Světy jiných sluncí

1. Astrobiologie život mezi hvězdami Světy jiných sluncí Mgr. Tomáš Petrásek, 2011

2. Život v Galaxii • 300 miliard hvězd

3. Exoplanety • Od r. 1995 objevujeme planety u jiných hvězd • Planety vč. terestrických jsou velmi hojné... • Již dnes známe planety potenciálně obyvatelné • Nová generace přístrojů (TPF, Darwin) může identifikovat obyvatelné planety

4. Co je to obyvatelná planeta? • Obyvatelná ≠ obývaná! • Obyvatelná pro člověka? • Obyvatelná pro ETI? • Obyvatelná pro mikroorganismy? • Obyvatelná pro život obecně?

5. Obyvatelná planeta z hlediska (astro)biologa • Tělesa pozemského typu (atmosféra, oceány, sluneční svit) • Tělesa europského typu (ledovec, endohydrosféra, geologické teplo) • Jiné (např. hybridní případy)

6. Obyvatelná planeta z hlediska astronoma • Definice obyvatelné planety: těleso s otevřenými oceány kapalné vody • Nemusí být vždy slučitelná s pozemským životem (např. teplota > 100°C) • Koncept obyvatelné zóny

7. Obyvatelná zóna • Oblast obklopující hvězdu, kde planeta může mít povrchové oceány • Vylučuje exotické formy života (např. v kapalném metanu) • Neuvažuje světy europského typu • Definice zatím teoretická, nutná empirická „kalibrace“ modelů = výzva pro astronomy!

8. Obyvatelná zóna Zamrznutí Obyvatelnost Přehřátí+odvodnění Vzácná Země ?!? Hart, 1979: 0,958 – 1,004 AU! Nedostatečná hmotnost – ztráta geologické činnosti a atmosféry

9. Silikátový-karbonátový cyklus=planetární termostat Infračervené sálání Koloběh vody - rychlejší v teplém počasí Sluneční svit CO2 brání vyzařování tepla do prostoru (skleníkový efekt) Sopky uvolňují CO2 a silikátové horniny CO2 je s deštěm smýván do řek a do moří Voda vymývá Ca ionty ze silikátových hornin - rychleji v teplém počasí Ca ionty a CO2 reagují za vzniku uhličitanu (vápence apod.) – rychleji v teplé vodě Subdukce pohřbívá sedimenty. V hloubkách se uhličitan rozkládá na CO2 a vápenaté silikáty

10. Silikátový-karbonátový cyklus=planetární termostat Procesy vázající CO2 do podoby minerálů jsou v teplém prostředí rychlejší Procesy uvolňující CO2 (geologická činnost) jsou nezávislé na teplotě Teplota planety je stabilní nezávisle na přísunu tepla

11. Obyvatelná zóna Pádivý skleník Vlhký skleník Obyvatelná planeta Globální zalednění Venuše – suchá, žhavá, hustá CO2 atmosféra Hustá parní atmosféra, teplota kolem 70 C, postupná ztráta vodíku Stabilní teplota, atmosféra s nízkým obsahem H2O a regulovaným obsahem CO2, kapalná voda CO2 z atmosféry vymrzá (suchý led), světlý povrch stabilizuje nízkou teplotu

12. Obyvatelná zóna Pádivý skleník Vlhký skleník Obyvatelná planeta Globální zalednění A co kyslík??? Obyvatelné pro termofilní mikroby (vysoká teplota) Obyvatelné pro člověka Obyvatelné pro domorodé rostliny a živočichy (pro člověka jedovatá vysoká hladina CO2!) Obyvatelné pro mikroby a bezobratlé – endohydrosféra nízká teplota

13. Typy hvězd a jejich vývoj • Vznik → hlavní posloupnost (pomalé zjasňování) → stádium obra →bílý trpaslík • Obyvatelná zóna není stabilní, ale posunuje se podle zářivosti hvězdy, tedy zpravidla směrem ven • Planety nemohou zůstat obyvatelné věčně! • OBAFGKM • Jen FGKM obyvatelnost > miliardy let • Rudí obři – obyvatelná zóna obrovská, ale krátkodobá

14. Na velikosti záleží! • Nízká hmotnost • Rychlé vyhasnutí geologické činnosti → selhání termostatu • Hrozí únik atmosféry do kosmu • Limit 0,07 – 0,2 MZ • Žádné obyvatelné planety výrazně menší než Mars asi neexistují! • Vysoká hmotnost • Dosud málo prozkoumaný vliv na geologii • Hrozí uchování superhusté prvotní atmosféry z vodíku a hélia → extrémní tlaky a teploty, bez termostatu • Limit 5 – 12 MZ (?)

15. Exoplanety v obyvatelné zóně

16. Exoplanety v obyvatelné zóně Známe již velké množství planet v OZ! Metoda radiálních rychlostí – hlavně plynní obři (obyvatelné měsíce?) Zákrytová metoda – již i terestrické planety „superzemě“ – 6 kandidátů od Keplera (poloměr <2 RZ)

17. Falešné druhé Země útočí – zásady sebeobrany: • Nevěřte novinářům • Nevěřte (příliš) neověřeným objevům • Používejte zdravý rozum • Použijte kalkulačku (nebo kalkulátor)

18. ? Gliese 581 • 2007: Gliese 581c (5,6 – 7,5 MZ) – „druhá Země“ ? • Gliese 581d (7 – 10 MZ) • 2010: Gliese 581g (3,2 – 4,5MZ):Zarmina

19. Obrázek k 581

20. Obyvatelné měsíce

21. Obyvatelné měsíce • Slapový ohřev • Delší délka dne • Radiační prostředí • Hojnější, nebo vzácnější než obyvatelné planety?

22. Červení trpaslíci • Asi 75% všech hvězd, 0,08 – 0,6 MS • Dlouhověcí (desítky až stovky miliard let) • Mají planety – složení??? • Červené světlo a fotosyntéza • Erupce! • Vázaná rotace

23. Červení trpaslíci a vázaná rotace • Denní a noční strana • Teplotní rozdíly • Kolaps atmosféry a/nebo hydrosféry na noční straně? • Magnetické pole?

24. Červení trpaslíci a vázaná rotace • Teplý vzduch stoupá v podslunečním bodě, na noční straně se ochlazuje, klesá a vrací se zpět • Heng K, Vogt SS (2011), arXiv:1010.4719.

25. Červení trpaslíci a vázaná rotace • Heng K, Vogt SS (2011), arXiv:1010.4719.

26. Výstřednost dráhy • Všechny planety obíhají po elipsách, jejich výstřednost je často značná • Často způsobeno hmotným souputníkem centrální hvězdy, nebo chaosem během migrace planet • Výstřednost se může měnit v čase!

27. Výstřednost dráhy • Extrémní teplotní výkyvy?

28. Výstřednost dráhy • Zmírněny tepelnou setrvačností oceánu a atmosféry! (Williams DM, Pollard D, 2002,Int. J. of Astrobiology, 1(1), 61-69)

29. Exotické planety: superzemě • Tělesa výrazně „větší než Země“ ale s pevným povrchem (nejasná definice!) • Těžké odlišení od planet neptunského typu (masivní obal ledů a plynů) • Existují obyvatelné „superzemě“??? • Gliese 1214b – 6,6 MZ, hustota (1900 kg/m3) neodpovídá „superzemi“ (Charbonneau, D. etal., 2009)

30. Exotické planety: oceanické • > 100 km vrstva vody/vysokotlakého ledu • Vzniklé migrací „ledových těles“ do obyvatelné zóny • Žádná souše, ledové dno

31. Exotické planety: uhlíkové • Železné jádro, plášť z karbidů a diamantu, kůra z grafitu • Vznik – protoplanetární disky bohaté na uhlík, planety 2. generace • Voda patrně chybí, spíše kapalné uhlovodíky, snad NH3 • Exotická geologie • Možnost exotického života

32. Exotické planety: bezsluneční • Vyvržené při formování hvězdných soustav • Geotermální teplo může udržet oceán i na planetě bez hvězdy • Izolační vrstva ledů nebo superhusté atmosféry

33. Hledáme kosmické civilizace • Úvahy o SETI již v 19. století • Tradičně spojeno s radioastronomií • Tradičně spojeno s nekritickými, idealistickými a/nebo pavědeckými přístupy

34. Hledáme kosmické civilizace • Drakeova rovnice – esence astrobiologie? Počet civilizací v Galaxii Podíl hvězd s planetami Pravděpodo-bnost zrodu života Podíl komunikujících civilizací Rychlost zrodu hvězd Podíl soustav s obyvatelnou planetou Zrod inteligence Doba trvání civilizace

35. Fermiho paradox „Kde všichni jsou?“ (EnricoFermi, 1950, Los Alamos)

36. Fermiho paradox • Galaxie je malá (100 000 ly) • Lze vyvinout rychlosti 1 – 10% c (a snad i více) • Replikátory (biologické i technologické) přibývají geometrickou řadou • Úspěšný replikátor by zcela obsadil Galaxii za 1 – 10 miliónů let • Galaxie je > 13 Ga stará ...kde tedy všichni jsou?

37. Fermiho paradox Možná vysvětlení: • Jsme jediným (prvním) replikátorem v Galaxii • Co je limitujícím krokem?? • Expanze replikátorů je prostorově nebo časově omezená • Čím? • ETI zůstávají na svých domovských planetách • Proč? • Nevyhnutelně zaniknou • Expanze je nemožná • Dobrovolné rozhodnutí? • Proč je neslyšíme?

38. Fermiho paradox Vybrané hypotézy: • Hypotéza nukleárního Armageddonu • Hypotéza zoo/galaktického klubu • Sluneční soustava je pro ETI nezajímavá a nevhodná • Singularita ve vývoji civilizací (vývoj směrem dnes nepředstavitelným) • Galaxie je ovládaná agresivní civilizací • ......

39. Galaxie jako ekosystém? • Chovají se ETI „rozumně“, nebo „darwinisticky“ (nebo ještě nějak jinak)? • ETI jako jedinci v „boji o přežití“ • Převládnou ti schopní (přežít, šířit se, vytlačit konkurenci) • Organismy se množí nade všechny meze... ...kde tedy všichni jsou?

40. Galaxie jako ekosystém? Kdy v ekosystému vidíme izolované, od sebe vzdálené jedince? (Za předpokladu, že nějací vůbec existují) • Poušť (neznáme limitující faktor) • Živelní pohromy (neznáme žádné dostatečně účinné) • Vzájemné „odpuzování“ (proč a jak?) • Pletí/deratizace • Potravní řetězec • ......

41. SETI: věda, nebo víra? • Máme se snažit o kontakt s mimozemšťany? • Pro: kulturní obohacení (?), nové technologie (?), možnost zkoumat jiný inteligentní druh • Proti: Riziko agrese (oboustranně), kulturní šok (oboustranně), nepochopitelnost, finanční náklady • Jsou mimozemšťané „hodní“, „zlí“, nebo pragmatičtí?

42. ? SETI: věda, nebo víra?

43. Děkuji za pozornost 