Jednou z nejvíce fascinujících a nejrychleji se rozvíjejících oblastí astrofyziky je výzkum extrasolárních planet, tedy planet u jiných hvězd. Ačkoliv si ještě v polovině minulého století někteří odborníci mysleli, že tyto planety nebude možné nikdy detekovat, natožpak spatřit, od konce 80. let minulého století se situace během pár let razantně změnila. Objevili jsme totiž několik planet a všechny nám řádně zamotaly hlavu, jednalo se totiž o planety, které dle tehdejších modelů vývoje planet ani neměly existovat. Od té doby se exoplanety staly velmi vděčným tématem výzkumu a dnes jich známe již více než 5500. Ale i dnes nám mohou exoplanety přichystat pořádné překvapení, jak dokazuje nový objev evropského teleskopu CHEOPS.

Exoplanety a co o nich víme

Umělecká představa planety u pulsaru.
Zdroj: https://upload.wikimedia.org/

Poměrně dlouhou dobu panovala obecná představa, že běžný planetární systém bude vypadat podobně jako Sluneční soustava. Uspořádání planet by tedy mělo být takové, že blíže u hvězdy budou menší pevné kamenné planety, zatímco ve větší vzdálenosti najdeme velké plynné a ledové obry. Jenže v roce 1992 nalezli astronomové planety u pulsaru, pozůstatku po mohutném výbuchu supernovy. Kde se tam planety vzaly nevíme. Možná výbuch přežily, možná se zformovaly až po explozi z vyvrženého materiálu.

Aby toho nebylo málo, o tři roky později detekovali Michel Mayor a Didier Queloz první planetu u hvězdy hlavní posloupnosti, kterou byla 51 Pegasi. Ani ta nesplnila očekávání astronomů. Šlo totiž o plynného obra, který ale obíhal velmi blízko své hvězdě. Odborníci tedy měli první důkaz, že zřejmě ne všechny planetární systémy jsou podobné tomu našemu. Zdálo se dokonce, že existují úplně nové kategorie planet.

Umělecká představa systému 51 Pegasi.
Zdroj: https://upload.wikimedia.org/

Jak jsem zmínil výše, dnes už známe přes 5400 exoplanet a situace se ještě více zkomplikovala. Zcela jistě platí to, že zdaleka ne všechny soustavy jsou podobné té, kterou najdeme u Slunce. Podařilo se nám již detekovat planety u pulsarů, červených trpaslíků, hvězd podobných Slunci či naopak hvězd jasnějších a známe dokonce už i zástupce bludných planet, které žádnou hvězdu neobíhají a samostatně se potulují vesmírem.

Pokud jde o typy planet, detekovali jsme už i planety podobné Zemi, které nás nejvíce zajímají. Ukázalo se ale i to, že tzv. horcí Jupiteři, kam řadíme plynné obry obíhající v blízkosti svých hvězd, jsou poměrně běžní a v případě 51 Pegasi tedy nešlo o žádnou statistickou odchylku nebo náhodu. Úplně novou kategorii tvoří tzv. super Země nebo mini Neptuny, planety s hmotností v rozmezí mezi Zemí a Neptunem. Jak se zdá, tento typ planet je dokonce možná v Galaxii nejběžnější.

Statistika exoplanet z roku 2014. Na vodorovné ose je hlavní poloosa dráhy planety (v astronomických jednotkách), tedy jak daleko od hvězdy planeta obíhá. Na svislé ose potom máme poloměr planety.
Zdroj: https://www.researchgate.net/

Faktem je, že stále můžeme hovořit o jistém výběrovém efektu. Většina planet byla totiž objevena pomocí metody radiálních rychlostí nebo díky tranzitům. V prvním případě se měří rychlost hvězdy ve směru k nám, respektive od nás. Pokud má hvězda planetu, periodicky se k nám přibližuje a zase se vzdaluje, což můžeme poznat ze spektra jejího záření (díky rudému a modrému posuvu). Ve druhém případě se sledují drobné změny jasnosti hvězd, které vznikají, když před nimi prochází planeta.

Na první pohled je zjevné, že obě metody jsou citlivé zejména na některé typy exoplanet. Je proto klidně možné, že s rozvojem dalších metod se nám podaří objevit mnoho zástupců planet nějakého typu, který dnes považujeme za méně běžný. Se zlepšující se technikou také budeme čím dál častěji objevovat stále menší planety a také ty planety, které jsou od svých hvězd dále.

Kosmické observatoře a sonda CHEOPS

Teleskop Kepler během předstartovní přípravy.
Zdroj: https://upload.wikimedia.org

Nezanedbatelnou část exoplanet objevili astronomové z povrchu Země. Už v rané fázi výzkumu těchto těles je ale napadlo, že by bylo výhodné mít vlastní specializovanou observatoř v kosmickém prostoru. První testovací misí byl francouzský CoRoT, jenž objevil zhruba 30 potvrzených planet a několik set kandidátů. Na CoRoT měla navázat mise Eddington, ta byla ale k nelibosti odborné komunity zrušena.

Dalším kosmickým teleskopem zkoumajícím exoplanety stal americký Kepler. Tuto misi je patrně zbytečné představovat, s jejími úspěchy je snad seznámen každý, stačí konstatovat, že většinu známých planet objevil právě teleskop Kepler. Kromě toho má na kontě také několik tisíc kandidátů, které se snad v dohledné době podaří potvrdit nebo vyvrátit. Podobně jako Kepler je na tom též navazující americká sonda TESS, snad jen s tím rozdílem, že má zatím poměrně málo potvrzených objevů, ale o to více kandidátů. V jejich počtu se už dokonce blíží dalekohledu Kepler.

CHEOPS během zkušební fáze.
Zdroj: http://sci.esa.int

Evropská kosmická agentura připravila v rámci programu Cosmic Vision jako první misi kategorie S (Small), jež je omezena rozpočtem 50 milionů euro, družici CHaracterising ExOPlanets Satellite (CHEOPS). Jde o projekt určený především ke studiu již známých planet. CHEOPS by měl určit jejich velikost, hmotnost, hustotu, složení a další parametry. K tomu je vybaven dalekohledem typu Ritchey-Chrétien o průměru 30 centimetrů. Sám CHEOPS má potom rozměry 1,5 x 1,5 x 1,5 metru.

Do kosmického prostoru jej 18. prosince 2019 vynesla raketa Sojuz-ST-A startující z kosmodromu Kourou ve Francouzské Guyaně. Společně s teleskopem CHEOPS letěla ještě italská družice COSMO-SkyMed sloužící k pozorování Země, a několik cubesatů. Od horního stupně nosné rakety se CHEOPS oddělil dvě hodiny a 23 minut po startu a následně se dostal na heliosynchronní dráhu s výškou perigea 712 kilometrů a výškou apogea 715 kilometrů, na níž setrvává dodnes. Vědecká fáze mise začala v dubnu 2020 a původně byla plánována na tři a půl roku. V roce 2023 došlo nicméně k prodloužení až do roku 2026.

Nejodrazivější exoplaneta

Albedo jednotlivých povrchů na Zemi.
Zdroj: https://upload.wikimedia.org/

Míra odrazivosti tělesa, ať už povrchu nebo atmosféry, se nazývá albedo. Jedná se o poměr mezi dopadajícím a odraženým elektromagnetickým zářením. Hodnotu albeda obvykle vyjadřujeme v procentech, tedy od 0 do 100 procent. U Země je albedo asi 31 %, zatímco u Měsíce je to jen asi 11 %. Ze všech těles ve Sluneční soustavě má nejvyšší Albedo měsíc Saturnu Enceladus, a to celých 99 %. U planet dosahuje nejvyšší hodnoty, 75 %, Venuše, a to díky své husté atmosféře.

Až dosud jsme neznali žádnou exoplanetu, která by se svým albedem Venuši přiblížila nebo ji dokonce překonala. To se ale nedávno změnilo zásluhou teleskopu CHEOPS. Už v roce 2019 objevila observatoř TESS planetu LTT 9779b u hvězdy hlavní posloupnosti spektrálního typu G7V (Slunce je typ G2V, LTT 9779 je tedy o něco chladnější). Tato hvězda se nachází asi 264 světelných let od Země ve směru souhvězdí Sochaře na jižní hvězdné obloze.

Hvězda LTT 9779 se svou planetou (vpravo).
Zdroj: https://www.esa.int/

U hvězdy se nachází jedna potvrzená planeta, kterou je právě LTT 9779b. Některé studie naznačují možnou přítomnost druhé planety, ale to zatím nebylo spolehlivě potvrzeno. LTT 9779b obíhá velmi blízko své hvězdě, jeden oběh jí trvá pouhých 19 hodin. Teplota na přivrácené straně tedy dosahuje neuvěřitelných 2000 stupňů Celsia, respektive podle měření Spitzerova teleskopu je to 2032 stupňů (šlo o jedno z posledních pozorování Spitzeru v roce 2019). Planeta má poloměr rovný asi 4,7 násobku poloměru Země a hmotnost činí oproti Zemi asi 29 násobek.

Na svislé ose grafu vidíme hmotnost planet, na vodorovné ose jejich obežnou dobu ve dnech.
Každé kolečko představuje planetu. Objekty nalezené tranzitní metodou zobrazeny modře, metodu radiálních rychlostí reprezentuje zelená a ostatní metody šedá. Plné kolečko zobrazuje planety s poměrně dobře určenou hmotností, prázdná kolečka ty, kde je chyba měření vyšší než 30 %.
Černé linie představují hranice tzv. Neptunské poušti a jak vidíte, uvnitř skutečně moc planet není.
Zdroj: https://upload.wikimedia.org/

Nejedná se proto ani o mimořádně horkou obdobu Země, ani o analog Jupitera, ale o planetu, která se@ svými parametry nejvíce blíží Neptunu. Tím míníme samozřejmě hmotnost a velikost. A to je poměrně zvláštní. Pokud jde o planety, které svou hvězdu oběhnou za méně než 24 hodin, donedávna jsme znali jen plynné obry s hmotností alespoň deseti Zemí a nebo naopak malé kamenné planety, které mají jen zhruba polovinu hmotnosti Země. Jako kdyby žádné středně velké planety takto blízko hvězd existovat nemohly. Tomu se odborně říká Neptunská poušť.

LTT 9779b představuje první známou planetu této velikosti, která Neptunskou poušť obývá. Opět jde o něco nového, protože takové planety by podle poznatků planetologů ani neměly existovat. Ale to zdaleka není všechno. Když už jsme takovou planetu našli, očekávali bychom, že to bude jen holá skála bez jakéhokoliv náznaku atmosféry. Ale LTT 9779b nás opět vyvedla z míry. Dalekohled CHEOPS, který se na ni zaměřil totiž ukázal, že její albedo dosahuje 80 %, to znamená, že svou odrazivostí Venuši ještě převyšuje.

Podivná atmosféra

Umělecká představa planety LTT 9779b.
Zdroj: https://i.seadn.io/

Jak je to ale možné? Velmi pravděpodobným vysvětlením je, že má planeta atmosféru. To je zase něco velmi překvapivého, neboť při teplotě denní strany 2000 stupňů Celsia by bylo rozumné očekávat, že se žádná atmosféra nemůže vytvořit, natožpak dlouhodobě udržet. Vědci si s touto otázkou dlouho nevěděli rady. Pak je ale napadlo, že by to mohlo být podobné jako s kondenzací v koupelně poté, kdy si dáte horkou sprchu. Když necháte téci horkou vodu dostatečně dlouho, bude vzduch natolik nasycený vodní párou, že už další nedokáže pojmout a proto dojde ke kondenzaci a vytvoření mraků.

Velmi podobné je to u LTT 9779b, ovšem s tím rozdílem, že na rozdíl od vody a vodní páry zde figurují kovy, zejména titan a křemičitany, což jsou látky nám dobře známé třeba ze skla. Kombinace těchto látek přesytila okolí planety, až se nakonec vytvořila atmosféra plná kovů a křemičitanů. Na LTT 9779b tedy najdeme atmosféru, kde z oblaků kovů prší na povrch kapky tekutého titanu. Z naší soustavy známe déšť vody nebo kyseliny sírové, ale to, že může pršet kapalný titan je pro nás překvapení.

Téměř čistý titan.
Zdroj: https://upload.wikimedia.org/

A je to právě tato velmi podivná a exotická atmosféra, která způsobuje tak vysoké albedo planety. Ta je díky tomu nejodrazivější známou planetou a to i ve srovnání se Sluneční soustavou, neboť Venuši překonává o pět procent. Místo očekávaní v podobě planety, které hvězda odfoukla veškerou atmosféru až zůstala jen pustá hornina, jsme tak dostali svět s velmi hustým obalem kovových mraků.

Právě přítomnost oblačnosti je klíčová, neboť pomáhá planetě přežít v jinak nehostinném prostředí Neptunské poušti. Kovová oblaka totiž fungují jako gigantické zrcadlo. Způsobují vysoké albedo a tím současně brání planetě, aby se zahřála až příliš, čímž by došlo k postupnému odpaření atmosféry a poté i samotné planety. A protože je v atmosféře (i na planetě) velký podíl kovů, je atmosféra poměrně hmotná, díky čemuž je pro hvězdu obtížné ji odfouknout.

Závěr

Nový objev dalekohledu CHEOPS ukazuje velmi jasně význam tohoto přístroje. Navíc jasně vidíme, že není dobré stále jen hledat nové exoplanety, ale že dává smysl prozkoumat i ty objevené v minulosti, o nichž víme, že existují. Také ony nám totiž mohou stále přinést množství nových a zajímavých poznatků. Průzkum LTT 9779b je navíc mimořádně důležitý, protože díky němu známe v podstatě novou kategorii planet a začínáme tušit, jak by mohly středně velké planety přežít v Neptunské poušti.

Použité a doporučené zdroje

• CHEOPS ESA: https://www.esa.int/Science_Exploration/Space_Science/Cheops
• Encyclopaedia of exoplanetary systems: https://exoplanet.eu/home/
• Exoplanet Exploration: https://exoplanets.nasa.gov/

Zdroje obrázků

• https://sciencesprings.files.wordpress.com/2019/12/esa-cheops-new-and-better.jpg
• https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/7/7c/Artist%27s_concept_of_PSR_B1257%2B12_system.jpg
• https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/f/f7/Artist_impression_of_the_exoplanet_51_Pegasi_b.jpg
• https://www.researchgate.net/profile/Marco-Rocchetto-2/publication/272752413/figure/fig1/AS:613880246050838@1523371864540/Currently-known-exoplanets-plotted-as-a-function-of-distance-to-the-star-and-planetary.png
• https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/d/d7/Kepler_in_Astrotech%27s_Hazardous_Processing_Facility_%28KSC-2009-1645%29.jpg
• https://sci.esa.int/sci-images/15/ESA_CHEOPS_Satellite_Mounted.jpg
• https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/1/18/Albedo-e_hg.svg/800px-Albedo-e_hg.svg.png
• https://www.esa.int/var/esa/storage/images/esa_multimedia/images/2023/07/exoplanet_ltt9779_b_orbiting_its_host_star/24981260-1-eng-GB/Exoplanet_LTT9779_b_orbiting_its_host_star_pillars.png
• https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/4/40/Neptunian_Desert_Visualization.png
• https://i.seadn.io/gae/rxBjNW9vAKwtKHs4Z2O4uHdGTFYt_KzLTDdywgPRAOpdxuD6wYuca4b_Q9iS87CcwE6yNOoMpxR3VcNCzEUf4dKbwo3BUEOjRQvMJA
• https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/d/db/Titan-crystal_bar.JPG/640px-Titan-crystal_bar.JPG