Průměrné Slunce s obyčejnou planetou, jenže… Část druhá: Velmi (ne)obyčejné Slunce aneb není hvězda jako hvězda


Za posledních pár let astronomové konečně dokázali objevit planety, které obíhají kolem jiných hvězd – je to důležité potvrzení faktů, které byly kdysi jen rozšířenou spekulací. Je to tedy potvrzením, že na naší soustavě o osmi planetách není nic zvláštního?

Připusťme, že to dokazuje tolik, že náš sluneční systém není výjimečný, pokud jde o to, že planety obíhají kolem hvězdy. V roce 1995 byla objevena první planeta, která obíhá kolem hvězdy podobné našemu Slunci. Do té doby se očekávalo, že astronomové objeví obří plynné planety na velkých kruhových drahách, velmi podobné Jupiteru. Jupiter obíhá kolem Slunce v dvanáctiletém cyklu na téměř kruhové dráze ve velké vzdálenosti od Zemi podobným planetám, jako je Merkur, Venuše, Země a Mars.

Zjišťujeme však, že planety, které krouží kolem jiných hvězd, jsou od Jupitera dost odlišné. Krouží po celé škále různých vzdáleností od malého zlomku astronomické jednotky – což je vzdálenost mezi Zemí a Sluncem – až po několik astronomických jednotek. Většina jejich drah je elipsovitá; velmi málo z nich je kruhových. Tyto nekruhové dráhy astronomy velmi překvapily. Protože se velmi spoléhali na koperníkovský princip, stále očekávali, že i další planetární systémy budou přesně takové, jako jsou ty naše. Toto jejich očekávání se však nepotvrdilo.

Co je špatného na elipsovité dráze planet? Přináší to v jejich systému problém s obyvatelnosti jakýchkoliv planet, které jsou podobné naší Zemi, protože to u nich snižuje pravděpodobnost stabilních kruhových drah. Například dráha Země je téměř dokonalým kruhem. Planety s hmotností Země budou citlivé na jakoukoliv obří plynnou planetu, pokud ty budou mít excentrické dráhy. Bude to mít vliv i na tyto Zemi podobné planety, a ovlivní to jejich vlastní dráhu, takže bude méně kruhová, a to je vystaví nebezpečným výkyvům teplot na jejich vlastním povrchu. Takže kdyby náš Jupiter měl více elipsovitou dráhu, naše Země by nebyla schopna zachovávat svou kruhovou dráhu. Na Zemi by se nedokázala udržet stálá teplota a stabilní klima, což s tím úzce souvisí. Vlastně už i malé výchylky v naší téměř kruhové dráze by mohly způsobit dobu ledovou kvůli posunu teplot na povrchu planety. Aby se na našem povrchu zachovala relativně stála teplota, musí se naše kruhová dráha zachovat bez nejmenšího možného posunu. A to je možné jen proto, že dráha Jupitera není příliš elipsovitá, a tak nehrozí narušení naší kruhové dráhy.

extrasolar_terrestrial_planet_space_art_2Astrobiologové vytvořili teorii kruhové obytné zóny. To je oblast kolem hvězdy, v níž se na povrchu planety vyskytuje voda v kapalném stavu. To je ovlivňováno množstvím světla, které se na tuto planetu dostalo z horké hostitelské hvězdy. Nemůžete být příliš blízko, protože by to způsobilo velké vypařování vody do atmosféry, což způsobí únikový skleníkový efekt a jednoduše by se oceány vypařily. Myslíme si, že něco takového se mohlo stát i na Venuši. Avšak pokud se od ní příliš vzdálíte, příliš se ochladí. Voda a oxid uhličitý zmrznou. V této souvislosti jde o to, že jak se vzdalujete od Slunce, musí se zvyšovat obsah oxidu uhličitého v atmosféře planety. Je to nezbytné pro zachytávání sluneční radiace a uchování vody v tekutém stavu. Problém však bude v tom, že se natolik sníží obsah kyslíku, že tam nebudou moci žít komplikovanější formy života jako jsou savci. Pro zachování plnohodnotného života je potřebný nejvnitřnější okraj obytné zóny kolem hvězd, kde máte správně nízkou hladinu oxidu uhličitého a dost vysoké procento kyslíku. A to je přesně místo, na kterém se nacházíme my. Pokud by se vzdálenost Země od Slunce pohnula řekněme o pět procent na tu či onu stranu, nastala by katastrofa. Živočichové by nemohli existovat. Oblast, ve které je možný život v solárním systému, je mnohem menší, než si většina lidí myslí. A právě proto je třeba mít kruhovou dráhu oběhu, jakou má naše Země, nestačí dostat se do kruhové obytné zóny jen jednou za čas, nebo na nějakou ohraničenou dobu, nutné je být v ní neustále. Bylo by vám to k ničemu, kdybyste měli vodu jen čtyři měsíce v roce a pak by celá planeta zamrzla.

Základem zachování života na Zemi je samozřejmě Slunce. Nukleární reakce, které probíhají v jeho jádru při teplotě téměř patnáct milionů stupňů Celsia, nás ze vzdálenosti téměř sto padesát milionů kilometrů zásobují neustálým přílivem tepla. Jeho hmotnost je obrovská, těžko si umíme představit, že je tři sta tisíckrát hmotnější než Země. Slýcháme, že na Slunci není nic neobvyklého. Klasický text z učebnice zní: “Slunce je obyčejná stálice.”  Pak je tedy snadné předpokládat, že pokud je naše Slunce opravdu takové průměrné, typické a ničím výjimečné, je jen logickou implikací, že kolem množství podobných hvězd ve vesmíru musí obíhat i množství planet jako je naše, na kterých je život.

Dnes astronomové vědí o hvězdách mnohem víc než dříve, stále převládá názor, že Slunce je jen běžná hvězda? Naštěstí už tomu tak není, nedávno se začalo v nejnovějších učebnicích astronomie konečně uvádět, že Slunce je opravdu neobvyklá hvězda. Například patří mezi deset procent všech největších hvězd v galaxii. Pokud byste si jen tak naslepo vybrali nějakou hvězdu, velmi pravděpodobně bude mnohem menší než je naše Slunce. Zřejmě půjde o jednoho z červených trpaslíků, které tvoří téměř osmdesát procent všech hvězd. Astronomové odhadují, že ve vesmíru je třikrát více červených trpaslíků, než ostatních hvězd. A aby toho nebylo málo, žádnou z těchto početných hvězd nemůžeme spatřit ze Země pouhým okem. Podívejte se tedy na hvězdnou oblohu znovu a ke každé hvězdě kterou vidíte si domyslete tři další. Dalších osm či devět procent jsou takzvaní trpaslíci spektrální třídy G, z nichž většina je také menší než Slunce. Naše Slunce je žlutý trpaslík; odborně řečeno, patří k spektrálnímu typu G 2.

18778-burning-sun-1920x1080-fantasy-wallpaperČervení trpaslíci dominují vesmíru, ale pomáhají životu na planetách, které kolem nich obíhají? Pravděpodobně ne. Z několika důvodů. Zaprvé červení trpaslíci vyzařují většinu své radiace v červené části celého barevného spektra, což snižuje účinnost fotosyntézy. Aby mohla dobře fungovat, potřebuje modré a červené světlo. Ale mnohem větším problémem je, že pokud se snižuje hmotnost hvězdy, stejně se snižuje i její svítivost. Aby si planeta u takové hvězdy zachovala na povrchu vodu, potřebuje k tomu dostatečné teplo a proto bude muset obíhat kolem takové hvězdy o dost blíž. Zde se stává problémem slapová síla mezi hvězdou a planetou, která sílí, čím je planeta blíže, takže rotace planety se zpomaluje, až nakonec skončí ve stavu, který nazýváme uzamčeným stavem (vázaná rotace). To znamená, že bude vždy obrácená ke hvězdě jen jednou a touž stranou (takto dopadl například Merkur). Toto je velmi špatné, protože to způsobuje velké teplotní rozdíly mezi její odvrácenou a přivrácené stranou. Lícová strana bude velmi suchá a horká, odvrácená strana pak bude příliš ledová a studená.

solar-flare-hits-alien-planetDalším problémem červených trpaslíků jsou jejich erupce.  Ale i Slunce má přeci své erupce. Ano, má. Dá se dokonce říci, že intenzita erupcí na červených trpaslících je přibližně stejná, jako má naše Slunce. Rozdíl je v tom, že červení trpaslíci vydávají mnohem méně celkového světla, takže jsou mnohem méně zářící. To znamená, že ve srovnání se zářivostí hvězdy, je výkon jednotlivých erupcí mnohem vyšší.  U takového typu hvězd erupce způsobují, že její celková svítivost stoupá a klesá. Astronomové je nazývají, erupční hvězdy, protože když je pozorují, tak jim častokrát před očima vzplanou a pak opět ztmavnou. Erupcím na našem Slunci se nevěnuje příliš mnoho pozornosti, protože je tak ohromně zářivé, že tyto erupce jsou jen jako malé bliknutí. Ani si jich nevšimnete. Jsme od Slunce vzdáleni téměř sto padesát milionů kilometrů, kdyby šlo o červeného trpaslíka, Země by musela být mnohem blíže. Stoupání a klesání svítivosti hvězdy bude způsobovat na povrchu obíhající planety teplotní výkyvy. Ale dalším negativem bude zvýšené částicové záření, které erupce způsobí. Na Zemi se nám to také v určité míře projevuje, čehož následkem je efekt polární záře. I při erupcích na Slunci dochází k částicovému záření. Když tyto částice dosáhnou Země, jsou vtažené magnetickým polem na severní a jižní pól a pak polární záři pozorujeme na severní polokouli jako překrásné záření. Částicové záření však má za následek, že se rychle zničí atmosféra, zvýší se úroveň povrchového záření, ale co je nejdůležitější, zničí se ozonová vrstva, kterou potřebujeme na ochranu před radiací. Toto bude pro jakýkoliv život na planetě, která je blízko červenému trpaslíkovi, zcela zničující. Červení trpaslíci mají ještě jeden problém: neprodukují dostatek ultrafialového světla, které na počátku potřebujete k produkci kyslíku v atmosféře. Vědci věří, že kyslík v pozemské atmosféře byl vyprodukován nejdříve ultrafialovým zářením, které rozložilo vodu na kyslík a vodík. Kyslík byl použit na stavbu atmosféry, zatímco vodík unikl do vesmíru, protože byl lehčí. Ale červení trpaslíci produkují velmi málo modrého světla. Takže tento fenomén nenastane tak rychle a nevznikne kyslíková atmosféra potřebná k zachování života pozemského typu.

Large StarNaštěstí naše Slunce má nejen tu správnou hmotnost, ale vyzařuje i ty správné barvy – rovnoměrně červenou a modrou. Kdybychom kroužili kolem větší hvězdy spektrální třídy F (asi 2 % zastoupení, hvězdy třídy F jsou asi o polovinu větší než Slunce a mají zhruba čtyřikrát větší zářivý výkon), bylo by tam mnohem více modrého záření, což by vyprodukovalo kyslík a ozónovou vrstvu rychleji. Ale jakékoliv momentální narušení ozónové vrstvy by planetu vystavilo okamžité záplavě vysoce intenzivního ultrafialového záření, což by pro život opět znamenalo katastrofu. Rovněž je třeba brát v úvahu skutečnost, že obrovské hvězdy nemají velkou životnost – toto je největší problém. Hvězdy, které jsou jen o trochu větší, než je naše Slunce, žijí jen několik miliard let (třída F kolem tří miliard let). Od našeho Slunce se očekává životnost kolem deseti miliard let ve svém hlavním stádiu, kdy bude rovnoměrně spalovat vodík. Jiné hvězdy, které jsou jen o pár desítek procent větší, mají výrazně kratší životnost. A ještě i během tohoto stádia mnohem rychleji změní svou zářivost. Vše v jejich životním cyklu se děje rychleji.

Čím je ještě naše Slunce neobvyklé? Slunce je bohaté na kovy; znamená to, že má vyšší výskyt těžších prvků v porovnání s ostatními hvězdami svého věku v této oblasti naší Galaxie. Ukazuje se, že obsah kovů je asi ve zlatém středu toho, co je potřebné k vybudování obyvatelných planet velikosti naší Země. Naše Slunce je také velmi stabilní. Více než většina srovnatelných hvězd. Jeho svítivý výkon klesá a stoupá jen o jednu desetinu procenta vůči celému slunečnímu cyklu, který trvá kolem jedenácti let. To chrání Zemi před prudkými klimatickými změnami. Další zvláštností je, že dráha našeho Slunce je více podobná kruhu než dráha většiny hvězd stejného věku v naší Galaxii. To nás zachovává v bezpečné vzdálenosti od nebezpečných galaktických spirálovitých ramen. Pokud by byla dráha našeho Slunce více excentrická, byli bychom vystaveni více galaktickým nebezpečím, jako jsou například výbuchy supernov.

Na hvězdy na noční obloze máme tendenci pohlížet jako na několik identických těles, bez rozdílu. Ohromná většina hvězd je automaticky vyloučena z možnosti, aby byla schopna mít kolem sebe planety, na kterých je život. Aby nějaká hvězda mohla podporovat život na planetě, která kolem ní krouží, musí splňovat mnoho podmínek; tak, jako naše Slunce. Musí mít správnou hmotnost, správné světlo, správné složení, správnou vzdálenost, správnou dráhu, být ve správné galaxii a ještě k tomu v ní být správně umístěna. Toto vše činí z našeho Slunce a z naší planety opravdu neobvyklá tělesa.

Příště dokončení série: Superzemě? Na velikosti záleží!