V průběhu uplynulých třiceti let se nám podařilo najít několik tisíc extrasolárních planet a celou paletu jejich typů. Od horkých Jupiterů přes super-Země až po mini-Neptuny. Nyní se zdá, že se astronomům podařilo identifikovat planety, které by mohly nápadně připomínat planetu Kamino známou ze světa Star Wars. Tato planeta je proslulá tím, že se na jejím povrchu nachází obrovské množství vody, takže jde vlastně o jediný velký oceán. Tento výsledek byl získán díky americkému teleskopu Kepler. Jak je to ale možné, když již není v provozu? A co víme o zmíněných planetách? Na to se podíváme v dnešním příspěvku.

Objevy exoplanet a dalekohled Kepler

První exoplanetu jsme nalezli v roce 1992 u pulsaru, první exoplanetu u hvězdy hlavní posloupnosti pak o tři roky později. Pomineme-li detekci u pulsaru, která byla trochu výjimečná, dodnes takových planet moc neznáme, sloužila tehdy jako hlavní technika objevů tzv. metoda radiálních rychlostí. Už její název nám něco naznačuje. Zkoumají se totiž pohyby hvězd v radiálním směru, to je k nám nebo od nás. Když se na hvězdu díváme, můžeme v jejím spektru vidět, zda nedochází k jejímu přibližování a vzdalování vlivem hmotného tělesa, které kolem ní obíhá. Tím objektem může být planeta.

Později se přidal druhý postup, tzv. tranzitní metoda. Ta využívá toho, že když přejde planeta před kotoučem své mateřské hvězdy, mírně zeslabí její jas. Dojde tedy k malému zatmění, které v principu můžeme pozorovat. Právě tato technika je vhodná i pro použití v kosmickém prostoru. Po průkopnické misi CoRoT měly následovat družice Eddington a Kepler. Evropská kosmická agentura však nakonec sondu Eddington zrušila, zůstal tak jen americký dalekohled Kepler.

Ten NASA vybrala v rámci programu Discovery jako desátou misi v prosinci 2001. Start proběhl v březnu 2009 na raketě Delta II a teleskop nakonec oproti plánovaným třem a půl letům fungoval 9 let a 7 měsíců až do listopadu 2018. A za tu dobu přinesl mnohé skvělé výsledky. Objevil téměř 3000 exoplanet a našel i několik tisíc dalších kandidátů čekajících na potvrzení. Na jeho práci posléze navázaly observatoře TESS a CHEOPS a v budoucnu se můžeme těšit ještě na sondy PLATO a ARIEL.

Právě díky teleskopu Kepler, který pozoroval více než půl milionu hvězd hlavní posloupnosti a to zejména v oblasti souhvězdí Labutě, Lyry a Draka (v rámci rozšířené mise ale i další místa oblohy) se tranzitní metoda dostala na první místo a překonala dokonce i zpočátku nejúspěšnější metodu radiálních rychlostí. Společně drží tyto dvě techniky stále naprostou většinu objevů exoplanet. Pro srovnání, zatímco metody tranzitů a radiálních rychlostí mají dohromady 5140 detekovaných planet, třetí nejúspěšnější technika gravitačního mikročočkování má pouhých 200 záchytů planet.

Oba hlavní postupy přitom mají své zásadní výhody i nevýhody. Díky tranzitům můžeme poměrně snadno stanovit velikost detekované planety. Další parametry se už ale určují hůře. Hlavní problém je ale vcelku zřejmý. Tímto způsobem umíme detekovat jen planety, které z našeho pohledu přechází před svou hvězdou. Velká spousta nám jich tedy může uniknout. Skrze radiální rychlosti zase umíme odhadnout hmotnost planety, ale nikoliv její velikost. A v tomto případě je zase nevýhodou fakt, že je metoda citlivá hlavně na hmotné planety, nebo ty planety, které leží blízko svých hvězd.

Jak už je možná zřejmé, úplně ideální situace nastane ve chvíli, kdy dokážeme danou planetu pozorovat jak tranzitní metodou, tak přes radiální rychlost. V takovém případě můžeme poměrně přesně určit jak velikost, tak hmotnost planety, ale co je zásadnější, můžeme též stanovit její hustotu. To je velmi důležité, neboť díky tomu víme, zda jde o planetu plynnou či naopak kamennou, případně ještě nějaký zcela jiný typ.

Systém Kepler-138

V loňském roce provedli astronomové důkladnou analýzu planet Kepler-138c a Kepler-138d, které se nacházejí u hvězdy Kepler-138. Ta leží 219 světelných let od Země ve směru souhvězdí Lyry. Jde o červeného trpaslíka spektrálního typu M1V. Na základě dat teleskopu Kepler se podařilo v systému najít tři planety, jež označujeme b, c a d. Jejich detekce byla oznámena v roce 2014. Dle tehdejších měření se zdálo, že planeta b je zřejmě kamenné těleso velikosti Marsu, zatímco planety c a d jsou super-Země, kamenné planety, které ale mají oproti Zemi větší velikost (a hmotnost).

V nedávné době se astronomům podařilo provést důkladnou analýzu planet Kepler-138c a d. Jakožto předpokládané super-Země u nich vědce zajímala možnost průzkumu jejich atmosféry. Za tím účelem shromáždili data ze Spitzerova a Hubbleova dalekohledu. Ta pokrývala rozmezí sedmi let. V tomto případě to úplně bohatě postačuje k možnosti zjistit mimořádně precizní informace, studované planety totiž oběhnou svou hvězdu za 13,7, respektive 23,1 dne. Jinými slovy, v průběhu sedmi let můžete vidět množství oběhů planet.

Astrofyziky však čekalo překvapení. Ukázalo se totiž, že v systému pozorují neočekávané odchylky drah známých planet. Ty jsou vysvětlitelné jen velmi obtížně, pokud nepřipustíme to, že je v soustavě přítomna ještě jedna planeta. Ta získala označení Kepler-138e a je dosud hypotetická. Její existence je pravděpodobná, ale zatím ne zcela spolehlivě prokázaná. Dalekohled Kepler ji přitom neviděl právě proto, že z našeho pohledu nepřechází před svou mateřskou hvězdou.

Kepler-138e má podle výpočtů oproti Zemi zhruba poloviční hmotnost (průměr neznámý) a ze všech čtyř planet obíhá nejdále. Rok na ní trvá asi 38 pozemských dní, což není ani polovina doby za niž oběhne naše Slunce Merkur. A to je Merkur planeta své hvězdě nejbližší, zatímco zde hovoříme o planetě nejvzdálenější. Pokud Kepler-138e existuje, poměrně zásadně to mění situaci i pro již známé planety Kepler-138c a d.

Našli jsme vodní planety?

Nová analýza ukazuje, že aby celý model se čtyřmi planetami fungoval správně, musí mít tyto dvě planety úplně jinou (výrazně nižší) hustotu oproti předpokladům. To lze při zachování ostatních známých parametrů vysvětlit pouze tak, že značnou část objemu těchto těles zaujímá voda nebo nějaká jí podobná kapalina. Nejedná se tak dost možná o super-Země, nýbrž o planety podobné měsícům jako je Europa či Enceladus.

Vysvětlení operující s planetami na nichž najdeme obrovské množství vody či jiné kapaliny určitě není jediné možné. Mohlo by se jednat třeba i o planety, v jejichž atmosféře se vyskytuje hodně prvků ze začátku periodické tabulky, zejména vodík a helium. Tyto plyny jsou totiž dosti lehké a mají i nízkou hustotu, takže by pozorování taktéž mohla vysvětlit. Jenže si musíme uvědomit, že planety v systému Kepler-138 obíhají blízko své hvězdy. Takto lehké plyny by proto hvězda (navíc tak aktivní, jak červení trpaslíci bývají) nejspíše dokázala dosti rychle odfouknout, až by nakonec žádná atmosféra nezbyla.

Hypotéza planet s atmosférami plnými lehkých prvků proto nezní příliš realisticky. Ale i představa vodních světů je poměrně nezvyklá. Ve Sluneční soustavě známe několik těles, která obsahují velké množství vody. Podpovrchové oceány se vyskytují třeba na Europě, Enceladu, Ganymedu a řadě dalších objektů. Všechny ale mají jedno společné. Od Slunce jsou relativně hodně vzdálené a jejich (většinou) globální podpovrchový oceán je krytý vrstvou několika desítek až stovek kilometrů ledu.

I když se v nich díky vnitřním procesům jednotlivých těles může nacházet život, nacházejí se všechny mimo obyvatelnou zónu své hvězdy, tedy Slunce. Kepler 138c i d ale obíhají v obyvatelné zóně, takže se na nich může voda vyskytovat v kapalném skupenství přímo na povrchu. Není k tomu třeba žádná izolační vrstva ledu ani hornin. Popřípadě není pochopitelně vyloučená ani přítomnost vodní páry v atmosféře.

Planety Kepler 138c a d proto dost možná nevypadají jako Europa, či Enceladus, ale jako světy, které mají na povrchu globální vodní (či jiný) oceán. Zde si právě můžeme pomoci tím, že se vydáme do dávných časů a jedné předaleké galaxie, kde najdeme zmíněnou planetu Kamino ukázanou poprvé ve druhé epizodě Star Wars nazvané Klony útočí. Jde o onu planetu na níž sídlí klonovači, kteří připravili velkou armádu Galaktické republiky. Právě tato planeta možná docela dobře odpovídá vzhledu planet Kepler-138c a d.

Zůstává ovšem záhada, jak mohly takto vypadající planety v tomto místě svého systému vzniknout. Pokud ovšem vůbec existují. Prozatím jde stále pouze o hypotézu, jež je založena na přítomnosti čtvrté planety. Ta je sice podle dat o oběhu dalších tří planet pravděpodobná, nakonec se ale může ukázat, že má situace jiné vysvětlení a Kepler-138e neexistuje. To by znamenalo i nutnost přehodnotit to, co víme o zbylých planetách soustavy.

Závěr

Možná, že jsme velmi blízko k potvrzení detekce dalšího nového druhu exoplanet, který jsme si zatím mohli pouze představovat či vymýšlet ve sci-fi, ale reálně jsme žádné zástupce neznali. S tím, kolik pozemských i kosmických teleskopů se průzkumu exoplanet věnuje a se stále se zdokonalujícími metodami detekce a pozorování lze důvodně očekávat, že v příštích několika letech budeme vědět, zda jsou planety Kepler-138c a d skutečné vodní světy.

Opravy a doplnění

• 2. prosince 2023 15:00 – Na základě upozornění Romana Borika opraveno několik překlepů a jedna chybná formulace vzniklá taktéž překlepem, že planeta Kepler-138b je velikosti Marsu, zatímco Kepler-138b a c jsou super-Země. Správně má být pochopitelně, to, že Kepler-138b je velikosti Marsu a super-Země jsou Kepler-138c a d.

Použité a doporučené zdroje

• NASA Kepler: https://science.nasa.gov/mission/kepler/
• NASA Exoplanets: https://exoplanets.nasa.gov/
• Exoplanets Encyclopaedia: https://exoplanet.eu/home/

Zdroje obrázků

• https://swrpggm.com/wp-content/uploads/2021/04/Kamino_FE.png
• https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/7/7c/Artist%27s_concept_of_PSR_B1257%2B12_system.jpg
• https://www.researchgate.net/profile/Andrew-Mao-2/publication/312524607/figure/fig1/AS:452176024739840@1484818573073/A-light-curve-showing-the-transit-method-of-detecting-exoplanets.png
• https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/0/07/Kepler_FOV_hiRes.jpg
• https://i.ytimg.com/vi/3yij1rJOefM/maxresdefault.jpg
• https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/b/be/LombergA1024.jpg
• http://www.allplanets.ru/images/o_Kepler_138.jpg
• https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/2/2c/Artist%27s_Impression_of_Kepler_138_Planetary_System_%282022-048%29.png/1200px-Artist%27s_Impression_of_Kepler_138_Planetary_System_%282022-048%29.png
• https://cdn.sci.news/images/enlarge10/image_11481e-Kepler-138d.jpg
• https://malevus.com/wp-content/uploads/2022/12/super-earth-water-planet.jpg
• https://i0.wp.com/www.exemplaire.com.ulaval.ca/wp-content/uploads/2023/11/Kepler-138_3.png?resize=361%2C300&ssl=1