David Nesvorný přidal Sluneční soustavě planetu [rozhovor]

Petr Kubala  |  Vesmír

Rozhovor s autorem studie, podle níž měla Sluneční soustava kdysi o jednu obří planetu více.

Pokud se po maturitě rozhodnete co dál se životem a vaší volbou se stane astronomie, máte dvě možnosti. Můžete vystudovat některou z vysokých škol, zůstat v Česku a astronomií se živit, nebo se můžete přestěhovat do zahraničí a astronomický výzkum skutečně dělat.

Mnozí naši krajané dosahují velkých úspěchů. Jiří Polívka pomáhal stavět největší submilimetrový radioteleskop na světě (GTM) v Mexiku. Tomáš Chýlek, se kterým jsme dělali rozhovor nedávno, se zase podílí na konstrukci největších optických dalekohledů. Pavel Machálek pak pracoval v týmu kosmického dalekohledu Kepler.

David Nesvorný. Zdroj: Projekt HEK

Nejslavnějším českým astronomem, kterého citují na předních místech nejen odborné časopisy, ale i světová média, je dr. David Nesvorný. Zaměstnanec Southwest Research Institute vystudoval Univerzitu Karlovu a Univerzitu v Sao Paulu. Do povědomí se nejvíce zapsal svou loňskou prací, která předpokládá, že Sluneční soustava měla kdysi o jednu plynnou planetu více. Nebohý kolega Jupiteru, Saturnu, Uranu a Neptunu byl později vyhozen ven ze Sluneční soustavy při gravitačních hrátkách.

Něco podobného zřejmě ve vesmíru není neobvyklé. Astronomové už dokonce objevují bludné planety, které neobíhají okolo žádné hvězdy a kdysi dávno byly také vyhozeny z mladých planetárních systémů.


Na čem pracujete a jak jste se dostal do USA?

Jsem zaměstnaný v Southwest Research Institute, což je nezisková výzkumná společnost s centrem v texaském San Antoniu. Naše oddělení Space Sciences se nachází v Boulderu, krásném městě na úpatí Skalistých hor v Coloradu. Jsem tu od roku 2001, kdy jsem byl do Boulderu pozvaný na postdoktorandské studium. Od roku 2003 jsem trvalým výzkumným zaměstnancem a taky příležitostně učím na místní Coloradské universitě.

Pracuji na mnoha projektech týkajících se formování Sluneční soustavy, detekce a dynamiky exoplanet a několika tématech týkajících se planetek, objektů Kuiperova pásu a planetárních satelitů.

Před rokem se o Vás hojně psalo v souvislosti se simulacemi, které naznačují, že Sluneční soustava měla kdysi pět obřích planet. Je v této oblasti něco nového a jak může výzkum exoplanet objasnit historii našeho vlastního planetárního systému?

Co se týká teorie s pěti planetami, je o tuto možnost docela zájem, hlavně co se týká možných implikací pro Kuiperův pás, planetky, zachycení iregulárních satelitů, Trojany, planety zemského typu a tzv. pozdní bombardování planet a měsíců.

Zatím se objevují dva nové výsledky. Ukazuje se, jak jsem v článku z roku 2011 navrhoval, že pátá obří planeta skutečně zajišťuje stabilitu systému vnitřních planet (od Merkuru po Mars), což je velmi důležitý aspekt mého modelu.

Kosmický dalekohledem Kepler by mohl brzy objevit první měsíce exoplanet. Credit: NASA
Kosmický dalekohledem Kepler by mohl brzy objevit první měsíce exoplanet. Zdroj: NASA

Ukazuje se také, že k zachycení Jupiterových Trojanů dochází jinak než v modelu se čtyřmi planetami. Během interakce mezi pátou planetou a Jupiterem totiž Jupiterova dráha zažívá několik diskrétních změn, kdy se velká poloosa může změnit až o 0,2–0,3 astronomických jednotek. K zachycení Trojanů dochází právě během těchto změn způsobených přiblížením páté planety k Jupiteru.

Navíc bude potenciálně možné vysvětlit pozorovanou asymetrii v počtu Trojanů (zhruba 30 procent ve prospěch populace, která je na dráze před Jupiterem), a to pokud pátá planeta, krátce před tím než byla vymrštěna ze Sluneční soustavy, proletěla populaci, jež na dráze sleduje Jupiter a částečně ji destabilizovala svoji gravitací. Asymetrie Trojanů je klasický problém, známý už několik desetiletí, který se zatím nepodařilo vysvětlit žádným jiným způsobem. Například modely se čtyřmi planetami vždy dávají přesně symetrickou populaci.

Před pár měsíci jsme také publikovali novou statistickou studii modelu se čtyřmi, pěti a šesti obřími planetami (Nesvorný & Morbidelli 2012, Astronomical Journal). Ta jen potvrzuje to, že Sluneční soustava pravděpodobně původně obsahovala o jednu obří planetu navíc.

Objevy a studie exoplanet jsou samozřejmě zcela zásadní k pochopení formování Sluneční soustavy. Naší situaci před objevy prvních exoplanet bych přirovnal k situaci, kdy se imaginární biolog pokouší pochopit ekosystém podmořské fauny na základě jedné ryby, kterou si koupil na trhu.

Teď, kdy se počet známých exoplanet blíží k tisíci, konečně začínáme mít představu o tom, jak se systémy vyvíjí, co je typické a co ne. Naše Sluneční soustava se překvapivě zda být poměrně netypická, což trochu ironicky ukazuje na to, jak beznadějné by bylo snažit se na jejím základě obecně pochopit formování planet a planetárních systémů.

Ještě k tomuto objevu. Jaké jsou současné představy o migraci obřích planet po vzniku naší Sluneční soustavy?

Situace se od roku 2011 se moc nezměnila. Preferován je model s pěti obřími planetami, kdy se pátá planeta, zhruba velikosti Uranu nebo Neptunu, původně nachází na dráze mezi Saturnem a Uranem. Po disipaci plynového disku pak Neptun migruje do primordiálního masivního Kuiperova pásu. Zhruba před 4,1 miliardami let dochází k dynamické nestabilitě, během které se vybudí elipticita dráhy páté planety a ta je pak vyvržena ze Sluneční soustavy Jupiterem.

Dráhy zbývajících čtyř planet se stabilizují dynamickým vlivem Kuiperova pásu, který tak přijde o většinu své původní populace. Část této populace se vyvine do vnitřního slunečního systému, kde spolu s dopadajícími planetkami způsobí pozdní bombardování planet a jejich měsíců.

Planeta bez mateřské hvězdy v představách malíře. Credit: Southwest Research Institute
Planeta bez mateřské hvězdy v představách malíře. Zdroj: Southwest Research Institute

Jste členem týmu HEK, který se zaměřuje na hledání exoměsíců. Jaká je podle vás šance, že se v nejbližší době dočkáme objevu prvního měsíce exoplanety a bude možné vůbec takové objevy potvrdit?

Myslím, že šance je opravdu dobrá. Připravujeme teď článek, diskutující první tři systémy, které ukazují transitní anomálie, očekávané od exoměsíců. Zatím jsou to jen kandidáti a nová data z projektu Kepler budou potřeba na jejich potvrzení či vyvrácení. Potvrzení exoměsíců není složitější než potvrzení malých planet. Je prostě potřeba se statistický přesvědčit, že data je možné dobře nafitovat exoměsícem a zároveň vetovat jakoukoliv jinou možnost jako planetární perturbace, stelární skvrny, blending atd.

Jakým způsobem bychom podle vás měli případně exoměsíce označovat? Když jsem kdysi dělal rozhovor s Davidem Kippingem, navrhoval přidávat římské číslice za název exoplanety (např. TrES-2 bi, TrES-2 bii,..). Je podle Vás tohle cesta nebo máte jiný nápad?

Ano, to by byl jednoduchý a výstižný systém. Pojmenování exoměsíců se ale asi bude odvíjet od prvního objevu a od toho, jak bude první exoměsíc nazván svým objevitelem.

Kipping má dobrou šanci svůj systém prosadit, pokud se projektu HEK podaří objevit první exoměsíc. Také je otázkou, zda existují systémy binárních exoplanet (tipnul bych si, že ano), kde je „exoměsíc“ skoro tak velký jako „planeta“, a jak označovat tyto případy.

Před pár lety se také objevila studie od vás a dr. Vokrouhlického, podle které vyhloubil kráter Chicxulub fragment z planetky Baptistina. Později byly tyto závěry zpochybněny na základě pozorování WISE. Je v této oblasti něco nového, můžeme dnes Baptistinu jako viníka vyloučit nebo naopak potvrdit?

Zatím není situace vyjasněna. Asi bude ještě chvíli trvat, než se zcela vyjasní. Naše závěry byly zpochybněné na základě následujících argumentů:

Pozorování WISE ukázala, že albedo rodiny Baptistina je vyšší (asi 12% průměr), než jsme původně předpokládali (5 %). To má dva důsledky.

Revize věku rodiny, který se odhaduje z jejího dynamického rozšiřování Jarkovského efektem (jehož magnituda závisí na albedu), je zhruba 100 miliónů let, tedy o 60 milionů let méně, než jsme původně odhadovali. To ale není problémem a spíše našemu tvrzení pomáhá, protože většina impaktu na Zemi se očekává asi 40 miliónů let po vytvoření rodiny a s revidovaným věkem tedy zhruba v období K/T.

Kráter Chicxulub na poloostrově Yucatán je dnes ukrytý pod vrstvou sedimentů. Vyhloubila ho planetka z rodiny Baptistina?
Kráter Chicxulub na poloostrově Yucatán je dnes ukrytý pod vrstvou sedimentů. Vyhloubila ho planetka z rodiny Baptistina?

Druhým důsledkem je to, že planetky v rodině Baptistina jsou menší, než jsme odhadovali s pětiprocentním albedem. To by pak znamenalo, že by nebylo statisticky pravděpodobné vytvořit K/T impakt, pokud impaktor měl skutečně cca 10 km v průměru. Nové studie ale naznačují že K/T impaktor byl menší, „jen“ zhruba 5–7 km v průměru. V tomto případě by náš původní model byl v pořádku i s revidovaným albedem.

Další diskuze se týkají spektroskopie a tomu, zda mineralogické složení fragmentů v Baptistině je skutečně kompatibilní s analýzou K/T impaktu, na jejímž základě se odhaduje že impaktor byl takzvaný CM chondrit. Tam je však situace ještě zamotanější.

Nejčtenější