Co je exoplaneta a co hnědý trpaslík? pro obě tělesa - jsou méně hmotné než hvězdy, ale mohou mít větší velikost! ❖ hnědý trpaslík -13 až 75-80 MJup- teoreticky mohou zapálit deuterium nebo lithium (ne trvale!) ❖ exoplanety - horní mez hmotnosti -13 MJud Exoplanety (extrasolar planet) Existují planety také kolem jiných hvězd než Slunce? antika - myslitelé - proč ne? od 18. století - Lapiace, Kant - vznik Sluneční soustavy 1988 - planeta y Cep (hypotéza) 1989 - H D 114762b (potvrzeno až 1996) 1991/2 - A. Wolszczan, D. A. Frail - Arecibo - dva objekty 2.8 a 3.4 Mz u pulsaru PSR1257+12 1995 - M. Mayor, D. Queloz - těleso u 51 Pegasi (od r. 2016 planeta Dimidium) 2022 (8.12.)-5291 exoplanet!, 3902 pl. SOUStav (např. Kepler 90 - 8 planet, HD 10180 - 7 planet+2 kandidáti; TRAPPIST-1 - 7+1 planet...) - zdroj: http://exoplanet.eu/cataloq/ NASA: 5220 exoplanet, 9151 kandidátů, 3907 soustav (8.12.2022) https://exoplanets.nasa.qov/discoverv/exoplanet-cataloq/ 2019 Nobelova cena Mayor & Queloz & Peebles Rozmanité exoplanety „horcí jupiteři" - exoplaneta Dimidium u hvězdy 51 Pegasi - velmi malá vzdálenost od hvězdy -> povrch (nejspíš plynná atmosféra) až 1000 °C; problém: zatím není plně v souladu s teorií vzniku planet excentričtí exojupiteři - tělesa s velice protáhlou dráhou, připomíná trajektorie krátkoperiodických komet; problém: tak velké excentricity se nečekaly; není jasné, jak je objasnit. exozemě (terran) - planeta o hmotnosti 0,5 - 5 Mz nebo poloměru 0,8 -1,5 Rz např.: v sousedství pulsaru PSR1257+12, u Gliese 581 (kamenná, asi 1,5krát větší než Země), KOI 500 (1,3 Rz), Kepler 20e, Kepler 42b,d - menší než Země superzemě - planeta velikosti Země, maximálně do desetinásobku průměru megazemě - planeta velikosti Země, ale mnohem hmotnější - Kepler 10c (průměr má 2,3x větší než Země, aleje 17x hmotnější!!) exozemě v zónách života - u Gliese 581 - obíhá kolem mateřské hvězdy ve vzdálenosti, která by mohla zajistit přítomnost vody v kapalném stavu na povrchu planety problém: jsou tam? bludné planety (rogue planet, interstellar planet, nomad planet, free-floating planet, orphan planet) - 28 objektů, z toho 2 potvrzené (prosinec 2022); sdss j111010.01+011613.1 (10-12 md, vzdál. 63 ly) a PSO J318.5-22, (5,5-8 Mj, vzdál. 80 ly) exoměsíce exoplanet - 2 desítky kandidátů 1 January 2018 3572 exoplanets -2600 systems, -590 multiple) [numbers from NASA Exoplanet Archive] protoplanetary disks debris disks/colliding planetesimals star accretion/pollution white dwarf pollution radio emission X-ray emission gravitational waves 482 I (>6Re) 1187 (2-6/?©) timing exo- residuals moons? 766 (seeTTVs) (1.25-2/?ffi) (WASP=130, HAT/HATS=88) Discoveries: 32 planets (20 systems, 5 multiple) 662 planets (504 systems, 102 multiple) 1 planet (I system, 0 multiple) 53 planets (5 / systems, 2 multiple) 44 planets (40 systems, 2 multiple) 373 «i.25%) 2789 planets (2053 systems, 474 multiple) existing capability projected n = planets known discoveries ^> follow-up detections Přímé pozorování: Na stopě cizích planet v minulosti - přímé pozorování planet jiných hvězd není zatím možné. velký rozdíl jasností, malá vzdálenost. od 2004 už NEPLATÍ - Very Large Telescope planeta u hnědého trpaslíka 2M1207 k 6.12. 2022-216 exoplanet, 127 soustav hnědý trpaslík 2M1207 (modrý objekt) a jeho planeta (červeně) hvězda (11 mag) planeta (23 mag) Jupiter u hvězdy Proxima Centauri obíhající ve vzdálenosti 780 milionů km 2020 - 1. snímek hvězdy slunečního typu s planetami Gravitační mikročočky 225 exoplanet, 205 soustav (k 6. 12. 2022) Změna polohy hvězdy: Astrometrie - sledování pohybu vytypované hvězdy na hvězdné obloze: 20 planet (6. 12. 2022) Jupiter u hvězdy Proxima Centauri obíhající ve vzdálenosti 780 milionů kilometrů Timing - 49 exoplanet (6. 12. 2022) Pulsar - anomálie v pulzech pulzarů Proměnné hvězdy - odchylky pravidelných změn periodicky proměnné hvězdy dráha hvězdy s planetou Transit timing variation method (TTV) = změny okamžiků středů transitů; • u transitující exoplanety umožňuje objevit další členy planetární soustavy případně další hvězdu v systému • velmi citlivá a použitelná i na velké vzdálenosti, kde RV nestačí • umožňuje určit max. hmotnost objektu => odlišit hvězdy hnědé trpaslíky a planety • poprvé u dat z Keplera: Kepler 19b TTV s amplitudou 5 min a periodou ~ 300 dní => další planeta Kepler 19c • k 6. 2. 2022 25 exoplanet Radiální rychlosti - založeno na Dopplerově principu - využívá se posunu čar ve spektru mateřské hvězdy, - od 80./90. let 20. století - několik týmů, běžně 15 m/s, zlepšeno až na přesnost 0,1 m/s! (Jupiter - 12,5 m/s, Země 0,1 m/s) - dříve nejúspěšnější metoda (6. 12. 2022) - 1025 planet, 762 planetárních soustav, 173 víceplanetárních soustav 51 Peg_E LQ Dl E 1000 .co Tau Boo Phased Orbit •p 800.00 800.00 Statistics Measured and (Published) Period - 3.41 days(3.31) Amplitude = 420 m/s (469) Q ar" ° ° Eccentricity = 0.18 (.018) ^ 0° 400.00 c ° a^-^_ „ D 1 5 o.oo -s 1 -2DG.W / □ °a o\d a / \ d □ ý \ □ o- ■. .« / v "'X- ° - / N. ° q -v^d ■ ° d d o rv/^lO ° -600 00 -■$00 00 |_ P B o" n 0 O o" 1 □ □ □ PLATOSPEC amatérský projekt, 40cm dalekohled Transity - pozorování přechodu exoplanety před mateřskou hvězdou; - nyní nejúspěšnější metoda - 3699 exoplanet, 2793 soustav, 586 soustav s více planetami (6. 12. 2022) - program se zapojením amatérů a menších dalekohledů - KEPLER, COROT, TESS, CHEOPS HAT = Hungarian-made Automated Telescope TrES = The Transatlantic Exoplanet Survey WASP = The Wide Area Search for Planets NGTS = Next-Generation Transit Survey XO, TRAPPIST, MASCARA aj. JD-2400000 17Ů.S 171.Ů 171.1 171.2 273.1 273.2 273.3 í73.4 273.5 425.0 425.1 4Í5.2 425.3 425.4 -ia.b -1B.5 -1 a.-i -1E.3 -ia.2 Time [BJD - 2,455,0001 Transit duration variation method (TDV) Změny trvání transitu - důsledek působení dalšího tělesa v soustavě nebo apsidální precese u excentrické planety (přítomnost další planety a důsledek OTR). První případ circumbinární planety Kepler 16b - objev potvrzen touto metodou Kepler-16b: transitující circumbinární planeta 20 0 £0 40 t.0 60 tiľj Star A - - — s f -J \ Star B---- - \ f ** _ \ \ _^ H4 fl+l 00 0.2 0.4 0.6 Orbital Phasfí l.€ 100 200 3ÍM) Time [BJD - 2.455.000] o Ú L1 Variable Star and Exoplanet Section of Czech Astronomical Societ/ TKESCA Known transiters: 55 Cnc e CoRoT-1 CoRoT-10 CoRoT-11 CoRoT-12 CoRoT-13 CoRoT-17 b CoRoT-18 b CoRoT-19 CoRoT-2 CoRoT-20 CoRoT-3 CoRoT-4 CoRoT-5 CoRoT-6 CoRoT-7 b CoRoT-8 b CoRoT-9 GJ1214 GJ3470 GJ436 HAT-P-1 H AT-P-10/WAS P-11 b HAT-P-11 b HAT-P-12 b HAT-P-13 b HAT-P-14 b HAT-P-15 b HAT-P-16 b HAT-P-17 b HAT-P-18 b HAT-P-19 b HAT-P-2 b ETD ... compl-ale ... worldwide ... conMnuously growing ... Exoplanet Transit Database http://var.astro.ei/EID ETD - Exoplanet Transit Database Observers community | How to contribute to ETD | Model-fit your data | Transit predictions | KEPLER Transit predictions | KEPLER Candidates | CoRoTTransit predictions | CoRoT Candidates ETD is here to suply quickly and easily the list of all ever observed transits of transiting exoplanets to observers and researchers. Our database administrators are periodically checking for new transits - both in literature and in online internet sources. Each transit is stored with complete citations, link to the paper / on-line source URL. For each exoplanet, there is available graphical output of relations: - transit TIMINGS vs. EPOCH - transit DURATION vs. EPOCH - transit DEPTH vs. EPOCH and - list of available transits. Data quality is rated for each observation and the DQ index is taken into account while plotting graphs. Tools for observers : - Observers can plot their own observations in diagrams - Model-fitting of transit observation and finding out parameters HJDmid. Depth, Duration - Global transit predictions. OBJECT CONST # OF DATA TIME SPAN FROM - TILL LAST CHANGES(DAYS) Red if less than 1 week = zo 1 55 Cnc e Cnc 1 2011-02 2011-02 04, Hay 2011 (586) 2 CoRoT-1b Mon 60 2007-02 2012-03 05. Mar 2012 (280) 3 CoRoT-10 b Aql 1 2007-06 2007-06 16. Dun 2010 (908) 4 CoRoT-11 b Ser 4 2008-05 2012-06 28, Jun 2012 (165) 5 CoRoT-12 b Mon 2 2007-10 2012-01 26, Jan 2012 (319) 6 CoRoT-13 b Mon 1 2008-11 2008-11 16, 3un2010 (908) 7 CoRoT-17 b Set 1 2009-04 2009-04 29.3un2011 (531) What's new: Archive 2012-11-16 : nová tranzitu j ů ca exoplaneta nedávno publikovaná byla přidána do ETD: WASP-71 b 2012-11-12 : 5 tra nzitu j i ci ch Exoplanet nedávno publikovaných bylo pridano do ETD: WASP-Ď2b. WASP-EE b. WASP-ĎSb, WASP-SDb a KELT-3b Přihlásit í k FaceboolíLi. Chcete-li používat pluginy pro sociální síť, musíte se přihlásit □ ETD - Exoplanet Transit Database ťUJTo se mi líbí ETD Družicový výzkum f M K2 2006-2013 - COROT (Convection, Rotation and planetary Transits) na oběžné dráze družice (33 exoplanet a cca 600 kandidátů), 2009-2014 - družice Kepler-4496 kandidátů (2337 potvrzených, 30 exozemí v obyv. zóně) Mise K2 (do 4.12.2017) - 892 kandidátů (425 potvrzených) Obě prováděly nezávisle přesnou fotometrii vybraných hvězd a hledaly exoplanety pomocí jejich tranzitů přes disk mateřské hvězdy Očekávalo se, že u 100 000 pozorovaných hvězd bude nalezeno 500 až 1 000 „exozemí". TESS (od 2018) - 276 potvrzených exoplanet, 6119 kandidátů (8.12. 2022) https://exoplanets.nasa.gov/tess/ Další projekty: CHEOPS (2019), PLATO (2026), Twinkle (2024), ARIEL (2028), RST (2026-7) ... exoplanety z dat družice KEPLER Výsledky družice KEPLER 2011 objev kolem hvězdy KOI-730 dvě planety v jedné trajektorii! 2011 - první planety velikosti Země 2011/2012 nová třída exoplanet jako Tatooine obíhají kolem dvojhvězdy (173 k 6.12.2022) http://dx.doi.orq/10.1038/nature10768 2013 - 1. odhad počtu exoplanet z pozorování - 40 mld. exozemí kolem sluncí zónách života v Galaxii 2015 - KIC 8462852 (Tabbyina nebo Boyajianové hvězda) - nezvyklé změny jasnosti - zákryty kometami, stavbou cizí civilizace... Kepler-20e Venus t 4 4 4 Kepler-20f Keplerův orloj IV http://www.astro.cz/apod/ap151205.html Exoplanet Populations 61 exoplanet v zönäch zivota (5.12.2022) 1 exomars, 21 exozemf, 39 superzemf Potentially Habitable Exoplanets Sorted by the Earth Similarity Index (ESI) [0.95] Teegarden's Star b [0.87] K2-72 e [0.85] TRAPPIST-1 e [0.62] Kepler-1229 b [0.93] T0I-700 d [0.86] 6J1061 d [0.84] Kepler-442 b [0.61] Kepler-186 f NEW [0.92] Kepler- 1649 c [0.91] TRAPPIST-1 d [0.89] LP 890-9c [0.87] Proxima Cen b [0.86] GJ1061 c [0.86] Ross 128 b [0.85] GJ 273 b [0.85] Kepler-296 e [0.76] 6J 667 C f [0.60] GJ 667 C e [0.68] Kepler-62 f [0.58] TRAPPIST-1 g [0.68] [0.68] TRAPPIST-1 f Teegarden's Star c f Earth [1.00] I Artistic representations. Earth. Mars. Jupiter, and Neptune for scale. Similarity (ESI) to Earth's size and insolation is between brackets. CREDIT: PHL @ UPR Arecibo (phl.upr.edu) Dec 5.2022 https://phl.upr.edu/the-habitable-exoplanets-cataloa Hledání další Země Atmosféry exoplanet Photoche mistry Photodissociation of Water Photons from nearby star interact with abundant water molecules in the exoplanet atmosphere to produce hydroxide (OH) and atomic hydrogen (H). in the Atmosphere of Exoplanet WASP-39 b • M ^^»*^* Sulfur [ ' ^S. P'oduceo Sulfur Dioxide produced through photochemistry Hydrogen Sulfide abundant in atmosphere A Chain of Reactions OH and H react with hydrogen sulfide in a series of steps. Hydrogen is stripped, then oxygen added, to produce sulfur dioxide in the exoplanet's atmosphere. Hydrogen molecules and atoms are released as a by-product. Hydrogen Sulfur Photon Oxygen HOT GAS GIANT EXOPLANET WASP 96 b ATMOSPHERE COMPOSITION NIRISS I Singie-Object Siuiess Spectroscopy water Water Ht0 H,0 • Data Best-lit Model 1.S0 1.75 2 00 2.25 2.50 2.7S Wavelength of Light HOT GAS GIANT EXOPLANET WASP-39 b ATMOSPHERE COMPOSITION WEBB NIRSpec PRISM JWST- WASP-39b (22.11.2022) transmisní spektroskopie => v atmosféře planety detekován oxid uhličitý, voda, oxid uhelnatý, sodík, draslík a další => planeta má podobné složení jako Saturn Planety na počátku vývoje Všechny planety a velké družice: tři hlavní části (podle hustoty): kůra, plášťa jádro. zárodečná látka v místě vzniku planety víceméně stejnorodá -> smršťování -> zahřátí -> rozčlenění látky dle hustot (diferenciaci látky) - před asi 4,5 miliardy roků. zdroje energie planety - smršťování zárodku planety, - teplo vznikající při dopadech zbytků těles na planetární povrch, - teplo uvolňované rozpadem radioaktivních prvků v nitru planety. Velké bombardování - vrchol - před 4 miliardami let - zbytky po tvorbě planet a jejich družic -> srážky s planetami -> vznik kráterů na povrchu - ukončení - před 3,5 miliardami let velké kruhové pánve: Měsíc - Mare Serenitatis, Mare Imbrium; Merkur - Caloris Planitia; Mars - Hellas; Kallistó (u Jupitera) - Valhalla. Mare Imbrium na Měsíci Caloris Planitia na Merkuru. Pánev Valhalla (Jupiterova družice Kallistó). Vývojový scénář sluneční soustavy 1 protoslunce 2 zárodečná mlhovina, vznik vrstvy pevných částic v rovině rotace rovníku mlhoviny 3,4 akrece látky na zárodky planet 5 vymetení zbytků plynu ze soustavy intenzivním slunečním větrem Realita (2016,2017) HD 97048 HD 135344B RXJ1615 HD 169142 ALMA HL laun Hvězdná vichřice Dnešní Sluneční soustava - málo prachu a plynu Kam se poděly všechny částice? prachové částice - pád na Slunce, na planety a jejich družice plyn - odvát slunečním větrem - velmi intenzivní => vichřice - čistka za pouhý milion roků „vyhozeno smetí" (plyn a mikroskopický prach) o hmotnosti až 1 M0 Následky vichřice na planetách - vnitřní planety - ztratily zbytky původních atmosfér - velké planety - žádné výrazné stopy, atmosféry zůstaly zachovány v původní podobě. Planety dnes (stopy předchozího vývoje) v raných stadiích SI. soustavy - planety a jejich velké družice - diferenciace látky podle hustoty, intenzivní bombardování před 4-3 mld let - období mohutného vulkanismu - vylévání podpovrchové čedičové (=bazaltové) lávy do pánví a velkých kráterů dnes - zřejmé stopy bombardování i etapy vulkanismu na terestrických planetách i na Měsíci Útvary na povrchu planet a velkých družic • sopky • krátery • pánve • praskliny • pevninské desky (jen u Země) Magmatismus, vulkanismům - formují povrch planet magmatismus - působení magmatu v hloubce vulkanismus - sopečná (vulkanická) činnost na povrchu - u planet zemského typu - bazaltový (neboli čedičový) vulkanismus, rozsáhlé, opakované výlevy lávy -> vznik bazaltových plošin (měsíční moře, hladké plošiny na Merkuru, oceánská kůra na Zemi); - štítové sopky - Olympus Mons na Marsu, Beta Regio na Venuši, Havajské ostrovy na Zemi; - měsíc ló - jiný typ vulkanismu - důsledek slapových sil Jupiteru Štítová sopka Olympus Mons na Marsu (průměr základny činí asi 550 km). 01:02:12 svetového času. fialový filtr, snímek upravil M. Druckmúller) Im pakty = krátery po dopadu cizího tělesa - na všech planetách a jejich družicích vznik zejména v době intenzivního bombardování, ale i dnes! Země a další planety s intenzivním geologickým vývojem - stopy zahlazeny; „viditelné" jen čerstvé krátery (cca 106 let nebo 107 let staré) Praskliny Tektonické pochody jsou velice rozmanité, každá planeta či větší družice má svůj vlastní tektonický styl. Měsíc - jednoduchá tektonika soustavy trhlin a zlomů vzniklých: - slapovými silami, - smršťováním lávové výplně moří při vzniku impaktních pánví a velkých kráterů, Mars - rozsáhlé příkopy a údolí, (Valles Marineris); Venuše - tektonické procesy úzce spojeny se sopečnými; Země - nejsložitější tektonika - rozpínání oceánského Proměny planetárních atmosfér obří planety - původní atmosféry terestrické planety - prvotní atmosféry odvála sluneční vichřice, druhotná - poznamenaná především geologickou aktivitou, převládá oxid uhličitý čím je planeta aktivnější, tím je její atmosféra hustší Země - specifická atmosféra, vysoký obsah N, O; C02 je málo; důsledek fotosyntézy; zdrojem některých složek atmosféry - hydrosféra (oceány) Mars - dnes - nehostinná pustina, na povrchu jsou nízké teploty a sucho. - v 1. miliardě roků - vlhká a teplá (v důsledku sopek) planeta; hustá atmosféra z C02 => silný skleníkový efekt; voda v tekutém stavu; lijáky i sněhové bouře, řeky, vodní nádrže - před asi 3,8 miliardy roků - konec prvotní sopečné činnosti -> pokles koncentrace C02 -> řídnutí atmosféry -> voda na povrchu zamrzla nebo sublimovala; -> Mars téměř jako dnes Život na stárnoucí Zemi Osud Země určuje Slunce! Slunce -> velmi zvolna zvyšuje zářivý výkon i rozměry ve fázi červeného obra: poloměr 1 au, zářivý výkon Z_=103 L0, Merkur pohlcen velmi silný sluneční vítr -> zmenšení hmotnosti Slunce => zvětší se vzdálenosti všech planet od Slunce (Země 1,7 au) teplota Země výrazně vzroste => rozhodně neobyvatelná! © Christoph Kulmann 1998 Země v současnosti obří cyklon supervulkán during a reversal rychlá změna mg. pole za 250 mil. let - vznik superkontinentu Pangea Ultima Země za 700 milionů roků vypařování oceánů -> větší skleníkový efekt -> zvýšení teploty na 40-80°C oceány se vypařily; překotný skleníkový jev, teplota > 200°C mrtvá planeta Země za 7 miliard roků Slunce červeným obrem až do 1 au => Země dále, ale bez atmosféry s nataveným povrchem Země za 10 miliard roků mrtvý svět u chladnoucího bílého trpaslíka Osud Zemé určuje Slunce! - ano, ale jen na astronomické časové škále (miliardy let) vývoj klimatu na Zemi - mnohonásobně kratší - desítky milionů, i jen tisíců (či pouze stovek?) roků v současnosti - doba meziledová - několikanásobně delší než ty předchozí; globální oteplování -> ale za stovky až tisíce roků další doba ledová (zatím nikdo nezveřejnil důvod, proč by se tak nemělo stát). civilizační změny - desítky až stovky roků - přímo nesouvisejí s přírodními jevy budoucnost Země - není ve hvězdách, ale v lidech!