by měl být ještě větší než JWST, měl by být tedy schopen prohledávat ještě vzdálenější extrasolární systémy. Plány na jeho výstavbu existují již dlouho, ovšem vzhledem k finanční náročnosti projektu takovýchto rozměrů nelze počítat s jeho realizací a vypuštěním do vesmíru dříve jak v roce 2018, spíše až v roce 2020 či 2022. Proto byl nakonec raději vytvořen plán pro méně náročný JWST, který časovou prodlevu spojenou s konstrukcí TPF vyplní.
 Naděje se ovšem nevkládají pouze do dalekohledů umístěných ve vesmíru: i přímo na Zemi vznikají obří dalekohledy, jejichž konstrukce je mnohem levnější, zejména ovšem potom spuštění provozu nestojí prakticky nic, což je samozřejmě významné plus. Takto například Evropská jižní observatoř připravuje gigantický dalekohled E-ELT s průměrem primárního zrcadla 42 metrů! Pro představu – jedná se o zhruba čtyřnásobný průměr oproti současným největším světovým teleskopům. Spuštění E-ELTu se ovšem také předpokládá až v roce 2018.

 Na závěr se možná ještě hodí zamyšlení na téma, k čemu lidstvu objevení vzdálené terestrické planety v zóně života, s odpovídající teplotou, stabilní oběžnou dráhou a potvrzenou existencí kyslíku v atmosféře vlastně bude. Dosud nemáme prostředky, jak k takové planetě vyslat cokoliv jiného než pouhý rádiový signál – o jehož možnostech zachycení, rozluštění a pochopení obsahu sdělení i v případě existence inteligentního života na dané planetě silně pochybuji. Možná by se měla energie a finance, které se věnují do hledání planet, věnovat spíše do výzkumu způsobů vesmírného cestování. Potom by dokonce i výzkum blízkého vesmíru probíhal mnohem rychleji, když bychom nebyli vázáni na postavení hvězd a jejich planet vůči jedinému bodu, na kterém bude umístěn některý z našich vesmírných teleskopů. Jedná se samozřejmě o mnohonásobně těžší úkol, nicméně jsem přesvědčena o tom, že v případě dosatečných finančních prostředků a vůle by nešlo o úkol neřešitelný...

PLANETKY

 V srpnu 2006 padlo na Mezinárodním astronomickém kongresu v Praze zásadní rozhodnutí: za planetu je považováno takové těleso, které obíhá kolem Slunce (hvězdy) a má přitom dostatečnou hmotnost na to, aby dosáhlo hydrostatické rovnováhy (tzn. aby se dokázalo zformovat do tvaru koule). Zároveň ovšem musí být ve svém prostoru dominantním tělesem (čímž se z definice elegantně vyloučí zejména kulaté měsíce, společně s nimi ovšem i Pluto, které dominantní není, neboť je gravitačně provázané s celým systémem tzv. transneptunických planetek). Právě problém Pluta byl ovšem důvodem, proč se celý kongres svolal. Astronomům totiž působila problém řada dalších transneptunických těles, která by – v případě, že by bylo Pluto nadále uznáváno jako řádná planeta – rozšířila počet planet Slunenční soustavy na několik desítek. Někteří vědci sice podporovali návrh, aby byla tato tělesa označena za planetky, pouze aby Pluto zůstalo řádnou planetou, zejména z důvodu jeho „zažitosti“ mezi běžnou populací. Většina astronomů byla nicméně proti: problémem byla totiž „planetka“ Eris, která byla dokonce větší než Pluto, ponechání titulu planety Plutu a neudělení ho jí by tedy bylo vědecky nesprávné.
  Pluto bylo tedy nakonec díky nové definici uznáno za pouhou planetku, stejně jako všechna ostatní transneptunická tělesa. Celá skupina těchto těles se rozkládá v oblasti za Neptunem (ano, název napoví) a dělí se do tří základních skupin – na tělesa z tzv. Kuiperova pásu (oblast ve Sluneční soustavě ve vzdálenosti 30 až 50 AU od Slunce), na objekty rozptýleného disku (užívá se zkratka SDO – Scattered Disk Objects) a na objekty z Oortova mračna. V současné době se počet takovýchto těles přehoupl přes 1100 (za významnější je ovšem považována zhruba stovka z nich, která dosahuje průměru cca 500 až 2500 km - ostatní tělesa jsou převážně menší než 100 km) a je pro ně typické, že se svým složením podobají „zmrzlé hroudě bláta“ - jejich významnou složkou je tedy led (větší tělesa ovšem samozřejmě mají již kulovitý tvar, ta potom tedy samozřejmě nepřipomínají hroudu, ale pouze zamrzlou trpasličí planetu).
 Tělesa z Kuiperova pásu leží poměrně blízko roviny ekliptiky a tvoří plochý disk plný planetek a komet. Ta nejvýraznější tělesa ovšem paradoxně tuto harmonii pásu sklonem své dráhy narušují: Pluto se odchyluje cca o 17°, Varuna taktéž o 17°, MakeMake o 29°, Haumea o 28° atd. Odnepaměti patřil Kuiperův pás k záhadné lokalitě, ve které se astronomové snažili nalézt „mýtickou“ planetu X, která podle matematických výpočtů (vzhledem ke gravitačním anomáliím, které v soustavě způsobuje), musí kdesi za Plutem existovat, přesto ovšem zůstávala dlouhá desetiletí utajena. Na počátku 90. let takto způsobilo rozruch například objevení QB1, které bylo s hledanou desátou planetou automaticky ztotožněno (bylo tototiž objeveno jako první ze série tzv. plutín, tedy planetek podobných Plutu nacházejících se v Kuiperově pásu), následné objevení řady dalších podobných planetek ovšem nadšení vědců samozřejmě zhatilo.
 Ve vzdálenosti 50 AU Kuiperův pás postupně ztrácí svou plochou podobu a přechází do rozptýleného disku, který sahá až do vzdálenosti 1000 AU. Právě v této lokalitě byla nakonec nalezena v roce 2005 ona „desátá planeta“ – dostala název Eris a podle prvotních odhadů měla být velká téměř jako Merkur (v průměru cca 4000 km). Další pozorování tyto odhady ovšem značně okleštilo a v současnosti se průměr Eris vyčísluje pod 3000 km, nejčastěji kolem 2500 km. Dodnes tedy nelze s určitostí tvrdit, že Eris je skutečně oním tělesem způsobujícím gravitační anomálie, respektive že v hlubinách rozptýleného disku neexistuje další těleso, které jen zatím pouze nebylo objeveno. Eris jinak obíhá Slunce ve vzdálenosti téměř 97 AU (respektive to je vzdálenost, ve které se nachází dnes, tedy ve svém afeliu - její dráha je ovšem značně eliptická, v periheliu se dostává ke Slunci na vzdálenost necelých 38 AU),  jeden oběh jí tedy trvá 557 let. Má navíc jeden měsíc Dysnomii, který ji oběhne jednou za 15 dní.
 Na samém okraji Sluneční soustavy se potom nachází Oortův oblak, pozůstatek původní planetární mlhoviny, ze které se vytvořila naše soustava. Leží ve vzdálenosti cca 50 000 AU a jedná se o kulovitý oblak komet. Až na jeho okraj se ve svém afeliu dostává další známá planetka Sedna. Ta byla objevena v roce 2003, průměr má cca 1 800 km a nachází se velice daleko od Slunce - i při maximálním přiblížení je ještě jednou tak daleko jako Pluto (ovšem vzhledem k tomu, jak daleko leží Oortův oblak, se jedná vlastně o celkem těsné přiblížení), oběh jí proto trvá 10 500 let.
Má-li být má práce úplná, nesmím ještě opomenout zmínit, že planetky jako takové se samozřejmě nemusejí nacházet pouze v oblasti za Neptunem. Významný pás planetek leží ještě mezi Marsem a Jupiterem. Ve své podstatě se jedná o stejná tělesa, která leží na konci Sluneční soustavy, pouze se neskládají z ledu (protože leží blíže ke Slunci, jsou tedy mnohem teplejší), jedná se tedy pouze o shluky skal. Ceres, největší z těchto planetek, byla dokonce objevena již v roce 1801 a do dnešního dne zde bylo objeveno a popsáno na desetitisíce těles.

Na závěr mi nezbývá než poděkovat profesoru Revainovi za mou přípravu na OVCE, za jeho neskonalou trpělivost, kterou se mnou za ty roky měl, a zejména potom za jeho laskavost a ochotu vyjít mi v mé touze po poznání maximálně vstříc, přestože ne vždy nám bylo vše umožněno a  dopřáno. Mnohokrát Vám děkuji, kéž by na této škole vyučovalo profesorů Vám podobných více...

Betelgeuse Orionis