TRAPPIST-1: Sprievodca systémom

Sedem svetov systému TRAPPIST-1 je najzaujímavejším doteraz objaveným exoplanetárnym systémom. Aké sú tieto planéty a mohli by podporovať život? Sedem svetov planetárneho systému TRAPPIST-1 predstavuje jednu z našich najlepších šancí na nájdenie mimozemského života mimo našej Slnečnej sústavy.

Všetkých sedem planét sú skalnaté svety a to od veľkosti nášho Marsu až po planéty o niečo väčšie ako Zem. Tri alebo štyri z nich sa nachádzajú v obývateľnej zóne svojej materskej hviezdy, čo znamená, že obiehajú vo  vzdialenosti, ktorá umožňuje  udržať na ich povrchu tekutú vodu. Systém Trappist-1 sa nachádza vo vzdialenosti len 40 svetelných rokov od Zeme v súhvezdí Vodnár. Je teda v dosahu vesmírneho teleskopu Jamesa Webba (JWST). To znamená, že JWST dokáže skúmať atmosféry planét systému TRAPPIST-1 (ak majú atmosféru) a tak sa dozvedieť cenné informácie o planétach systému a či  skutočne môžu podporovať vznik a udržanie život.

porovnanie charakteristík siedmich svetov TRAPPIST-1 v porovnaní so skalnatými planétami v našej slnečnej sústave.

TRAPPIST-1 bol prvý systém tranzitujúcich exoplanét, ktorý bol objavený projektom TRAPPIST v roku 2016. Spočiatku boli identifikované iba tri planéty, ale následné pozorovania v roku 2017 Spitzerovým vesmírnym teleskopom agentúry NASA objavili ďalšie štyri svety. NASA opísala systém TRAPPIST-1 ako prvý známy systém siedmich planét veľkosti Zeme okolo jednej hviezdy. Materská hviezda systému TRAPPIST-1 je červený trpaslík triedy M. Hviezdy  tohto typu sú veľmi chladné s hmotnosťou v rozmedzí od približne 0,08 do 0,6 hmotnosti Slnka. TRAPPIST-1 je pritom jedným z najmenších známych trpaslíkov M s priemerom len 84 180 kilometrov, čo je len 12% priemeru Slnka a iba 8,9% hmotnosti Slnka. Teplota povrchu materskej hviezdy je sotva polovicou teploty povrchu Slnka. Vek materskej hviezdy je 7,6 miliardy rokov, čo znamená, že TRAPPIST-1 je asi o 3 miliardy rokov starší ako Slnko. Čo je dobrá správa pre potenciálny život na planétach okolo hviezdy TRAPPIST-1. Po prvé to znamená, že uplynulo dosť času aby sa nejaký ten život vyvinul. Po druhé, mladší červení trpaslíci sú známi tým, že sú veľmi aktívni, pravidelne eruptujú silné vzplanutia vysokoenergetického žiarenia. Čím starší je červený trpaslík, tým menej často sa tieto erupcie vyskytujú. Otázkou však je, či materská hviezda systému poškodila obiehajúce planéty, alebo nie. Mohlo sa totiž stať, že keď bola materská hviezda systému mladšia, mohli silné erupcie odfúknuť atmosféry planét systému.

Planetárne systémy okolo červených trpaslíkov sú v porovnaní so slnečnou sústavou dramaticky menšie. Najvnútornejšia z planét systému TRAPPIST-1 a to planéta TRAPPIST-1b, obieha vo vzdialenosti iba 1,72 milióna km, zatiaľ čo najvzdialenejšia planéta TRAPPIST-1h obieha iba 9,3 milióna km od hviezdy. Ak porovnáme tieto vzdialenosti s našou Slnečnou sústavou, tak najvnútornejšia planéta Merkúr  obieha vo vzdialenosti 58 miliónov km od Slnka. V skutočnosti by sa teda systém TRAPPIST-1 zmestil do obežnej dráhy Merkúra najmenej štyrikrát. V prípade červených trpaslíkov, to však nie je až také zlé. Pretože červení trpaslíci sú tak chladné hviezdy, že ich obývateľná zóna je oveľa bližšie k centrálnej hviezde. Nakoľko sú však planéty tak blízko svojej hviezdy, gravitačné slapové sily hviezdy spôsobujú, že rotačná perióda planét okolo ich osi sa synchrónne uzamkne s ich obežnými dráhami. Inými slovami, jeden deň (jedna rotácia okolo osi) sa rovná dĺžke jedného roka (jedna rotácia okolo hviezdy). Výsledkom je, že planéty sú vždy rovnakou  pologuľou otočené k svojej hviezde, čo znamená, že jedna pologuľa má stále deň a druhá pologuľa má stále noc. Sedem planetárnych svetov systému  TRAPPIST-1 je najzaujímavejším doteraz objaveným exoplanetárnym systémom. Aké sú však planéty tohto systému a mohli by podporovať život? Všetkých sedem planét sú skalnaté svety, od veľkosti Marsu až po o niečo väčšie ako Zem. Tri alebo štyri z nich sa pritom nachádzajú v obývateľnej zóne svojej hviezdy, čo znamená, že obiehajú vo vzdialenosti, ktorá umožňuje udržanie kvapalnej vody na povrchu planéty.

TRAPPIST-1B:

TRAPPIST-1b je najvnútornejšia planéta v systéme TRAPPIST-1, je to skalnatý svet, ktorý má podobnú veľkosť ako Zem. S priemerom 14 236 km je TRAPPIST-1b asi 1,116-krát väčší ako naša planéta a zhruba 1,374-krát hmotnejší. Gravitácia na povrchu planéty je o 10% väčšia ako tá na Zemi. Planéta obieha len 1,72,1 milióna km od svojej hviezdy, ktorú obehne raz za 1,5 pozemského dňa. Povrchová teplota na dennej strane dosahuje až 225 °C, čo znamená, že táto planéta je príliš horúca pre život ako ho poznáme.

TRAPPIST-1C:

Ďalšia planéta systému v poradí. Jedná sa o príliš horúcu planétu, teplota na jej povrchu dosahuje 107 °C. Pokojne môžeme povedať, že sa jedná o dvojča planéty Venuša. Planéta je totiž porovnateľne veľká ako Venuša a od svojej hviezdy prijíma podobné množstvo žiarenia ako Venuša od Slnka. S priemerom 14 030 km je planéta 1,097-krát väčší ako Zem a 1,308-krát hmotnejšia ako Zem. Gravitácia na povrchu je  porovnateľná ako na Zemi. Planéta obehne centrálnu hviezdu raz za 2,4 pozemského dňa a to vo  2,36 milióna km.

TRAPPIST-1D:

Tento maličký svet je jedna z najmenej hmotných, doteraz objavených exoplanét. Šanca, že by táto planéta hostila život je minimálna. Svoju materskú hviezdu obieha vo vzdialenosti 3,33 milióna km, jeden obeh jej trvá 4,05 pozemského dňa. Planéta sa nachádza na vnútornom okraji obývateľnej zóny červeného trpaslíka, pričom dostáva  4,3% viac svetla od svojej hviezdy ako Zem od Slnka. Priemer planéty je 10 050 km, čo je len 0,788 priemeru Zeme, hmotnosť dosahuje iba 38,8% hmotnosti Zeme. Gravitácia na povrchu dosahuje iba polovicu zemskej gravitácie, takže pre túto planétu by bolo ťažké udržať si trvalú atmosféru.

TRAPPIST-1E:

Táto planéta leží uprostred obývateľnej zóny vo vzdialenosti 4,4 milióna km od materskej hviezdy. Jeden obeh okolo hviezdy trvá planéte 6,1 pozemského dňa. Planéta je menšia ako Zem, jej priemer je 11 736 km, čo predstavuje len 0,92 priemeru Zeme. Hmotnosť planéty dosahuje 69 % hmotnosti Zeme. Gravitácia na povrchu je iba 93 % gravitácie na povrchu Zeme. Planéta dostáva od svojej hviezdy približne rovnaké množstvo energie ako Zem od Slnka. To znamená, že ak má táto planéta atmosféru, dokáže zadržať časť tepla, ktoré od svojej hviezdy dostáva, čoho výsledkom môže byť existencia kvapalnej vody na jej povrchu.

TRAPPIST-1F:

Materskú hviezdu obieha na vonkajšom okraji obývateľnej zóny a to vo vzdialenosti 5,74 milióna km s obežnou dobou 9,2 pozemského dňa. Planéta má priemer 13 330 km, čo je zhruba 1,045-krát viac ako Zem, hmotnosť planéty je 93% hmotnosti Zeme. Povrchová gravitácia dosahuje 85,3% gravitácie Zeme. Planéta dostáva od svojej hviezdy len tretinu energie ako dostáva naša Zem od Slnka. Z uvedeného vyplýva, že planéta bude chladnejším svetom, predpokladá sa, že teplota na jej povrchu dosahuje mínus 59 °C. Pokiaľ však má planéta dostatočne hustú atmosféru, mohla by sa povrchová teplota šplhať niekde kúsok nad bod mrazu.

TRAPPIST-1G:

Skutočná SuperZem. Planéta obieha tesne za obývateľnou zónou. Je to veľká skalnatá planéta s priemerom 1,129-krát väčším ako Zem (14 400 km). Hmotnosť planéty je o 30% väčšia ako hmotnosť našej planéty. Planéta obieha materskú hviezdu raz za 12,4 pozemského dňa vo vzdialenosti 6,75 milióna km. Planéta prijíma len štvrtinu energie oproti energii, ktorú zo Slnka dostáva Zem. To znamená, že planéta je pravdepodobne pokrytá zamrznutým oceánom. Veľká hmotnosť exoplanéty však znamená, že by si mohla bezproblémovo udržať svoju atmosféru proti intenzívnemu žiareniu svojej hviezdy, ktorá sa ju snaží odfúknuť. Ak je k tomu planéta vulkanicky aktívna, mohlo by na planéte dochádzať k skleníkovému efektu.  Výsledkom by bol hyaceánsky svet.

TRAPPIST-1H:

Najvzdialenejšia planéta v systéme. Okolo svojej hviezdy obieha vo vzdialenosti 9,26 milióna km raz za 18,9 pozemského dňa. Priemer planéty je len  9 886 km, hmotnosť dosahuje len tretinu hmotnosti Zeme. Povrchová gravitácia dosahuje úroveň 57 % gravitácie našej Zeme.

Pozorovania vykonané pomocou HST ukazujú, že planéty v systéme TRAPPIST-1, vrátane tých v obývateľnej zóne ako aj TRAPPIST-1h, by mohli obsahovať veľké množstvá vody. Keďže je TRAPPIST-1h mimo obývateľnej zóny, je nepravdepodobné, že by mal na svojom povrchu oceán; je to pravdepodobne zamrznutá guľa vodného ľadu s teplotou mínus 100°C. Pretože je systém TRAPPIST-1 k Zemi relatívne blízko a všetky jeho planéty tranzitujú svoju materskú hviezdu, je vynikajúcim cieľom pre JWST. Hoci teleskop nemôže získať priame snímky planét, pretože planéty sú príliš malé a príliš blízko k svojej hviezde, JWST môže vyhľadávať a skúmať atmosféru každej planéty v systéme TRAPPIST-1 počas jej tranzitu popred materskú hviezdu. Na tento účel JWST používa metódu nazývanú sekundárny tranzit. To je vtedy, keď planéta prechádza za svojou hviezdou, a nie pred ňou, a my môžeme pozorovať iba svetlo hviezdy, nie svetlo hviezdy a planéty dohromady. Odčítaním svetla hviezdy počas sekundárneho prechodu od svetla, ktoré zachytávame keď je hviezda aj planéta v tranzite, môžu astronómovia izolovať svetlo planéty. Hoci toto svetlo nevytvorí obraz planéty, je dostatočne jasné pre použitie infračerveného prístroja JWST  (MIRI), ktoré dokáže získať a analyzovať spektrum planéty. Doteraz sa astronómom podarilo získať spektrá atmosfér planét TRAPPIST-1b a TRAPPIST-1c. Výsledok však nie je dobrý, nakoľko zo spektier vyplýva, že  ani jedna z týchto planét nemá hustú atmosféru. Prístroj MIRI zmeral teploty na denných stranách planét a zistil, že teploty sú pre život príliš vysoké a to 230 °C a 107 °C. Získanie spektier ostatných planét systému môže určitý čas trvať, pretože získať relevantné spektrálne údaje je mimoriadne ťažké. Ale ak ostatné planéty systému TRAPPIST-1 majú atmosféru, tak JWST by mal byť schopný detegovať špecifické molekuly, vrátane oxidu uhličitého, metánu, dusíka, kyslíka a vody. Všetko samozrejme ukáže čas a ďalšie pozorovania.

Autor: R. Mikušinec

Zdroj: Space.com