Věda je lepší než sci-fi

Jaroslav Petr  |  Vesmír
věda

Vesmír může být plný světů podobných naší Zemi, jen stačí hledat dostatečně pozorně a nezaměřovat se pouze na tak choulostivé tvory, jako jsme my.Naše představy o místu, jež by mohlo hostit mimozemský život, jsou celkem jasné. Měla by to být „kamenná“ planeta s příhodnou teplotou.

Nesmí na ní být ani příliš zima, ani příliš horko. Z našich nejbližších sousedů se zdá Venuše jako příliš žhavá a Mars naopak příliš studený. Roli kolébky mimozemského života může sehrát i dostatečně velký měsíc obíhající kolem obří planety tvořené plyny. Nám nejbližším kandidátem na hostitele „měsíčního“ života je například Jupiterův měsíc Europa.Pátrání po vesmírných tělesech příhodných parametrů probíhá už několik desetiletí.Soustředilo se na planety, jež by obíhaly v optimální vzdálenosti od mateřské hvězdy, a nehrozilo by jim, že životodárná voda zmrzne, či se naopak vypaří.

Nejnovější výzkumy ukazují, že by to bylo příliš zjednodušené kritérium. Do hry o kapalnou vodu na povrchu cizího světa vstupuje gordický uzel faktorů, jako je hmotnost planety, atmosféra a její chemické složení nebo tvar oběžné dráhy kolem mateřské hvězdy. Astronomové vytvářejí počítačovými simulacemi ty nejrůznější cizí světy a nestačí se divit, v jak roztodivných podmínkách se na planetě může udržet voda v kapalném skupenství. Často jsou to podmínky natolik odlišné od podmínek panujících na Zemi, že by dříve takové světy za možnou kolébku života nikdo nepovažoval.„Je to jako science fiction, jen o mnoho lepší,“ přibližuje výsledky tohoto výzkumu americký astronom Raymond Pierrehumbert z University of Chicago.

Záhady optimální vzdálenosti

Jedním z klíčových parametrů pro obyvatelný cizí svět je vzdálenost planety od její mateřské hvězdy. Jako příklad nebezpečně blízké planety je uváděna Venuše. Nachází se o 28 % blíže Slunci než Země a teploty na jejím povrchu dosahují pekelných 460 °C. Olovo se na povrchu Venuše nachází v kapalném skupenství.

Atmosféra této planety je prosycená oxidem uhličitým a je 90krát hustší než pozemské ovzduší. Pokud bychom posunuli Zemi do těsného sousedství Venuše, proměnila by se naše planeta v podobně žhavé peklo. Intenzivnější sluneční záření by zvýšilo odpar vody a ve vzduchu by bylo více vodních par. Vodní pára je velice účinný skleníkový plyn, a proto by teplota na povrchu Země ještě stoupla a odpařovalo by se ještě více vody. Nakonec by se oceány „vyvařily“. Platí to i naopak.Pokud bychom Zemi zatlačili do sousedství Marsu, zmrzla by na kámen.

Vztah mezi vzdáleností od hvězdy a povrchovou teplotou planety ale není přímočarý. Ve skutečnosti by Zemi stačilo k proměně v horkou planetu podobnou Venuši přiblížení o pouhých 5 % poloměru její oběžné dráhy kolem Slunce. Ke zmrznutí veškeré vody by se musela Země odsunout od Slunce o 70 % své současné vzdálenosti. Je zajímavé, že Mars dělí od Slunce jen o 50 % větší vzdálenost, než v jaké kolem něj obíhá Země. Rudá planeta by proto měla být v „živé zóně“. Jak to, že není?

Odpověď na tuto otázku se skrývá v hmotnosti planety, protože ta určuje její schopnost udržet si atmosféru. Země má to štěstí, že má dost velkou hmotnost. Obohacení atmosféry o skleníkové plyny, jako je např. oxid uhličitý uvolňovaný při sopečných erupcích, planetu ohřeje.

Naopak navázání skleníkových plynů do hornin, jako je např. vápenec, Zemi ochladí. Naše planeta se díky tomu těší z vybalancované tepelné rovnováhy plné 4 miliardy let. Mars je ve srovnání s naší planetou o polovinu lehčí, a to znamená, že drží atmosféru podstatně menší silou. Nitro menší planety rychleji vychládá, a to tlumí sopečnou činnost, při které by se do ovzduší uvolňoval oxid uhličitý. Mars má v atmosféře jen velice málo oxidu uhličitého, a proto je už několik miliard let mrazivou pustinou.

Rotace zajistí teplo

Další významnou vlastností planety je její rotace kolem osy. Záleží přitom nejen na rychlosti, ale i na sklonu osy otáčení k rovině, ve které planeta obíhá kolem své hvězdy. Země se otočí zhruba jednou za 24 hodin a osa jejího otáčení je vzhledem k její dráze kolem Slunce skloněná o 23,5°. V důsledku naklonění zemské osy se na Zemi střídají roční období, protože přikloněná část planety dostává větší porci slunečního záření než odkloněná. Severní a jižní polokoule se v příklonu a odklonu od Slunce střídají.Čím větší je sklon osy otáčení planety, tím větší rozdíly nastávají mezi létem a zimou. V létě mohou dosahovat teploty na silně přikloněné polokouli planety takových hodnot, že to stačí k roztátí ledu i u planet, které se nacházejí mimo „zónu života“.

Důležitou podmínkou je dostatečně rychlé otáčení planety, které zabrání průniku vysoce ohřátého vzduchu z přikloněného pólu k rovníku planety. Tím je teplo „uvězněno“ na pólu a může tam držet vodu v kapalném skupenství.Na otázku, zda je planeta obyvatelná, nelze odpovědět jednoduše „ano“ nebo „ne“. Obyvatelnost planety může nabývat různého rozsahu. Příhodné podmínky pro existenci života můžou panovat pouze v některých částech planety a jejich trvání může být omezeno na určité období.Ani Země není k životu vždy a všude pohostinná. Některé části, např. vnitrozemí Antarktidy, jsou permanentně zmrzlé a jiné oblasti zemského povrchu rozmrzají pouze na určitou část roku.

Vnitřní ohřev

Teplo pro tání ledu nemusí pocházet z hvězdy. Pokud se planeta pohybuje po excentrické dráze, je vystavována střídavě slabší a silnější hvězdné gravitaci. Horniny planety jsou opakovaně natahovány a stlačovány. Vzniká přitom tření, které nitro planety ohřívá. Změny v gravitaci dokážou rozehřát zmrzlou planetu i v sousedství hvězdy s velmi slabým zářením. Takové planety obíhají například kolem tzv. červených trpaslíků. V naší sluneční soustavě nabízí názornou ukázku toho, co dokáže gravitací vytvořené teplo, Jupiterův měsíc Io. Mohutná přitažlivost Jupitera zahřívá měsíc natolik, že jeho nitro doslova vře. Mocné sopečné erupce kompletně přetvoří povrch měsíce Io každých 150 let. Život není vyloučen ani na planetách, kde dochází k velkým teplotním výkyvům a voda střídavě vře a mrzne. I ze Země známe organismy, kterým extrémní teploty nevadí. Někteří mikrobi se rozmnožují navzdory tomu, že rtuť teploměru klesá pod bod mrazu. Jiné zvládají nástrahy teplot nad 100 °C. Na naší planetě jsme zatím nenarazili na mikroorganismus, který by zvládl obojí – mráz i var. Ale to neznamená, že někde ve vesmíru taková forma života nevznikla.

vesmír

Život i bez vody?

Astronomové už objevili mimo naši sluneční soustavu více než 300 planet a v prvním kole prohlásili většinu za neschopnou hostit život. Teď se však probírají výčtem planet znovu a jsou při jejich posuzování mnohem shovívavější. Mimozemští „vetřelci“ mohou žít ledaskde. Život nemusí být ve vesmíru zase tak vzácné zboží. Řadu významných faktorů nejsme s to na dálku ani odhadnout. Například mohutná oblačnost může vytvořit příhodné podmínky i na planetách, které se nám podle všech ostatních kritérií zdají buď příliš studené, nebo naopak horké. Oblačnost může zastínit planetu před silným zářením hvězdy a ochladit ji. Na druhé straně mohou však oblaka také zabránit odrazu záření od povrchu planety a její teplotu tak zvýšit.

Vědci připouštějí, že počítačové modely klimatu vzdálených planet mají do dokonalosti daleko. Není divu. Vždyť jsme stále ještě do všech detailů nepochopili ani klima naší vlastní planety či našich planetárních sousedů. Vědci se například zatím neshodli na tom, zda na Marsu někdy panovaly po delší dobu podmínky, jež by byly příhodné pro vznik a vývoj života. Někteří badatelé varují před zužováním problému při pátrání po mimozemských organismech na rovnici „život = voda“. „Co když existují formy života, které vodu nepotřebují,“ říká americký planetolog Jonathan Lunine z University of Arizona. Nelze například vyloučit existenci organismů schopných plavat v metanových oceánech Jupiterova věčně zmrzlého měsíce Titanu.“


Planetární rizika Planeta sama o sobě není zárukou existence života. Mnohé závisí na jejím okolí. Hvězdy z třídy červených trpaslíků například často uvolňují mohutné výrony částic, které radiací zničí všechno živé. Také planetární systém zaneřáděný spoustou asteroidů není pro život příhodný, protože povrch planet připomíná vesmírnou střelnici. Meziplanetární kolize podobné té, jaká před 65 miliony let vyhubila na Zemi dinosaury, tu mohou být na denním pořádku. Také blízkost černé díry může být životu na překážku. Když černá díra „polkne“ nějakou hmotu, uvolní se silné smrtící záření a povrch planet v okolí doslova sterilizuje.

Dočkáme se v tomto století objevení mimozemského života? Hlasujte na www.vtm.cz/ankety Gliese 581c Švýcarští astronomové objevili planetu Gliese 581c, která by mohla být první nám známou „kamennou“ planetou kroužící kolem hvězdy, jež se podobá Slunci. Oběžná dráha planety by mohla mít parametry, jakých je třeba pro přítomnost vody v kapalném skupenství. Záleží na tom, jakou má Gliese 581c atmosféru. Pokud by bylo ovzduší planety bohaté na skleníkové plyny, teplota by stoupla tak vysoko, že by to život prakticky vylučovalo. A tak jsem i v případě „dvojníka“ Země pořád v rozpacích. Možná může hostit život, možná ne. Kde může být život?

Hvězda, kolem které může kroužit planeta hostící život, by měla mít následující vlastnosti:

  • teplotu v rozmezí od 4000 do 7000 kelvinů
  • stáří několik miliard let
  • vyzařovat dost ultrafialového záření, aby to stačilo k vytvoření ochranné ozónové vrstvy v atmosféře planety
  • nevyzařovat příliš mnoho ionizujícího záření, jež by ničilo život
  • záření bez velkých výkyvů v intenzitě
  • slučováním jader atomů v hvězdě by mělo vznikat dostatek těžších prvků

Planeta, která může hostit život, by měla mít tyto vlastnosti:

  • dostatečnou hmotnost, aby si gravitací udržela atmosféru a její jádro příliš rychle nechladlo
  • dráhu, která není příliš excentrická (malý rozdíl mezi nejvzdálenějším a nejbližších místem na oběhu planety kolem hvězdy)
  • „rozumné“ výkyvy v teplotním režimu planety během jejího oběhu kolem hvězdy (výrazné střídání ročních dob, ale bez velkých extrémů)
  • chemické složení, které dovoluje vznik základních molekul potřebných pro stavbu živých organismů (podmínky pro vznik a hromadění uhlíku, dusíku, kyslíku a vodíku a dalších prvků, např. fosforu)

Nejčtenější