Komentář: Hvězda TRAPPIST-1 a její sedmero planet

U jedné z blízkých hvězd byla objevena celá rodina planet, které se svými rozměry podobají naší Zemi. Nejméně tři z nich dokonce leží ve správné vzdálenosti od své hvězdy, aby teplota na jejich povrchu mohla umožňovat existenci otevřených oceánů. Jen jejich mateřská hvězda se vůbec nepodobá našemu Slunci. Mohl by na těchto planetách existovat život?

Záhadné jméno „TRAPPIST“ ve skutečnosti patří teleskopu, jehož prostřednictvím byla planetární soustava objevena. Vzniklo jako zkratka pro „malý teleskop k pozorování tranzitujících planet a planetesimál“ (TRAnsiting Planets and PlanetesImals Small Telescope). To je automatizované zařízení zkonstruované švýcarsko-belgickým týmem astronomů a umístěné na Evropské jižní observatoři (ESO) v Chile. Ačkoli má jen 60 cm v průměru, získává prvotřídní vědecká data. A nyní si připsal na vrub jednu z nejpodivuhodnějších planetárních soustav. Samotná hvězda, okolo níž planety obíhají, byla známá již předtím, jenže je pouhým okem neviditelná a sama o sobě nezajímavá. Byla proto známá jen pod katalogovým označením 2MASS J23062928 – 0502285. Nedávno ale vešla ve známost jako TRAPPIST-1, tedy první planetární systém objevený teleskopem TRAPPIST. Jednotlivé planety jsou v pořadí objevu označovány malými písmeny (TRAPPIST-1b; TRAPPIST-1c a tak dále). Jen planetu „a“ bychom v systému hledali marně. První místo v pořadí je totiž pomyslně rezervováno pro samotnou hvězdu. I když u ní se ono „a“ také nepíše, i bez toho se jaksi samo sebou rozumí, že správná hvězda je vždy a všude první.

Objev

Historie TRAPPIST-1 se začala psát v květnu roku 2016, kdy tým Michaela Gillona z belgické Univerzity v Liége objevil první dvě planety (s důvodným podezřením na třetí), respektive kdy tento objev publikoval v časopise Nature. Jenže článek ještě ani neprošel redakcí, natož aby na něm oschl inkoust, a už vědcům přistála na stole data ukazující na početnější planetární systém, takže se vrátili zpět k teleskopům (či přesněji řečeno k počítačům…).

Před několika dny, konkrétně 22. února 2017, oznámil mezinárodní tým v čele opět s M. Gillonem nové úlovky (a nový článek v Nature). Namísto předpokládané třetí planety se jich totiž v systému vylouplo hned několik! Na jejich nalezení a následném upřesnění parametrů se podílela vedle původního TRAPPISTu (a jeho novějšího dvojčete TRAPPIST-North v Maroku) i plejáda dalších teleskopů: Spitzerův kosmický teleskop (NASA), Very Large Telescope (observatoř Paranal v Chile), britský infračervený teleskop UKIRT na Havaji, teleskopy „William Herschel“ a „Liverpool“ na Kanárských ostrovech, a také pracoviště z Jihoafrické republiky (South African Astronomical Observatory). Proč tolik teleskopů? Planety nevidíme přímo, ale jen jako krátká (36 – 77 minut) potemnění jasu hvězdy, když zrovna přecházejí přes její disk. Pokud je propásneme, máme smůlu. Proto je dobré mít možnost sledovat hvězdu nezávisle na tom, zda je na jedné konkrétní hvězdárně den či noc, zataženo nebo jasno. Velké (a zejména kosmické) teleskopy dosahují mnohem lepší přesnosti pozorování, ale zase bývají zaneprázdněné (a jejich čas drahý), takže jimi nelze pozorovat pořád. Pokud jde o teleskopy, více je vždycky více.

Rodinka TRAPPIST-1 se přičiněním doslova globální pozorovací kampaně rozrostla na pěkných sedm kousků. Zatím zaostává za Sluneční soustavou s osmi planetami, ale nabízí se otázka, jak dlouho to tak ještě vydrží?

Tranzitující planety mají ve srovnání s planetami objevenými jinými metodami jednu obrovskou výhodu: jejich existence je relativně dobře podložená. Riziko, že s přibývajícími daty „zmizí“ a rozpustí se v chybách měření, je u nich mnohem menší než u planet objevených metodou radiálních rychlostí, kde se již takto „vypařilo“ několik údajných Zemi podobných planet. U světů obíhajících TRAPPIST-1 můžeme počítat se zpřesňováním údajů, ale existence planet samotných pravděpodobně zpochybněna nebude.

Planetární systém

Planetární soustava TRAPPIST-1  leží v souhvězdí Vodnáře, 39,5 světelného roku daleko (což ji mezi známými planetárními systémy řadí spíše k těm bližším). Centrální hvězda je hostitelkou (nejméně) sedmi planet, které obíhají velmi spořádaně v jedné rovině. Pozemští astronomové mají navíc neobyčejné štěstí, protože Slunce a Země náhodou leží velmi blízko oběžné roviny planet, takže planety TRAPPIST-1 při každém svém oběhu přecházejí mezi svou mateřskou hvězdou a Zemí. Jen díky tomu jsme tyto světy mohli vůbec zaznamenat – při každém přechodu planety přes disk hvězdy teleskop zaznamená snížení jasu vzdálené stálice, a podle míry potemnění, délky jeho trvání a periody, s jakou se opakuje, lze určit velikost takové planety a její oběžné parametry (metoda tranzitní fotometrie). V případě planety „h“ byl pozorován jenom jeden tranzit, takže určení její oběžné doby je značně nepřesné.

Planety samotné jsou příliš malé, než abychom je mohli pozorovat přímo a zjistit o nich víc, což ale prozatím platí o většině známých planet mimo naši Sluneční soustavu. Lze ale využít toho, že na sebe navzájem působí svou gravitací, takže se jejich přechody přes hvězdu tu předbíhají, tu naopak opožďují (tyto odchylky se pohybují od desítek sekund až po půl hodiny). Z těchto výchylek se astronomům podařilo odhadnout i hmotnost jednotlivých planet (tzv. metoda časování tranzitů). Do budoucna snad bude možno planety „zvážit“ i sledováním jejich gravitačního vlivu na hvězdu (metoda radiálních rychlostí).

Systém je zajímavý v tom, že planety se velikostí velmi podobají Zemi (nejmenší má zhruba tři čtvrtiny jejího poloměru a 40 % její hmotnosti, zatímco ty největší jsou asi o 10 % větší a o 40 % těžší než naše planeta). Jsou ale nacpané u své hvězdě jako promrzlí táborníci ke skomírajícímu ohýnku – i ta nejvzdálenější planeta „h“ je k ní 6x blíž než Merkur od Slunce, a ta nejbližší ještě mnohem blíže, v podobné vzdálenosti jako např. měsíc Callisto od Jupitera, čili 4x dál než Měsíc od Země, takže místní „rok“ trvá jen 1,5 dne (parametry planet viz přehledná tabulka).

Kdyby byl TRAPPIST-1 hvězdou podobnou Slunci, musely by se bližší planety doslova vypařit, a i ty vzdálenější by mohly mít na povrchu lávová moře. TRAPPIST-1 ale hvězdou podobnou Slunci rozhodně není.

Tabulka 1

Název planety	Vzdálenost od hvězdy (AU)	Oběžná doba (dny)	Průměr (relativně vůči Zemi)	Oslunění (relativně vůči Zemi)	Odhadnutá hustota (relativně vůči Zemi)
TRAPPIST-1b	0,011	1,51	109 %	430 %	66 (± 56) %
TRAPPIST-1c	0,015	2,42	106 %	230 %	117 (± 53) %
TRAPPIST-1d	0,021	4,05	77 %	120 %	89 (± 60) %
TRAPPIST-1e	0,028	6,10	92 %	67 %	80 (± 76) %
TRAPPIST-1f	0,037	9,21	105 %	38 %	60 (± 17) %
TRAPPIST-1g	0,045	12,35	113 %	26 %	94 (± 63) %
TRAPPIST-1h	0,063?	20?	76 %	13 % ?	?
Země	1	365,26	100 %	100 %	100 %

 

Nejhorší jsou trpaslíci

„A nejhorší ze všeho jsou trpaslíci. Ty potvory vám vlezou všude. A strašně rychle se množí,“ pravil Cimrmanův Děd Vševěd. Nemýlil se. Přinejmenším v kosmu narážíme na trpaslíky opravdu všude, a bude jich čím dál víc.

Bílí trpaslíci jsou vyhořelými pozůstatky hvězd, není jich nijak málo a se stárnutím vesmíru vznikají další, ale prozatím je ponechme stranou.

Hojnější jsou trpaslíci červení. Jde o právoplatné hvězdy, které ve svém nitru provozují termojaderný reaktor podobně jako naše Slunce – jen měly méně než poloviční porodní hmotnost, takže jsou mnohem menší, a také chladnější, proto je označujeme jako červené. Červení trpaslíci vznikají častěji než hvězdy podobné Slunci nebo větší. Navíc (zřejmě v souladu s nejnovější směrnicí EU) svítí velmi úsporně. Se svým palivem hospodaří natolik efektivně, že od samého vzniku vesmíru žádný červený trpaslík nestačil zestárnout, zatímco hmotnějších (a zářivějších) hvězd se vystřídaly celé generace. Proto není divu, že červení trpaslíci představují asi ¾ všech hvězd (a v nadcházejících miliardách let bude jejich zastoupení už jenom růst). Když ovšem za jasné bezměsíčné noci pohlédnete na oblohu a ukážete na libovolnou hvězdu, máte stoprocentní jistotu, že to červený trpaslík nebude. Ono jich je sice všude plno, ale s tou šetrností to přehánějí do té míry, že ani ty nejbližší prostě nezaznamenáte bez dalekohledu.

Občas se to matce přírodě nepovede, to když skrblí přespříliš. Pak se zrodí těleso, které sice připomíná hvězdu, ale je příliš málo hmotné (má méně než 8 % hmotnosti Slunce). Taková nepovedená hvězda se při svém vzniku zahřeje do ruda, ale nedokáže ve svém nitru vyvinout dostatečný tlak ani teplotu, aby tam mohla úspěšně probíhat jaderná fúze. Její „reaktor“ maximálně „škytne“, když spálí lehko fúzovatelné nuklidy, jako je deuterium nebo lithium, ale na obyčejný vodík už zkrátka nestačí. Nepovedená hvězda pak prostě za pozvolného smršťování neslavně chladne a chladne, až po mnoha miliardách let vychladne docela. A aby ta ostuda byla úplná, astronomové ji počastují nelichotivou nálepkou „hnědý trpaslík“. Těch je též docela dost, ale obtížně se pozorují. Staří hnědí trpaslíci jsou extrémně nenápadní, a ti mladí a horcí jsou zase někdy těžko k rozeznání od trpaslíků červených.

Po tomto úvodu si konečně můžeme představit centrální těleso soustavy TRAPPIST-1. Je to totiž červený trpaslík tak zakrslý, jak to jen jde, aby ještě nepřestal být hvězdou. Konkrétně má 8 % hmotnosti Slunce a 11,7 % jeho velikosti (a otočí se kolem své osy jednou za 34 hodin). Rozměry se blíží planetě Jupiter (viz Obr. 1), i když je 84x těžší. Z toho vyplývá, že hustota takového trpaslíka je neobyčejně vysoká, jediný litr jeho hmoty by vážil 78 kg. Teplotou svého povrchu se řadí k ultrachladným trpaslíkům, o teplotě 2550 K (Slunce má necelých 5780 K). Malé rozměry a nízká teplota logicky vedou k velmi malé zářivosti (0,05 % zářivosti Slunce), z čehož je navíc značná část ve formě infračerveného záření. Svit červeného trpaslíka by se jevil načervenalý ve srovnání s přímým slunečním světlem, ale bylo by chybou si jej představovat jako rudou záři nad Kladnem. Dost podobnou barevnou teplotu totiž mají například klasické žárovky, a ty za „červené“ nepovažujeme. Nepříliš oslnivé parametry co do velikosti a výkonu vynahrazují ultrachladní trpaslíci životností, která by se měla počítat v biliónech (tisících miliard) let (celková životnost Slunce jen mírně přesáhne deset miliard roků, nyní je téměř v polovině).

Jsou-li tam žáby taky?

Pochopitelně nás všechny zajímá, jestli (a do jaké míry) se nově objevené planety podobají naší Zemi. Co o nich můžeme říci?

Nejde o tělesa příliš malá, která by zcela postrádala naději na udržení stabilní atmosféry – i ta nejmenší z planet je pořád několikanásobně těžší než Mars.

Protože známe velikost planet, a alespoň přibližně i jejich hmotnosti, lze odhadnout hustotu. Chyba měření je v tomto parametru obrovská (viz tabulka), ale ukazuje, že planety nebudou nějaké nadmuté koule z vodíku a hélia (i mezi malými exoplanetami takové případy najdeme, takže jistě není špatné tuto variantu vyloučit). Vodíkové atmosféry u planet „b“ a „c“ vyloučil také spektrální rozbor jejich tranzitů z Hubblova teleskopu (de Wit a kol., 2016). Jinak je ale možné všechno – může jít o oceanické světy pokryté stakilometrovými vrstvami vody a ledu, o kamenné planety bez vzduchu i se superhustým skleníkovým ovzduším typu Venuše, či cokoli mezi tím. Bez zpřesnění hustot a/nebo spektrálního rozboru nelze ani hádat. U planety „f“, kde je odhad hustoty nejpřesnější, by se měla pohybovat v rozmezí 2,4 – 4,2 g/cm³. Taková hustota se zdá nízká pro čistě kamennou planetu s kovovým jádrem, což nás opravňuje k tomu očekávat zde podstatnou atmosféru a případně i značné množství vody (v jakémkoli skupenství).

Planety u červených trpaslíků jsou často podezřívány z nedostatku těkavých látek (vody, atmosféry), neboť tyto látky by měly při formování planet chybět právě tam, kde jsou potřeba – v budoucí obyvatelné zóně. Jak si tedy vysvětlit přítomnost zjevně řídké planety „f“? Planety u TRAPPIST-1 mohly vzniknout mnohem dál, než kde je vidíme a nastřádat dostatek ledů i plynů, a již „hotové“ se odstěhovat do teplejších končin systému. Je to dobrá, nebo špatná zpráva? To ve skutečnosti nikdo netuší.

Další důležitou otázkou je teplota těchto planet, kterou bohužel neznáme (závisí například na míře skleníkového efektu). Můžeme ale určit míru jejich oslunění (kolik energie dostávají od své mateřské hvězdy). Existují přitom teoretické modely planetárního klimatu, které vymezují, jaké rozmezí oslunění je ještě přípustné pro obyvatelnou planetu, a jaké hodnoty už jsou příliš nízké či naopak vysoké, takže by planeta zmrzla či se přehřála. Rozmezí, které je „tak akorát“, potom označujeme jako obyvatelnou zónu. U planet, které leží v hranicích obyvatelné zóny, je možno doufat v existenci kapalné vody na povrchu (ačkoli je nutno hned zkraje podotknout, že jde o kritérium orientační a zatím ryze teoretické).

Nejnadějnější v tomto směru jsou planety TRAPPIST-1e, f a g, osluněné méně než Země (a v posledním případě i méně než Mars). Proč? Z Obr. 2 je vidno, že Země je dost blízko „teplé“ hranici obyvatelné zóny, a navíc planety u červených trpaslíků budou ohřívány o něco účinněji (vzhledem k odlišnému barevnému složení dopadajícího světla – modré planety pohlcují červené světlo účinněji než bílé světlo). Méně osluněné planety (pokud se chovají podobně jako Země) disponují termostatickými mechanismy, které regulují míru skleníkového efektu tak, aby na planetě byla stále přítomna kapalná voda (alespoň pokud nepřekročí hranice obyvatelné zóny). I kdybychom Zemi posunuli k dráze Marsu, změnilo by se (během desítek až stovek miliónů let) složení atmosféry tak, aby teplota zůstala zhruba stejná, jaká je dnes. Planetám osluněným více než Země silně hrozí přehřátí a vznik superhusté atmosféry, jakou vidíme na Venuši, což je pro život pozemského typu rozsudek smrti.

Přemýšlivější z vás jistě napadlo, co tedy Mars dělal špatně, že na něm té kapalné vody moc nenajdeme. Inu, ze začátku si vedl docela obstojně, snad i nějaký ten oceán měl, ale velmi nízká gravitace společně s absencí magnetického pole způsobily, že velká část původního ovzduší unikla do vesmíru, a slábnoucí vulkanická činnost nedokázala ztráty nahradit. To, zda se planety u TRAPPIST-1 dokázaly tomuto osudu vyhnout, bude pro jejich obyvatelnost zcela zásadní, ale k tomu se ještě vrátíme.

Věčné poledne, věčná půlnoc

Žádná z objevených planet se nejspíš volně neotáčí kolem své osy tak jako Země. Vzhledem k jejich blízkosti k centrální hvězdě a téměř dokonale kruhovým drahám se jeví jako zcela nevyhnutelná vázaná (synchronní) rotace. Podobně jako Měsíc k Zemi natáčí stále stejnou stranu, také tyto planety trvale natáčejí jednu polokouli k centrální hvězdě. Jedna jejich polokoule je tedy trvale osvětlená, zatímco na té druhé vládne věčná noc.

Co by to znamenalo pro obyvatelnost? Nejzřejmější hrozbou je teplotní rozdíl mezi trvalým dnem a věčnou nocí. Na denní polokouli by se teploty mohly vyšplhat nepříjemně vysoko, zatímco na té noční by mohlo vymrznout úplně všechno – voda a dokonce i vzduch. Výsledkem by byla planeta extrémních teplot, s velmi řídkou atmosférou a (téměř) žádnou kapalnou vodou.

Pokud by ale atmosféra byla od počátku alespoň tak hustá, jako máme na Zemi, hrozba vymrzání by nebyla příliš aktuální. Atmosféra účinně vede teplo (a oceánské proudy ještě lépe), což by teplotní extrémy značně setřelo, a o nějakém vymrzání vzduchu by nemohla být řeč. Je ale jasné, že klima takové planety by se nutně chovalo úplně jinak než pozemské. Podle některých novějších studií by planety s vázanou rotací tolerovaly i poměrně vysoké oslunění, aniž by se přehřály (zejména proto, že jejich osluněná strana by byla hustě pokrytá světlou oblačností), a jejich obyvatelná zóna je proto širší (viz obr. 2).

Pro planety mimo klasickou obyvatelnou zónu by řidší atmosféra a teplotní extrémy mohly být ve skutečnosti výhodné. Například jinak zcela zamrzlá planeta by mohla mít lokální oceán v podslunečním bodě, nebo naopak horká pouštní planeta by mohla nabízet příjemnější teploty na noční straně či v soumračném pásu na její hranici, aniž by hrozilo globální přehřátí na způsob Venuše. Zemský ráj to na pohled by to asi nebyl, ale houževnatějším formám života by se takový svět zalíbit mohl.

Běsnící slunce

Červený trpaslík jako slunce životodárné planety není nic moc. Jeden z jeho problémů spočívá v tom, že produkuje velké množství rentgenového a ultrafialového záření v důsledku hvězdné aktivity spojené s pohyby plazmatu a magnetickými poli, jako jsou například sluneční erupce. Podle měření britského astronoma Petera Wheatleyho a jeho kolegů (pracovali s daty z kosmického teleskopu XMM-Newton) vydává TRAPPIST-1 podobné množství tohoto tvrdého záření jako klidné Slunce. To se na první pohled nezdá tak zlé, jenže když uvážíme, že celkově září skoro 2000x méně než Slunce, je zřejmé, že planety natěsnané u tohoto chladného objektu inkasují mnohonásobně víc ionizujícího záření než Země.

Záření by mohlo ohrožovat případný život přímo – na planetě bez ozónové vrstvy by podstatná část ultrafialových fotonů pronikala až na povrch a nutila jakékoli organismy ukrývat se v hluboké vodě nebo v podzemí. Zemi podobný svět s ozónovou vrstvou by na tom byl výrazně lépe – ale Zemi trvalo miliardy let, než se v její atmosféře nahromadil kyslík a následně i ozón, a není jasné, jestli planety TRAPPIST-1 dostaly šanci do tohoto stádia dospět.

Energetické fotony též erodují atmosféry planet, a obzvláště nebezpečné jsou pro vodní páru, jejíž molekuly rozbíjejí na vodík a kyslík, přičemž vodík z planety mizí, takže planeta postupně vyschne. Wheatley a jeho kolegové dospěli k nepříliš povzbudivému závěru, že planety v obyvatelné zóně této hvězdy by takto mohly být okradeny o množství vody několikanásobně přesahující pozemský oceán (o plynech z atmosféry nemluvě). To nezní moc povzbudivě, ale na druhou stranu, výsledek značně záleží i na dalších faktorech – v neposlední řadě na tom, kde přesně se tyto planety zrodily, kolik vody a plynů dostaly do vínku při svém zrodu, zda je doplňuje vulkanická činnost, jestli mají magnetické pole atd.

Velký problém málo hmotného slunce tkví také v tom, že bezprostředně po svém zrodu je žhavější, a v první miliardě let svého života postupně chladne, než se jeho jas stabilizuje. Planety, které dnes leží v obyvatelné zóně, mohly v minulosti projít peklem a být zcela (nebo alespoň částečně) vysušeny.  Mimochodem, o stáří soustavy TRAPPIST-1 se toho moc neví. Měla by být starší než půl miliardy let, ale o kolik starší? Těžko říci, stáří červených trpaslíků se neurčuje snadno. A pochopitelně na něm záleží. U planety staré půl miliardy let (soudíme-li podle naší vlastní Země) bychom například neočekávali rozvinutou biosféru schopnou zaplavit atmosféru kyslíkem a dát tak o sobě vědět. Na druhou stranu, je-li soustava mladá, neměla agresivní hvězda ještě tolik času planety oloupit o jejich křehké kapalné a plynné obaly.

Běsnící planety

Planety TRAPPIST-1 mají jednu zvláštní vlastnost – oběžné doby přinejmenším těch šesti nejbližších (parametry té sedmé nejsou dost přesně známé) jsou v poměru malých celých čísel. Například planety „c“ a „b“ mají oběžné doby v poměru 8:5, „g“ a „f“ v poměru 4:3 a podobně. Nehledejme ovšem za tím inteligentní design mimozemských astroinženýrů. Podobné vztahy nalézáme mezi velkými měsíci Jupiteru (oběžné doby Io, Europy a Ganymedu jsou v poměru 1:2:4) nebo třeba mezi Neptunem a Plutem (poměr 2:3). Označujeme to jako orbitální rezonance. Rezonantní vztahy mezi planetami jsou nejspíše svědectvím jejich migrace v raném období formování. Jakmile se totiž dvě planety do takové rezonance dostanou, často se v tomto stavu „uzamknou“ a setrvají v něm, dokud migrace neskončí. Objevitelé planet u TRAPPIST-1 předpokládají, že tyto světy vznikly dál od hvězdy, než kde jsou nyní, a při migraci skrze prapůvodní prachoplynný disk, z něhož vznikly, se navzájem propojily do „řetězu“ svázaného rezonancemi a už tak zůstaly.

V případě měsíců Jupiteru a Saturnu jsou rezonanční vztahy spojeny se slapovým ohřevem nitra takové planety a zvýšením geologické činnosti. Protože kompaktní systém TRAPPIST-1 v mnohém připomíná Jupiterovu soustavu a slapové síly zde budou významné, nelze slapový ohřev vyloučit – zejména vnitřní planety by to mohlo změnit v pravá vulkanická pekla. Geologická činnost je ovšem dvousečný meč. Na jedné straně výbuch sopky v bezprostřední blízkosti nepatří k nejpříjemnějším zážitkům, na straně druhé sopečná činnost pomáhá planetám recyklovat nejrůznější prvky a doplňovat plyny do atmosféry – zejména jsou-li planety méně osluněné než Země, injekce CO₂ do atmosféry přijde vhod! Planety menší než Země rychleji ztrácejí své vnitřní teplo a sopečná činnost se zastavuje (což je jeden z důvodů nezáviděníhodného osudu Marsu), ale slapový ohřev může jejich životnost radikálně prodloužit. V případě odlehlé planety „h“ může slapový ohřev udržovat v kapalném stavu jinak beznadějně zamrzlé oceány… ale to se již dostáváme hluboko na půdu spekulací.

Udržení dlouhodobě stabilní atmosféry napomáhá magnetické pole. K jeho existenci je dle všeho potřeba částečně roztavené kovové jádro a dostatečně rychlá rotace planety, jejichž souhra mění planetu v obří dynamo. S udržením jádra v nataveném stavu by planety TRAPPIST-1 neměly mít problémy, a ve srovnání s některými známými majiteli vnitřního dynama (Ganymed, Merkur) rotují relativně rychle (předpokládáme-li, že otočka kolem osy odpovídá době oběhu). Magnetické pole a jeho sílu sice nemůžeme zaručit, ale jeví se jako docela pravděpodobné.

Vzhledem k nahuštění poměrně hmotných planet na velmi malém prostoru by systém mohl být nestabilní. V nejjednodušším případě uvažovaném jeho objeviteli by měl mít jen 8% šanci přežít 1 miliardu let bez srážky či vypuzení některých planet. Slapové síly centrálního tělesa by ale stabilitu systému mohly radikálně zvýšit, vzhledem k nepřesné znalosti parametrů planet ale dlouhodobá udržitelnost jejich drah není jistá. Možná jde opravdu o mladý systém, který ještě v budoucnu prodělá katastrofickou přestavbu.

Nahuštění planet na malém prostoru každopádně nabízí případným pozorovatelům, kteří by se nacházeli na jejich povrchu, úžasné pohledy na noční (i denní) nebe (Obr. 3).

Budoucnost

Protože systém TRAPPIST-1 je velmi blízko a navíc jeho planety přecházejí přes centrální hvězdu, je naprosto ideální pro bližší prozkoumání parametrů planet. I se současnými přístroji při delším pozorování zpřesníme velikosti a hmotnosti planet, a z jejich zpřesněné hustoty budeme moci usoudit na složení.

Další možnosti nabízí transmisní spektroskopie. Jakmile některá planeta vstoupí mezi nás a svoji hvězdu, máme možnost pozorovat světlo přefiltrované přes její případnou atmosféru. Efekt není zrovna silný, ale pokud spektrum hvězdy s přecházející planetou porovnáme se spektrem bez planety, můžeme se něco bližšího dozvědět o složení planetární atmosféry. O pozorování touto metodou se již pokoušel Hubblův teleskop (který pouze vyloučil rozsáhlou vodíkovou atmosféru u nejvnitřnějších planet), ale v blízké budoucnosti se zapojí i mnohem mocnější vesmírný dalekohled Jamese Webba (JWST). Ten už by měl být s to touto cestou přesněji proměřit složení planetárních atmosfér, a detekovat v nich molekuly jako je vodní pára a oxid uhličitý, vypovídající o klimatu, anebo dokonce kyslík, ozón a metan, možné to známky mimozemských biosfér.

Britská astronomka Joanna Barstow vypočítala, že pro základní průzkum atmosféry by JWST potřeboval pozorovat alespoň 30 tranzitů některé planety. Protože nemůže hvězdu pozorovat kontinuálně (do cesty se pletou různé drobnosti jako například Slunce nebo Země), takové měření by se mohlo docela protáhnout. Pro planetu s oběžnou dobou 10 dnů by se to dalo stihnout za 6 let. Pochopitelně čím více, tím přesnější by měření bylo.

TRAPPIST-1 nám umožní prostudovat ne jednu, ale hned sedm planet velikostí podobných Zemi. V nejbližších letech bychom se měli dozvědět více o tom, zda se jí podobají i celkovým složením a vlastnostmi atmosféry. Během příští dekády pak i to, zda na jejich povrchu panují podmínky příznivé pro život. A snad i zda se život podepsal na jejich atmosféře. Namísto spekulací a teoretických modelů získáme reálná pozorování a s nimi i zpětnou vazbu, zda naše úvahy mířily správným směrem, nebo zda realita překonává naši fantazii jako už mnohokrát předtím. Systém podobně velkých planet lišících se vzdáleností od hvězdy bude ideální laboratoří pro ověření platnosti konceptu obyvatelné zóny. Také nám tyto výsledky poskytnou cenné informace o tom, jak vypadají planety červených trpaslíků, co se týče složení a klimatu, zda vůbec mohou být obyvatelné a jaké procesy hrají roli v jejich vývoji. A to není vůbec málo, protože typická hvězda v naší Galaxii mnohem více připomíná TRAPPIST-1 než naše Slunce.

Tento článek vznikl s přispěním Katedry geofyziky MFF UK

Mgr. Tomáš Petrásek, Ph.D. (*1984) vystudoval na Přírodovědecké fakultě Univerzity Karlovy. Pracuje jako neurobiolog pro Akademii věd ČR a Národní ústav duševního zdraví. Profesně se specializuje na studium chování zvířat, kam patří učení, paměť, sociální chování nebo komunikace. Primárně se však zaměřuje na duševní poruchy. Aktuálně studuje potkany, kteří vykazují příznaky autismu. Biologie a astronomie ho vždy zajímaly. Když se profesně rozhodl pro biologii, astronomie zůstala alespoň jeho koníčkem, a i nadále se jí věnuje v rámci spolku Kosmo Klub.

Literatura:

Gillon, M., Jehin, E., Lederer, S. M., Delrez, L., de Wit, J., Burdanov, A., … & Demory, B. O. (2016). Temperate Earth-sized planets transiting a nearby ultracool dwarf star. Nature, 533(7602), 221-224.

Gillon, M.; Triaud, A. H. M. J.; Demory, B.-O.; Jehin, E.; Agol, E.; … Queloz, D. (2017). Seven temperate terrestrial planets around the nearby ultracool dwarf star TRAPPIST-1. Nature, 542 (7642): 456.

de Wit, J., Wakeford, H. R., Gillon, M., Lewis, N. K., Valenti, J. A., Demory, B. O., … & Lederer, S. M. (2016). A combined transmission spectrum of the Earth-sized exoplanets TRAPPIST-1 b and c. Nature.

Barstow, J. K., & Irwin, P. G. (2016). Habitable worlds with JWST: transit spectroscopy of the TRAPPIST-1 system?. Monthly Notices of the Royal Astronomical Society: Letters, 461(1), L92-L96.

Život u červeného trpaslíka (Tomáš Petrásek, 2007):
http://www.distantworlds.wz.cz/DisWorlds1-2/ET/RedDwarfLife.htm

Obyvatelné zóny (Tomáš Petrásek, 2009):