Ostatnio NASA pochwaliła się zarejestrowaniem aż siedmiu planet pozasłonecznych, za jednym zamachem. Dla jednych była to sensacja, inni poczuli lekkie rozczarowanie. Warto przy tej okazji przypomnieć sobie o kilku faktach, jakie nawet laik powinien wiedzieć o egzoplanetach i bodaj najprężniej rozwijanej działce astronomii.

1. Znamy już kilka tysięcy egzoplanet

Globów pozasłonecznych odkryto tysiące

Po ostatnim odkryciu dorod­nego układu pla­ne­tar­nego TRAPPIST‑1, kilka portali obwie­ściło: “NASA udo­wod­niła, że wszech­świat nie jest pusty”! Kiepski wniosek, bo tak się składa, że fakt ten znany jest amatorom astro­no­mii już od kilku dekad. A przy­naj­mniej od momentu, gdy w 1991 roku Alek­san­der Wolsz­czan wykrył ślady globów okrą­ża­ją­cych pulsar PSR 1257+12. Do 2005 roku skla­sy­fi­ko­wa­li­śmy przeszło setkę egzo­pla­net, w 2007 roku już dwu­krot­nie więcej, zaś obecnie znamy ich ponad 3,5 tysiąca. Odkrycia kolej­nych stanowią niemalże codzien­ność.

Natu­ralne wydaje się pytanie: ile systemów pla­ne­tar­nych, podob­nych lub różnych od naszego, może istnieć gdzieś w kosmosie? Mimo zgro­ma­dze­nia bogatego bagażu doświad­czeń, wciąż nie możemy pozwolić sobie na snucie szcze­gó­ło­wych sza­cun­ków. Naj­przy­jem­niej byłoby założyć, że każda, bądź niemal każda gwiazda, trzyma na smyczy po kilka planet. Wtedy wystar­czy­łoby prze­mno­żyć 400 miliar­dów przez 8 (załóżmy podo­bień­stwo do naszego Układu), aby otrzymać osza­ła­mia­jącą liczbę około 3,2 biliona globów poza­sło­necz­nych, w samej tylko Drodze Mlecznej. Byłoby to jednak zbyt proste i prze­sad­nie opty­mi­styczne ujęcie sprawy. Nie możemy też wyciągać zbyt ostrych i pesy­mi­stycz­nych wniosków, pły­ną­cych z samych obser­wa­cji. Teleskop Keplera musiał prze­ba­dać aż 150 tys. gwiazd, aby wyłowić zaledwie 1,2 tys. śladów układów pla­ne­tar­nych; lecz to wcale nie musi oznaczać, że mniej niż 1% gwiazd posiada jaką­kol­wiek planetę. Astro­no­mo­wie dosko­nale zdają sobie sprawę z nie­do­sko­na­ło­ści obecnych metod oraz sprzętu (o nich później), spo­dzie­wa­jąc się planet w wielu miej­scach, w które nie mają wglądu. Dlatego też, spo­ty­kane tu i ówdzie sta­ty­styki różnią się od siebie w sposób dia­me­tralny. Zdając się na instynkt i przy­pusz­cze­nia, uczeni podają szacunki, wahające się od 35% do nawet 80%. Dawałoby to od 140 do nawet 320 miliar­dów układów pla­ne­tar­nych w naszej galak­tyce. Tak więc, już od dawna mamy prawo mówić, iż “wszech­świat nie jest pusty”.

2. Globy pozasłoneczne badamy pośrednio

Tranzyt metodą badania nowych planet

Wspo­mniany już Alek­san­der Wolsz­czan, odkrył po raz pierwszy planety poza­sło­neczne, badając oddalony o niecałe tysiąc lat świetl­nych pulsar. Jak łatwo się domyślić, przy tak ogrom­nych odle­gło­ściach, wyklu­czone są obser­wa­cje bez­po­śred­nie. Ani Wolsz­czan, ani wielu jego następ­ców, nigdy nie ujrzała obcych światów na własne oczy. Nie musieli, gdyż istnieje przy­naj­mniej kilka okręż­nych metod reje­stro­wa­nia obiektów okrą­ża­ją­cych dalekie gwiazdy.

Pierwsza, z której korzy­stał sam Wolsz­czan, polega na szcze­gó­ło­wej analizie pozycji danej gwiazdy. Jeżeli gwiazda wygląda na “roz­bu­janą”, to naj­praw­do­po­dob­niej wynika to z wpływu gra­wi­ta­cyj­nego okrą­ża­ją­cych ją planet, zwykle dość masyw­nych, choć zbyt ciemnych aby móc je zobaczyć. Metoda druga jest równie pomy­słowa i opiera się na zjawisku tranzytu, czyli przej­ścia obiektu na tle danej gwiazdy. Ana­lo­giczny efekt mogliśmy samo­dziel­nie podzi­wiać w 2012 roku, podczas przej­ścia Wenus na tle tarczy sło­necz­nej. Co prawda, w przy­padku ciał odda­lo­nych o lata świetlne nie ujrzymy wyraź­nych konturów egzo­pla­nety, ale dostępne urzą­dze­nia są w stanie wyłapać czasowe osła­bie­nie światła docie­ra­ją­cego do nas z badanej gwiazdy. Zwłasz­cza w przy­padku dużych planet poza­sło­necz­nych, tego typu regu­larne “zaćmie­nia”, pozo­stają dla astro­no­mów wyjąt­kowo war­to­ścio­wymi poszla­kami. Trzecia metodę opra­co­wał inny polski astronom, Bohdan Paczyń­ski. Oparł ją o efekt soczew­ko­wa­nia gra­wi­ta­cyj­nego, do wyko­rzy­sta­nia, którego wymagane są dwie gwiazdy: gwiazda “soczew­ku­jąca” poten­cjal­nie posia­da­jąca planetę oraz druga, leżąca w prostej linii za nią. Gra­wi­ta­cja pierw­szej gwiazdy zadziała jak soczewka, wzmac­nia­jąca światło tej drugiej. W tym przy­padku, jeśli gwiazda “soczew­ku­jąca” posiada jakie­kol­wiek planety przy­sła­nia­jące jej tarczę, zakłó­ce­nia są sto­sun­kowo łatwe do wychwy­ce­nia. Mikro­so­czew­ko­wa­nie sprawdza się szcze­gól­nie dobrze w przy­padku mniej masyw­nych planet, w tym obiektów zie­mio­po­dob­nych. (Ale o szcze­gó­łach tych, oraz mniej popu­lar­nych metod, zapewne napiszę jeszcze w przy­szło­ści).

3. Niektóre widzieliśmy na własne oczy

Gwiazda Fomalhaut posiada egzoplanetę
Gwiazda Fomal­haut i planeta Dagon (ozna­czana też jako Fomal­haut b).
Gwiazda HR8799 i jej układ pla­ne­tarny.

Jeśli posłu­gi­wa­nie się niezbyt efek­towną astro­me­trią, tran­zy­tem lub innymi metodami pośred­nimi, wzbu­dziło w was roz­cza­ro­wa­nie – przy­cho­dzę z pocie­sze­niem. W 2008 roku po raz pierwszy udało się, w sposób cał­ko­wi­cie bez­po­średni, sfo­to­gra­fo­wać planetę poza­sło­neczną. Gazowy olbrzym Dagon (bo tak go nazwano) obiega odległą  o 25 lat świetl­nych gwiazdę Fomal­haut. Rzecz jasna, nie uzy­ska­li­śmy zdjęcia, z jakiego z powo­dze­niem mogli­by­ście zrobić ele­gancką tapetę na pulpit, lecz jedynie obraz pełen roz­pik­se­lo­wa­nych punktów. Mimo to, astro­no­mo­wie posta­wili ważny krok, który zaowo­co­wał bez­po­śred­nim ustrze­le­niem kolej­nych egzo­pla­net. Szcze­gól­nie udana wydaje się foto­gra­fia całego układu, nale­żą­cego do gwiazdy zmiennej HR8799. Zaan­ga­żo­wa­nie hawaj­skich tele­sko­pów Kecka i LBT oraz inter­fe­ro­me­tru LBTI, pozwo­liło na bardzo wyraźne uchwy­ce­nie czterech planet. Świetna jakość, zwa­żyw­szy na dystans wyno­szący jakieś 1200 bilionów kilo­me­trów.

Jak na razie, nasza kolekcja sfo­to­gra­fo­wa­nych układów, liczy niecałe trzy­dzie­ści sztuk. Więcej na ten temat prze­czy­ta­cie w jednym z poprzed­nich tekstów.

4. Tatooine istnieje naprawdę

Niektóre globy pozasłoneczne są bardzo intrygujące

Ponad połowa gwiazd – w odróż­nie­niu od Słońca – pozo­staje uwikłana w układy podwójne, potrójne lub większe. W żadnym wypadku nie wyklucza to procesów pla­ne­to­twór­czych, jednak sta­ty­stycz­nie gwiazdy wie­lo­krotne częściej bywają pozba­wione układów pla­ne­tar­nych niż gwiazdy poje­dyn­cze. Niemniej, to te pierwsze znacznie lepiej działają na wyobraź­nie, zarówno laików jak i autorów science-fiction.

Wśród gwiazd podwój­nych wyróż­niamy tzw. pla­ne­tarne układy oko­ło­główne oraz układy oko­ło­po­dwójne. W przy­padku tych pierw­szych, gwiazdy znajdują się od siebie sto­sun­kowo daleko i każda może posiadać własne planety. Zarówno obser­wa­cje astro­no­mów jak i symu­la­cje wskazują, że w tej kon­fi­gu­ra­cji, ewen­tu­alne układy są raczej skromne a same planety muszą okrążać swoją gwiazdę po bardzo ciasnej orbicie. Bardziej inspi­ru­jące wydają się pla­ne­tarne układy oko­ło­po­dwójne, piesz­czo­tliwe zwane też – ku uciesze fana­ty­ków Gwiezd­nych Wojen – układami Tatooine. Mamy z nimi do czy­nie­nia gdy gwiazdy tańczą ze sobą bardzo blisko, tworząc wspólne centrum dla obie­ga­ją­cych je planet. Wyobraź­cie sobie znie­wa­la­jący widok hory­zontu, okra­szony wschodem dwóch lub trzech słońc…

5. Przybywa kandydatek na Ziemię 2.0

Szukamy nowej Ziemi
Ziemia w zesta­wie­niu z wizu­ali­za­cją planety Kepler 452b.

Jak usta­li­li­śmy, planety poza­sło­neczne w samej Drodze Mlecznej można liczyć w miliar­dach. Nie oznacza to niestety, że w każdym lub prawie każdym układzie znajdują się bliź­niaczki Ziemi. Od razu uczulam, iż okre­śle­nie “zie­mio­po­dobna” nie oznacza wcale “iden­tyczna z Ziemią”. Chodzi o obiekty posia­da­jące dwa zestawy cech, upo­dab­nia­jące je do naszej Błę­kit­nej Kropki. Po pierwsze musi być to planeta skalista, wypo­sa­żona w wodę i dość gęstą atmos­ferę, dodat­kowo naj­le­piej czynna tek­to­nicz­nie. Po drugie, sio­strzany glob powinien leżeć w ekos­fe­rze, czyli opty­mal­nej odle­gło­ści od gwiazdy, pozwa­la­ją­cej na utrzy­ma­nie wody w stanie ciekłym. Glob obda­rzony tymi pryn­cy­pial­nymi walorami, mógłby w dalekiej przy­szło­ści posłużyć do kolo­ni­za­cji, bądź przy­naj­mniej zasiania na nim prostego życia.

Jeszcze całkiem niedawno, sądzono że Ziemia stanowi praw­dziwy rarytas w skali kosmosu i obawiano się, że tak przy­ja­znych światów możemy nie spotkać przez całe dzie­się­cio­le­cia. Jednak w tym przy­padku, astro­no­mo­wie przeżyli kolejne miłe zasko­cze­nie. Worek z pla­ne­tami sio­strza­nymi roz­wią­zał się na dobre w 2014 roku, co przy­nio­sło nam do chwili obecnej około dzie­się­ciu kan­dy­da­tek na Ziemię w wersji 2.0. Chyba naj­więk­sze nadzieje budzą Kepler 452b, którego odkrycie NASA ogłosiła na kon­fe­ren­cji latem 2015 roku, oraz poznana rok później Proxima b, obie­ga­jąca bliską nam Proximę Centauri. Oba obiekty są nieco większe od Ziemi, mogą posiadać wodę w stanie ciekłym i krążą wokół spo­koj­nych, gwiezd­nych karłów. Niestety wciąż daleko im do ideału: Proxima b może mieć bardzo długą dobę (nie­wy­klu­czone, że na jednej stronie ciągle panuje dzień, a na drugiej noc) i przyj­muje o wiele więcej groźnego pro­mie­nio­wa­nia od swojej gwiazdy; z kolei na powierzchni Keplera 452b panuje silne przy­cią­ga­nie, a sama planeta leży aż 1400 lat świetl­nych stąd. Jak wspo­mnia­łem: zie­mio­po­dobna wcale nie oznacza gościnna dla ludzi.

Jeśli wierzyć świeżym prze­ka­zom NASA, w układzie TRAPPIST‑1 dostrze­żono siedem planet, spośród których aż trzy cieszą się pobytem w ekos­fe­rze. Dobra wia­do­mość, choć w zare­je­stro­wa­nych pla­ne­tach nie należy pokładać zbyt wielkiej wiary. Choć obiegają bardzo słabego i lekkiego czer­wo­nego karła, robią to na tyle blisko aby pozo­sta­wać wysta­wio­nym na ich­niej­sze burze sło­neczne, roz­bły­ski i pro­mie­nio­wa­nie alfa. Poza tym, praw­do­po­dob­nie globy zwrócone są ciągle jedną stroną do gwiazdy, co trudno brać za dobrą monetę. Mimo to, odkrycie pozo­staje warte uwagi, przede wszyst­kim w per­spek­ty­wie opra­co­wy­wa­nia kolej­nych sza­cun­ków. Bo skoro w jednym układzie może zdarzyć się kilka bliź­nia­czek Ziemi, to w galak­tyce musi ich być jeszcze więcej niż sądzono

Literatura uzupełniająca:
N. deGrasse Tyson, D. Goldsmith, Wielki początek. 14 miliardów lat kosmicznej ewolucji, przeł. P. Rączka, Warszawa 2004;
Countdown to Discovery of Alien Life: „10’s of Billions of Rocky Planets in Milky Way Habitable Zones”, [online: dailygalaxy.com/my_weblog/2012/04/countdown-to-discovery-of-alien-life-10s-of-billions-of-rocky-planets-in-milky-way-habitable-zones‑e.html];
M. Wielgosz, TRAPPIST‑1 — komentarz Węglowego, [online: http://weglowy.blogspot.com/2017/02/trappist-1-komentarz-weglowego.html];
Kepler-452b: Earth’s Bigger, Older Cousin — Briefing Materials, [online: nasa.gov/keplerbriefing0723];
F. Marchis, Kepler-16: Exoplanets around binary star systems do exist, [online: http://cosmicdiary.org/fmarchis/2011/09/15/kepler-16-exoplanets-around-binary-star-systems-do-exist/];
M. Cuk, Can double stars have planets? (Intermediate), [online: http://curious.astro.cornell.edu/about-us/77-the-universe/extrasolar-planets/general-questions/239-can-double-stars-have-planets-intermediate].