Hledání exoměsíců oficiálně začíná

Petr Kubala  |  Vesmír
Umělecká představa exoměsíce. Zdroj: program Celestia

Jednoho dne budete moci vyprávět svým vnoučatům, že to bylo na konci roku 2011, kdy astronomové začali hledat měsíce exoplanet.

Už téměř osmnáct let objevujeme planety mimo Sluneční soustavu. Nadchází ovšem doba, kdy budeme hledat přímo měsíce těchto vzdálených světů. Otázku exoměsíců mezi veřejností oživil film Avatar od Jamese Camerona, který se odehrává na fiktivním měsíci hypotetické planety u blízké hvězdné soustavy.

Na startu prestižního závodu

Samotné započetí hledání exoměsíců s premiérou filmu nijak nesouvisí. Za vším je kosmický dalekohled Kepler, jehož data by mohla objevy prvních zástupců zcela nové kategorie nebeských objektů přinést.

Kdybychom převzali terminologii z Formule 1, pak v uplynulých dvou, možná třech letech probíhalo zahřívací kolo a v současné době stojíme na startu závodu. Nikdo ovšem neví, kolik bude mít kol a kdy uvidíme šachovnicový prapor, značící první věrohodný objev exoměsíce.

V zahřívacím kole probíhaly rané fáze pozorování dalekohledu Kepler (start v březnu 2009), jehož hlavním cílem je objevování exoplanet. Zatím se mu to daří docela dobře, potvrzených objevů je sice jen hrstka, ale nepotvrzených kandidátů podle zákulisních informací už kolem tří tisíc. Na základě i nepotvrzených objevů budeme moci vytvářet statistické závěry o počtu exoplanet v naší Galaxii, počtu exoplanet u jednotlivých hvězd atd.

Tématika exoměsíců se začala řešit teprve nedávno, do značné míry za to mohl mladý astronom David Kippingov (University College London). Je autorem nejen velmi podrobné doktorské práce na toto téma ale i celé řady simulací a studií.

Kosmický dalekohled Kepler. Zdroj: NASA, Kepler team
Kosmický dalekohled Kepler. Zdroj: NASA, Kepler team

Motivace hledat exoměsíce je přitom podstatně starší. Zkušenosti ze Sluneční soustavy nám dokazují, že měsíce planet mohou být lukrativními místy pro astrobiologické úvahy a to dokonce i tehdy, když se nachází mimo obyvatelnou oblast. Příkladem budiž zejména Jupitery měsíce Europa a Ganymed nebo Saturnovy měsíce Enceladus a Titan.

Jak je nalézt?

Dnes se obecně předpokládá, že měsíce planet mohou vznikat třemi základními způsoby. Prvním je zachycení planetky gravitací planety, podobně jako je tomu například u Marsovských měsíců. Takové měsíce budou ale patrně velmi malé a tudíž v nejbližší době jen těžko odhalitelné.

Druhý scénář dobře poznáme. V rané fázi planetárního systému přiletí odkudsi z kosmických dálav větší zárodek budoucí planety a narazí do dalšího podobného tělesa. Z vyvrženého materiálu se následně zformuje měsíc. Podle současných teorií takto vznikl i měsíc naší Země.

Konečně třetím scénářem je společný vznik planety i jejího měsíce z protoplanetárního disku.

0,03% aneb chytáme se jen stébla?

Někteří autoři argumentují existencí poměru mezi hmotností obřích planet a jejich měsíců ve Sluneční soustavě, který se pohybuje do maximálně 0,03 %. V tomto případě bychom však měli být obezřetní. Vyvozovat závěry o jiných planetárních systémech na základě znalosti Sluneční soustavy se nám už párkrát vymstilo. Už při hledání prvních exoplanet astronomové předpokládali, že obří planety obíhají dál od svých hvězd s periodou v řádu let. Jaké bylo překvapení, když první exoplaneta obíhala kolem své hvězdy s periodou jen něco málo přes čtyři dny!

Pokud bychom ale tento argument přijali, pak by exoplaneta o hmotnosti řekněme 8 Jupiterů mohla disponovat měsícem o hmotnosti až 0,7 Země. Exoplanety o této hmotnosti jsme už našli a to i podstatně hmotnější. I když po překročení 13 Jupiterů je namístě diskuze, zda nejde spíše o hnědé trpaslíky, tedy přechodnou fázi mezi hvězdami a planetami.

Lidé z Portorické univerzity šli dokonce ještě dál a ruku v ruce s tímto argumentem sestavili katalog možných exoměsíců v obyvatelné oblasti. Jak? Jednoduše vzali plynné obry, kteří byli objevení v obyvatelné zóně (tedy vzdálenosti od hvězdy, ve které může mít hypotetická planeta podmínky k udržení vody v kapalném skupenství) a přiřadili k nim možné měsíce. Výsledkem je až 28 hypotetických obyvatelných exoměsíců. Podívat se na ně můžete na této stránce.

Jak najít exoměsíc

Zřejmě jedinou metodou, se kterou které máme šanci nalézt exoměsíce v nejbližších letech, je tranzitní fotometrie – ale povýšena o dynamický člen. Samotná tranzitní metoda, kterou využívá například zmíněný Kepler, spočívá v dlouhodobém pozorování vybraných hvězd. Pokud okolo některé z nich obíhá exoplaneta a máme štěstí, že před svou hvězdou přechází z našeho pohledu, můžeme pozorovat periodické poklesy jasnosti hvězdy.

Samozřejmě může nastat případ, kdy planeta před svou hvězdou přechází společně se svým měsícem. Tento jev by se měl projevit v deformaci světelné křivky (grafu závislosti jasnosti na čase). Podle nových simulací by Kepler tímto způsobem mohl nalézt exoměsíce o poloměru 0,3 Země! K odhalení případných satelitů by ovšem byla potřeba pozorovat vybrané hvězdy dostatečně dlouho a získat světelné křivky mnoha tranzitů. Abychom měsíc v datech „viděli“ musí být během tranzitu (trvajícího přibližně 2–3 hodiny) v pozici „vedle“ planety a nikoli za nebo před ní.

Světelné křivky prvních exoplanet, které Kepler objevil
Světelné křivky prvních exoplanet, které Kepler objevil

Druhou možností je přidání zmíněného dynamického členu. Pokud okolo planety obíhá měsíc, ovlivňuje ji svou gravitací, což se může v tranzitech exoplanety projevit hned dvěma způsoby. Může docházet ke zpožďování okamžiku přechodu planety před hvězdou a také k odchylkám v orbitální rychlosti a tedy době, po kterou planeta před hvězdou přechází.

Kdo zaplatí Keplera

David Kipping nyní společně se svými kolegy zakládá projekt HEK (Hunt for Exomoons with Kepler). Jeho úkolem je pátrat po exoměsících v datech z Keplera především metodami, které využívají onen dynamický člen.

Součástí projektu je nově i český vědec David Nesvorný, působící v USA. Nedávno přišel se zajímavou teorií, že naše Sluneční soustava měla po svém vzniku ještě jednu obří plynnou planetu, která byla při gravitačních hrátkách s ostatními planetami vystřelena ven z planetárního systému.

O úspěchu či neúspěchu může nakonec rozhodnout i délka mise Keplera. Ta je prozatím garantována do podzimu příštího roku s tím, že tým lidí okolo lovce exoplanet již intenzivně připravuje žádost na prodloužení mise. Roční provoz dalekohledu stojí dvacet milionů dolarů, které nebude vzhledem k probíhajícím škrtům snadné nalézt. Už dnes je v rámci týmu značně napjatá atmosféra a řada jeho členů před pár měsíci odešla nebo byla odejita.

Ale nejde jen o exoměsíce. Některé simulace naznačují, že v obrovském množství dat z Keplera můžeme vhodnou analýzou objevit i důkazy o existenci prstenců exoplanet. Ne nepodobných těm, které tak proslavily planetu Saturn i další plynné obry Sluneční soustavy.

Na závěr si nemůžeme odpustit jednu perličku. Projekt HEK si zaregistroval trochu provokativní doménu exomoon.eu. Je analogií nejznámějšího katalogu exoplanet (exoplanet.eu), jenž je v provozu od samotného zrodu oboru v roce 1995.

Nemáme křišťálovou kouli, a tak nemůžeme říci, zda se první exoměsíce podaří nalézt za rok, za dva či až za deset let. I mezi astronomy se najde řada nevěřících Tomášů. Ti by se ale našli i na jedné vědecké konferenci, která probíhala v roce 1995 na francouzské observatoři Haute Provence – jen pár desítek metrů od spektrografu, jenž měl tou dobou na svém kontě objev první planety mimo Sluneční soustavu. O něm tenkrát věděla jen hrstka zasvěcených.

Další čtení

Nejčtenější