F7514 Exoplanety
10-Astrobiologie a hledání
života ve Vesmíru
Marek Skarka
6.12.2023
Otázka z minula: Souvisí nějak rychlost rotace mateřské hvězdy s orbitální
periodou planet?
Walkowicz&Basri 2013, MNRAS, 436, 1883
- Rotace mateřských hvězd 950 exoplanet z
Keplera - Existuje korelace mezi orbitální
periodou hmotných planet a rotační rychlostí
jejich mateřských hvězd + slapové
rezonance
Otázka z minula: Souvisí nějak rychlost rotace mateřské hvězdy s orbitální
periodou planet?
Sibony, Helled & Feldmann 2022,
MNRAS, 513, 2057
- Rotace mateřských hvězd 493
exoplanet - Hvězdy mající exoplanety
rotují v průměru o 1.6 dne pomaleji.
Hvězdy s planetami na širokých
oběžných drahách rotují pomaleji, než
s blízkými planetami
Astrobiologie a Život
Astrobiologie je komplexní věda zabývající se vznikem a vývojem života ve vesmíru, vlivem okolních
podmínek na jeho vlastnosti, a jeho hledáním. Kombinuje astronomii, chemii, biologii, geologii, fyziku...
Astrobiologie a Život
Jednotná definice života neexistuje. Obecně se jedná o vysoce organizovaný systém který je schopný
reagovat na své okolí, přeměňovat energii, vyměňovat si materiál s okolím, růst a rozmnožovat se.
Astrobiologie a Život
Vznik života je podmíněn mnoha faktory. Zcela esenciální jsou:
● Přítomnost prvků CHNOPS - složité chemické sloučeniny, živé bytosti složeny až z 99 % z CHNOPS
● Přítomnost rozpouštědla, které umožňuje chemické reakce
● Zdroj energie
Nukleosyntéza a chemické sloučeniny
Těžší prvky vznikají ve hvězdách
Nukleosyntéza a chemické sloučeniny
Nukleosyntéza a chemické sloučeniny
Těžší prvky vznikají ve hvězdách
Nukleosyntéza a chemické sloučeniny
Ve vesmíru bylo detekováno velké množství organických molekul (https://en.wikipedia.org/wiki/List_of_interstellar_and_circumstellar_molecules)
Dishoeck et al. 2023, FaDi, 245, 52 - organické molekuly
detekované JWST v discích mladých hvězd
Astrobiologie a Život
H2
O
Voda: velká měrná tepelná kapacita, velké skupenské teplo vypařování, hustota ledu menší než vody,
velké rozmezí teplot v kapalném skupenství
Látka Tkapalina
(K) c (J.kg-1
K-1
) lv
(J.kg-1
)
H2
O 273-373 4180 2260
NH3
195-240 2200 1370
CH4
91-112 1710 480
Vznik života je podmíněn mnoha faktory. Zcela esenciální jsou:
● Přítomnost prvků CHNOPS - složité chemické sloučeniny, živé bytosti složeny až z 99 % z CHNOPS
● Přítomnost rozpouštědla, které umožňuje chemické reakce
● Zdroj energie
Vznik života je podmíněn mnoha faktory. Zcela esenciální jsou:
● Přítomnost prvků CHNOPS - složité chemické sloučeniny, živé bytosti složeny až z 99 % z CHNOPS
● Přítomnost rozpouštědla, které umožňuje chemické reakce
● Zdroj energie
Astrobiologie a Život
Život na Zemi
Vznik složitějších sloučenin (panspermie?) => jednobuněčný život (panspermie?) => složitý život
Millerův-Ureyův experiment (1952)
Detekovali vznik aminokyselin
Dlouhodobé vhodné podmínky:
1. Teplota
2. Tlak
3. Salinita
4. Radiace
5. Kyselost
Extremofilní organizmy
Život na Zemi
Vznik složitějších sloučenin (panspermie?) => jednobuněčný život (panspermie?) => složitý život
Život na Zemi
Vznik složitějších sloučenin (panspermie?) => jednobuněčný život (panspermie?) => složitý život
Země je jediné místo ve Vesmíru, kde známe
(inteligentní) život
Život ve Sluneční soustavě?
Detekce fosfanu (PH3
) v atmosféře Venuše
- neznáme jiný než biogenní proces, který by v daných podmínkách mohl vést ke vzniku fosfanu.
- bakterie syntetizující sloučeniny síry
- Detekce vyvrácena Lincowski et al 2021, ApJL, 908 L44 (SO2
)
- Fosfan potvrzen v hlubokých vrstvách atmosféry (2023)
Greaves et al. 2020, Nature Astronomy, 234
Život ve Sluneční soustavě?
Mars má příliš řídkou atmosféru, aby udržela vodu v kapalném skupenství. V minulosti se tekutá
voda na Marsu zřejmě vyskytovala, v současnosti pouze v podobě ledu v povrchových a
podpovrchových vrstvách.
Život ve Sluneční soustavě?
Uhlovodíky na Titanu
Předpoklad oceánů pod ledovou krustou na Europě a Enceladu
Život ve Sluneční soustavě?
Saganovi plavci a lovci v
atmosféře Jupiteru?
Co umožnilo vznik života na Zemi
1. Poloha v Galaxii
a. Minimální vliv okolních hvězd
b. Dostatek těžších prvků
Vznik života v kulových
hvězdokupách?
Větší pravděpodobnost života
v eliptických galaxiích?
Co umožnilo vznik života na Zemi
1. Poloha v Galaxii
2. Vlastnosti Slunce
a. Klidná, nepříliš aktivní hvězda
b. Dlouhodobě stabilní
c. Ideální stáří
Klesá délka života
Roste hvězdná aktivita
~10 miliard let ~ miliony let
Co umožnilo vznik života na Zemi
He et al. 2023, Ap&SS, 368, 63 - spektra 329 000 FGK hvězd z LAMOST - aktivita klesá s metalicitou a věkem
roste s klesající teplotou
Co umožnilo vznik života na Zemi
1. Poloha v Galaxii
2. Vlastnosti Slunce
a. Klidná, nepříliš aktivní hvězda
b. Dlouhodobě stabilní
c. Ideální stáří
Gilbert et al. 2021, FrASS, 8, 190
- Nedetekce tranzitu u Proximy Cen b
Vida et al. 2019, ApJ, 884, 160, erupce po
7 % času, energie 1030-32
erg
Co umožnilo vznik života na Zemi
Gilbert et al. 2022, AJ, 163, 147 - AU Mic 2 erupce/den, detekce AU Mic c
Vida et al. 2019, ApJ, 884, 160, erupce po
7 % času, energie 1030-32
erg
Vývoj erupce u AU Mic 5.10.2023
PUCHEROS+ (Dr. Petra Odert, in
prep.)
Co umožnilo vznik života na Zemi
1. Poloha v Galaxii
2. Vlastnosti Slunce
3. Vhodný systém
a. Vzdálenost od Slunce a kruhovost dráhy
i. Voda v kapalném skupenství
ii. Nevázaná rotace
Co umožnilo vznik života na Zemi
1. Poloha v Galaxii
2. Vlastnosti Slunce
3. Vhodný systém
a. Vzdálenost od Slunce a kruhovost dráhy
b. Přítomnost velkých planet
i. Vyčištění prostoru
ii. Destabilizace kometárních jader
Co umožnilo vznik života na Zemi
1. Poloha v Galaxii
2. Vlastnosti Slunce
3. Vhodný systém
a. Vzdálenost od Slunce a kruhovost dráhy
b. Přítomnost velkých planet
c. Přítomnost Měsíce
i. Stabilizace rotační osy
Náraz tělesa velikosti Marsu
před 4.5 mld lety
Co umožnilo vznik života na Zemi
1. Poloha v Galaxii
2. Vlastnosti Slunce
3. Vhodný systém
4. Vlastnosti Země
a. Velikost
b. Vlastnosti atmosféry
c. Přítomnost magnetického pole
d. Desková tektonika
Co umožnilo vznik života na Zemi
1. Poloha v Galaxii
2. Vlastnosti Slunce
3. Vhodný systém
4. Vlastnosti Země
a. Velikost
b. Vlastnosti atmosféry
c. Přítomnost magnetického pole
d. Desková tektonika
5. Přítomnost vody
Exoplanety a život
Kde očekáváme a hledáme život?
1. Hvězdy podobné Slunci (spektrální typ F-K)
2. Planety velikostně srovnatelné se Zemí obíhající v
obyvatelných zónách bez vázané rotace
3. Planety na kruhových drahách
4. Planety mající atmosféry
Biomarkery:
CH4
, O2
, pozitivní (infra)červený
exces (>700 nm - vegetace)...
Exoplanety a život
Exoplanety a život
Boldog et al. 2023, arXiv:2312.01893 - studium 28 kamenných exoplanet, model Fe jádra,
kamenného obalu, vrstva vysokotlakého ledu, voda v kapalném skupenství. Zahřívání slapovými
silami a radioaktivním rozpadem.
Exoplanety a život
Madhusudhan et al. 2021, ApJ, 918, 1
- Hyceánské planety - železné jádro,
plášť, velké vodní plochy (až 90 %),
H2
atmosféry
Obyvatelná zóna hyceánských planet
je mnohem širší, než pro klasické
terestrické planety
Exoplanety a život
Madhusudhan et al. 2023, ApJL, 956, 13
- Detekce organických molekul u K2-18 b s JWST
- Přítomnost metanu, oxidu uhličitého a nedetekce amoniaku potvrzuje modely s atmosférou bohatou
na vodík a přítomnost velkých vodních ploch
Exoplanety a život
http://phl.upr.edu/projects/habitable-exoplanets-catalog
Exoplanety a život
Index podobnosti Zemi, ηEarth
Bergsten et al. 2023, AJ, 166, 234 - M
hvězdy nemají více planet v
obyvatelných zónách než FGK hvězdy
Exoplanety a život
Tsiaras et al. 2019, Nature Astronomy, 3, 1086
Hledání mimozemského života
Odhady naznačují, že až 1.8 % hvězd slunečního typu má planetu o velikosti 0.75-1.5 Rz,
která obíhá v obyvatelné zóně (Kunimoto&Matthews, 2020, AJ, 159, 6)
V Galaxii je přibližně 400 miliard hvězd, zhruba 8 % z toho jsou spektrálního typu G
Hledání mimozemského života
Nejméně 580 miliónů druhých Zemí v Galaxii!!!
Ve viditelném Vesmíru ~1020
terestrických planet
Odhady naznačují, že až 1.8 % hvězd slunečního typu má planetu o velikosti 0.75-1.5 Rz,
která obíhá v obyvatelné zóně (Kunimoto&Matthews, 2020, AJ, 159, 6)
V Galaxii je přibližně 400 miliard hvězd, zhruba 8 % z toho jsou spektrálního typu G
Hledání mimozemského života
Odhad množství civilizací, které jsou právě v tento moment schopny
komunikovat a snaží se o kontakt
Frank Drake 1961: Drakeova rovnice
Hledání mimozemského života
Westby&Conselice 2020, ApJ, 896 1:
36 civilizací v naší Galaxii
Frank Drake 1961: Drakeova rovnice
Odhad množství civilizací, které jsou právě v tento moment schopny
komunikovat a snaží se o kontakt
Hledání mimozemského života
Hledání mimozemského života
Nejméně 580 miliónů druhých
Zemí v Galaxii!!!
Hledání mimozemského života
Hledání mimozemského života
Wow! signál (1977)
- detekován radioteleskopem Big Ear (Ohio, USA)
- 72 sekund, 1420 MHz, tvar gaussovky
- kometa 266P/Christensen nebo 335P/Gibbs? (Paris&Davies
2017, arXiv:1706.04642, Washington Academy of Sciences)
- zdrojem 2MASS 19281982-2640123? (Caballero 2020,
arXiv:2011.06090)
Hledání mimozemského života
1. Neexistují (momentálně)
2. Jsou příliš daleko
3. Nemají zájem o komunikaci s námi
4. Jsou zticha pro všechny
5. Nedosáhli potřebné technologické úrovně
6. Mimozemský život je úplně jiný než pozemský
7. Přeslechli jsme se
8. Jsou zde a jen o nich nevíme
9. ...
SETI institute’s Allen telescope array
Kdo bude mluvit
za Zemi?
Hledání mimozemského života
1. Neexistují (momentálně)
2. Jsou příliš daleko
3. Nemají zájem o komunikaci s námi
4. Jsou zticha pro všechny
5. Nedosáhli potřebné technologické úrovně
6. Mimozemský život je úplně jiný než pozemský
7. Přeslechli jsme se
8. Jsou zde a jen o nich nevíme
9. ...
SETI institute’s Allen telescope array
Sci-fi literatura
Kosmické civilizace o sobě
záměrně nedávají vědět
Robert L. Forward:
Dračí vejce
Hvězdotřesení
- Civilizace na povrchu
neutronové hvězdy
Sci-fi literatura