Honba za dvojčetem Země přednáška 13. března 2001 pro HaP M. Koperníka v Brně

Prolog: I. Hurník Kde je střed

Jak to všechno začalo... •za otázkou „Jsou u jiných hvězd také planetární soustavy?“ se vždy vloudí následné úvahy o existenci života mimo Zemi •touha objevit planetu podobnou Zemi je logická, protože tam pak očekáváme možnou existenci života

Historie •filozofické úvahy Démokrites, Epikúros •inspirace spekulativních úvah Giordana Bruna, Goetha, Kanta... •první doložený pokus spatřit planetu u jiné hvězdy provedl svým dalekohledem Huygens

Historie •nová naděje vznikla až počátkem 20. století s rozvojem přesné astrometrie a spektroskopie •v 50. letech oznámil Van de Kamp objev planety u Barnardovy hvězdy, nikdy nepotvrzeno, omyl • Frail, Wolszczan objevili planetu u pulsaru

Epochální objev •v říjnu 1995 oznamují Švýcaři Queloz a Mayor objev planety u hvězdy 51 Pegasi •potvrzeno nezávisle Američany Marcym a Butlerem •použitá metoda - spektroskopická měření RV

Epochální objev

•rozhovor s Marcym a Quelozem z roku 1996 •David Gray zpochybňuje objev, podává vysvětlení - pulsace hvězdy •spor trvá déle než rok, nakonec Gray sám uznává svou chybu

Definice exoplanety •„planeta“ je těleso, které má hmotnost větší než Pluto, ale menší než stačí k „hoření“ deutéria v jeho nitru a obíhá kolem tělesa, v jehož centrálních oblastech jaderné reakce probíhají •tato definice (Marcy, Butler) udává horní mez hmotnosti planet ~ M Jupitera

Metody detekce jinoplanet •přímé zobrazení •měření pohybů centrální hvězdy (astrometrie, spektroskopie) •přechod planety přes hvězdný disk •gravitační čočkování

Přímé zobrazení •planety jsou velmi málo jasné a příliš blízko u centrální hvězdy •snaha obejít kombinaci těchto dvou nepříjemných vlivů - speciální metody •pozorování z povrchu Země - vliv turbulence atmosféry •řešením může být adaptivní optika •jsou parametry zjistitelné pouze přímým zobrazením

Měření pohybů centrální hvězdy •centrální hvězda mění polohu •poloměr dráhy je a H = a.M P /M H perioda = doba 1 oběhu planety •pozorovatel může měřit celkem tři měnící se veličiny: RV (  v R /c)  polohu hvězdy a čas příchodu signálu pravidelně vysílaného hvězdou •RV dává spodní mez hmotnosti ! •±3 m/s - Saturn (Země 10 cm/s)

Přechod planety přes … •rovina oběhu planety musí být příznivě orientována (pravděpodobnost = R H /a •přesnost fotometrického měření musí být lepší než „hloubka“ poklesu jasnosti •pro Jupiter 1%, pro Zemi •ze Země cca 0,1%, z kosmu !!

Gravitační čočkování •gravitační zesílení ~ hmotnosti planety a její vzdálenosti od Země •použitelné pro tělesa ve vzdálenostech řádově kpc a více •další nevýhodou je jedinečnost •tato metoda dokazuje, že průvodce o M J ve vzdálenosti 3 AU (a větší) má méně než 25% hvězd

Současný stav exoplanetární ZOO •u hvězd na hlavní posloupnosti: HD83443, HD16141, HD168746, HD46375, HD108147, HD75289, 51 Peg, BD , HD6434, HD187123, HD209458, ypsilon And, HD192263, epsilon Eridani, HD38529, HD179949, 55 Cnc, HD121504, HD37124, HD130322, rho CrB, HD52265, HD177830, HD217107, HD210277, HD27442, 16 Cyg B, HD134987, HD160691, HD19994, Gliese 876, HD92788, HD82943, HR810, 47 UMa, HD12661, HD169830, 14 Her, GJ 3021, HD195019, Gl 86, tau Boo, HD190228, HD168443, HD222582, HD10697, 70 Vir, HD89744, HD114762

Současný stav exoplanetární ZOO •u pulsarů: PSR , PSR B •protoplanetární disky: beta Pic, L1551, BD •objekty nepotvrzené: W 3 (OH), HR7875, Geminga, PSR , PSR , Q A, Lalande 21185, CM Dra, Alpha Tau, TMR-1C, 98-BLG-35, 95-BLG-3, 97- BLG-41, 94-BLG-4

Současný stav exoplanetární ZOO

•pouze u ypsilon And nalezeny 3 planety •jen u 55 Cnc nalezen prachový disk •nové otázky: jaké % hvězd má PS, jsou podobné SS, jaké jsou jejich fyz. vlastnosti, jak vznikly a jak se vyvíjely, jak se mění vlastnosti PS v závislosti na vlastnostech centrálních hvězd ?? •je na některé z nich život ???

Předběžné závěry •první objevy byly v mnohých aspektech překvapující •asi 5% všech hvězd na HP má velkou planetu ve vzdálenosti < 2 AU, jak tomu bude pro planety typu Země? •pozorování přechodu planety přes disk hvězdy HD potvrdilo věrohodnost metody měření RV •stanovení poloměru na 1,3 R J a hmotnosti na 0,6 M J - potvrzení „jupiterovské“ povahy planety

Předběžné závěry •zcela neočekávaně se prvními objevenými exoplanetami stala tělesa obíhající kolem pulsarů •první exoplaneta u hvězdy na HP byla 100x blíže centrální hvězdě než jsme očekávali •nečekaně velký počet planet má nezvykle velkou výstřednost dráhy •dosažení hmotnostního limitu = M Saturna

Pohled do budoucnosti •měření RV - ESO zahájí program na 3,6 metrovém dalekohledu (chyba 1-2 m/s) běží švýcarský monitoring 800 hvězd, Marcy a kol. zahájil přehlídku 400 hvězd •astrometrický výzkum - mise FAME by měla startovat 2004 (50  as, 10 2 M J ), mise SIM (4  as, M Sat do 15 pc, M Z 5 pc) mise GAIA (1  as, 10 2 těles o hm. 10M Z a cca M J )

Pohled do budoucnosti •přímé zobrazení - Keck, VLT, z kosmu pak NGST (nástupce HST 2007 ?), DARWIN, TPF, projekt Epicurus •přechody přes stelární disk - HST během 9 dnů sledoval v červenci 1999 přes hvězd v 47 Tuc (výsledek - 0 ?), mise COROT (2004 ?) bude z 50% asteroseismologická a z 50% pátrající po přechodech, projekt KEPLER velmi ambiciózní, apertura 1 m, 5 let činnosti, předpoklad objevu 10 2 planet M Z obdobný projekt Eddington (ESA)

Pohled do budoucnosti •projekty se zaměřením na hledání vhodného exoplanetárního prostředí - prstence exoplanet, jejich přirozené satelity •hledání magnetosfér ? •exokometární mračna ?

Hledání jinoživota •obyvatelné zóny - rozmezí hmotnosti takové planety 0, M Z a T=300 K •pak vzdálenost od centrální hvězdy musí být a=0,7.R H.(T H /300) 2 a v závislosti na sp. typu hvězdy dostáváme 0,1 až 2 AU •hvězdy s povrch teplotou nad 6500 K se vyvíjejí příliš rychle než aby poskytly potřebné dlouhodobě stabilní prostředí, přestože jejich obyv. zóny jsou větší

Hledání jinoživota •jaké jsou spektroskopické „otisky prstů“ života na jiných planetách ? •pátrání po molekulárním kyslíku a ozónu •pátrání po chlorofylu, ten na Zemi absorbuje 80% světla ( nm)

Exooptimismus •po 2300 letech jsme odpověděli na Epikúrovu otázku •troška jinoplanetární futurologie •přímé zobrazení 2005 •detekce dvojčete Země 2005 •spektrální známky života •vícepixelové zobrazení >2025 •vícepixelová spektroskopie >2030 •po kolika letech odpovíme na Nerudovu otázku „… jsou-li tam žáby taky …“ ??

Literatura •J. Schneider: Exoplanets, Encyklopedia of Astronomy and Astrophysics •Marcy, Butler: Planets Beyond, Astronomy 3/2000, str •Doyle, Deeg, Jenkins: Discovering Worlds in Transit, Astronomy 3/2001, str • •J. Grygar Žně objevů •J. Dušek a R. Novák články na •několik desítek původních vědeckých prací Marcyho, Butlera, Queloze, Mayera a přehledové články J. Schneidera

Poděkování •Mgr. Jiřímu Holušovi za překlad rozhovoru s profesorem Marcym a Quelozem •Mgr. Holušovi a Tomáši Havlíkovi za pořízení nahrávky povídky I. Hurníka „Kde je střed“ •Pavlu Kapounovi za pomoc s úpravou některých obrázků •našim vrcholovým politikům za to, že i bez hledání exoplanet se mnohdy cítíme jako z jiné planety

© Tomáš Gráf & Hvězdárna a planetárium Johanna Palisy v Ostravě... a to je vše, přátelé !