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 Mj Exoplanety 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) 2024 (8.12.) - 7360 exoplanet!, 5051 pl. SOUStav (např. Kepler 90 - 8 planet, HD 10180 - 7 planet+2 kandidáti; TRAPPIST-1 - 7+1 planet...) - zdroj: http://exoplanet.eu/cataloq/ NASA: 5788 exoplanet (8.12.2024) https://exoplanets.nasa.qov/discoverv/exoplanet-cataloq/ 2019 Nobelova cena Mayor & Queloz & Peebles mm ■1 Exoměsíce(20 kandidátů), exokomety, Rozmanité exoplanety Podle velikosti a vlastnosti • Plynní obři (exojupiter) - o velikosti Saturnu a Jupiteru a větší • Neptunu podobní (exoneptun) - velikost Uranu nebo Neptunu, s vodíkovou nebo héliovou atmosférou • Mini-neptun - menší než Neptun, ale větší než Země • Superzemě (superterran) - kamenné, hmotnější než Země, ale lehčí než Neptun; nemusí mít atmosféru • Terestrické (exozemě, terran) - o velikosti Země a menší (0,5 - 5 Mz nebo poloměru 0,8 -1,5 Rz), z kamenů a kovů, některé mohou mít oceány a atmosféru; 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 Podle trajektorie „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. bludné planety (rogue planet, isolated planetary-mass object, interstellar planet, nomad planet, free-floating planet, orphan planet) - 892 exoplanet (8. 12. 2024); sdss J111010.01+011613.1 (10-12 Mj, vzdál. 63iy)aPSO J318.5-22, (5,5-8 Mj, vzdál. 80 ly) r 1 January 2018 N 3572 exoplanets (-2600 systems, -590 multiple) [numbers from NASA Exoplanet Archive] Exoplanet Detection Methods C "3 protoplanetary disks debris disks/colliding planetesimals star accretion/pollution white dwarf pollution radio emission X-ray emission gravitational waves pulsating TTVs wri/re ivvi :r,*> eclipsing binaries 10/Wj lOMe pulsars slow millisec 15. 662 Discoveries: 32 planets (20 systems, 5 multiple) reflected/ polarised light / 482 \ / /1 \/ / 1187 timing (2-6R odlišit hvězdy hnědé trpaslíky a planety • poprvé u dat z Keplera: Kepler19b TTV s amplitudou 5 min a periodou ~ 300 dní => další planeta Kepler 19c • k 8. 12. 2024 34 exoplanet dráha hvězdy s planetou 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 (8. 12. 2024) - 1278 planet, 956 planetárních soustav 51 Peg_E LQ Dl E E ÍBDD l J n Tau Boo Phased Orbit SÜD .DU ÍĎŮ.UŮ- Statike s Mea-sured and (PiiilŤďie-iJ) Palod- 3.41 toys (3.31) Amplitude = 420 nVs(469) a ní*0 ° Eccentricity = 0.18 (.018) ^ D ° -40D.CŮ ■D | íĎd.tú i 1 -2UÚ.ki- a / \ ü □ _/ V □ d3 \ * °y u X R/ 4ŮD.ki - □ □ Dq fl - □ □ □ » = USSR * S 5 £ = s a = GB S £ E2~"S^~!= PLATOSPEC amatérský projekt, 40cm dalekohled Transity - pozorování přechodu exoplanety před mateřskou hvězdou; - nyní nejúspěšnější metoda - 4480 exoplanet, 3428 soustav, 686 soustav s více planetami (8. 12. 2024) - 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. c 0 G-U75 - l-'aze TrES-1 Tranail Observation - 2ti04. Sep To-nf VmnmiLlHi CRSi [Utli^rn (Miam-.nldt( G mr.S.MBlHHiiv iiiNlHrml ST TAÍW f.C.ft iwihij -v-í. f -061ú mom 1 iůď MSM mm MM j tOft jím ij53jh e1m IMM Ml 17Ů.S 171.Ů 171.1 171.2 273.1 273.2 273.3 í73.1 273.5 125.0 425.1 42 5.2 125.3 125.-1 Time [BJD - 2,455,0001 -ia.6 -ie.5 —1 a.-i -iE.3 - 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 10 o fc s I -40 60 - Si c B0 60 " v Star A - - — s f -J \ Star B---- - f ** _ \ \ _^ H4 fl+l 0.0 0.4 0.6 Orbital Phosc I.C 100 200 30Q Time [BJD - 2.455.000] 500 © Nejnovejäí Ä Moje VorAsIro "rovD: Q Kaloto jj hr-ra Q rfcUjalog. e-^c 1 |ond J L ! ľ -rf OEJV TrES-3 b i&oplc^ti. Kartiddfy tí $ FUt 1711 SZmOř.íMs. DE: -3T 3ľ 4400" l3flBJ33Sl66e»7. 3754*1 i i Llffi| fŮC m 039 .HM>3 b, V: 4 ľW I k-i ŕ, H 12 4 14 1V| • ■^■jĽl-alrn.n.'iI.jMM 3J3 • HkhuĽía tfQiunu ÍMaqi [LCJMl* • -t 1 77 4 - -com* h^^j OJlJ.pŕ-ttQlŕ/ • npoktldl1or0«?7 • ■.■»■..*>■ odmki Orbitálni premenTy: • PtefKiiijoV l.»ciew)B • ***a pdocfco (ŕwj|: D.OJ26 u QUI J • -nktaMcc n-U-IC i/ &Í4 Äabfwftpfodpfwfeftrnníľtú » 650 x fV-ťcľ. poŕD-zrvdlelu 74 x Ox 35 dny Variace akc-níiltu stredu tra-zitu ) TTV diagram) ETD Družicový výzkum ■CH *■ Kepler tC:2Ü % 2006-2013 - COROT (Convection, Rotation and planetary Transits) na oběžné dráze družice (33 exoplanet a cca 600 kandidátů), 2009-2014 - družice Kepler - (2778 potvrzených, 1984 kandidátů k ověření; 30 exozemí v obyv. zóně) Mise K2 - 548 potvrzených (977 kandidátů k ověření) Obě prováděly nezávisle přesnou fotometrii vybraných hvězd a hledaly exoplanety pomocí jejich tranzitů přes disk mateřské hvězdy (počty exoplanet k 13.12. 2023). TESS (od 2018) - 571 potvrzených exoplanet, 7351 kandidátů (8.12. 2024) 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 (190 k 12.12. 2023) https://exoplanet.eu/planets binarv/ dnes i ve vícenásobných soustavách 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, civilizace... Kepler-20e Venus Earth Kepler-20f « i < ( M f ( Keplerův orloj IV B http://www.astro.cz/apod/ap151205.html 70 exoplanet v zónách života (21. 3. 2024) 29 kamenných planet, 41 s vodou katalog Potentially Habitable Worlds [4.2 ly] Proximo Cent * M6ly] GJ 1002 c I [1021y] T0I-7DO d [579 ly] Kepler-186f [11 ly] Ross 128 b [24 ly] GJ 667 C e T" [1021y] T0I-7C0 e [822 ly] Kepler-1652 b [12 ly] EJ 1061 c [24 ly] GJ 667 C f [1061y] LP 890-9 c [866 ly] Kepler-1229 b ln\y] GJ1061 d [31 ly] Wolf 1069 b [1381y] TOI-715 b [981 ly] Kepler-62 f [12 ly] GJ 273 b [41 ly] TRAPPIST-1 d [1441y] K2-3 d • t [11941y] Kepler-442 b i ■y [41 ly] TRAPPIST-1 e [2171y] K2-72 6 Earth [41 ly] TRAPP IST-1 f Mars [121y] [121y] [161y] Teegarden's Siar b Teegarden's Star c G J10 92 b [41 ly] TRAPPIST-1 g [301 ly] [545 ly] fepler-1649c Kepler-296 e Artistic representations. Earth and Mars for scale. Planets are organized in order of their increasing distance from Earth (shown between brackets in light-years). CREDIT: The Habitable Worlds Catalog. PHL @ UPR Arecibo (phl.upr.edu) Jan 2024 exozemě v zónách života? - např. u Gliese 581 - obíhá kolem mateřské hvězdy ve vzdálenosti, která by mohla zajistit přítomnost vody v kapalném stavu na povrchu planety problém: jsou tam? Hledání další Země Atmosféry exoplanet HOT GAS GIANT EXOPLANETWASP-Qů b ATMOSPHERE COMPOSITION NIRISS I Singre-Obied Siiifess Spegiioscopv Photocher P/fOfOrfíSS OCI91 >QTt Qf Wafer Photons trom nearby slaf interact with abundant water molecufes in the exoptenet atmosphere lů produce hydrwifó (OH f and atonic hydrogen (H). in the Atmosphere of Exoplanet WASP-39 b lAlEBB Hydragan Sulfide abundant in atmosphere A Chain of Rcictions OH and H read wilh hydrogen sulfide- in 3 series of steps- Hydrogen is stripped, then oxygen added, Co produce sulfur dioxide in (he- e-xoplan&t's atmosphere. Hydrogen molecules and atoms are released as a by-product. Hydrogen Sulfur Photon Oxygen 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. Birth 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 Billions of Years (approx.) not to scale Velké bombardování - vrchol - před 4 miliardami let - zbytky po tvorbě planet a jejich družic -> srážky s planetami -> vznik kráterů na povrchu I - 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) HD97048 HD 135344B RXJ1615 HD 169142 ALMA Rings HL Tauri 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. Druckmüller) 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) tvar kráterů - kruhový - proč? Vznik jednoduchého a komplexního impaktního kráteru. 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! Země v současnosti obří cyklon supervulkán between reversals during a reversal rychlá změna mg. pole E za 250 mil. let - vznik superkontinentu Pangea Ultima Země za 700 milionů roků vypařování oceánů -> větší skleníkový efekt -> zvýšení teploty na 40-80°C Země za 1,5 miliardy roků oceány se vypařily; překotný skleníkový jev, teplota > 200°C mrtvá planeta Slunce červeným obrem až do 1 au s nataveným povrchem => Země dále, ale bez atmosféry Osud Země 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!