Slovenský návrh klasifikácie exoplanét

Eva Plávalová, doktorandka z Univerzity Komenského v Bratislave, uverejnila veľmi zaujímavý odborný článok, v ktorom navrhuje novú klasifikáciu exoplanét, aj keď v tomto prípade je skôr vhodnejší pojem taxonómia exoplanét. Ten používa aj samotná autorka. O čo ide? Cieľom je vypracovať systém na generáciu určitého „kódu“, z ktorého by sme mohli veľmi rýchlo poznať kľúčové fyzikálne vlastnosti danej planéty, ako je to napr. v prípade spektrálnej klasifikácie hviezd V súčasnej dobe síce existuje akási neformálna klasifikácia exoplanét, ktorá však nie je dobre definovaná a ani zďaleka nepopisuje všetky objavy planét mimo našej slnečnej sústavy. V katalógu exoplanét pritom máme už viac než 560 kúskov (k 20. júnu 2011) a kozmický ďalekohľad Kepler objavil len za prvé štyri mesiace pozorovaní okolo 1200 exoplanetárnych kandidátov. To sú už čísla, kvôli ktorým by bolo vhodné mať k dispozícii mechanizmus na ich ľahkú a kvalitnú klasifikáciu. Exoplanéty bývajú obvykle charakterizované mnohými parametrami, ako je hmotnosť, polomer, hustota, veľká polos dráhy, obežná doba, excentricita dráhy, rovnovážna teplota, a pod. Použitie veľkého množstva parametrov by však bolo príliš komplikované. Okrem toho, množstvo z nich dosť často ani nepoznáme. Polomer exoplanéty sa dá zistiť len tranzitnou fotometriou, takže pokiaľ planéta neprechádza popred svojou hviezdou, máme smolu nielen v prípade možnosti určenia polomeru ale aj hustoty. Autorka preto volí len štyri elementárne parametre pre klasifikáciu planét mimo slnečnej sústavy. Týmito parametrami sú hmotnosť, vzdialenosť od materskej hviezdy, teplota exoplanéty a excentricita jej dráhy. Z týchto parametrov by sme mali byť mimo iné schopní hneď na prvý pohľad povedať, či je exoplanéta obývateľná (alebo má aspoň zmysel o jej obývateľnosti diskutovať). Hmotnosť nám určí, či ide o plynný či kamenný svet, veľká polos v kombinácii s teplotou potom podá informáciu o podmienkach na povrchu a excentricita je pomerne kľúčová pre stabilitu života.

1. parameter: Hmotnosť. Pre vyjadrenie hmotnosti exoplanéty sa obvykle používajú násobky hmotnosti Jupitera (Mj). V prípade menších exoplanét násobky hmotnosti Zeme. Autorka navrhuje podstatne väčší rozsah a hmotnosti exoplanét počíta v násobkoch hmotností rôznych planét slnečnej sústavy takto:
• Pre hmotnosti menšie než 0,003 Mj sa používajú násobky hmotnosti Merkúra (M).
• Pre hmotnosti od 0,003 do 0,05 Mj sa používajú násobky hmotnosti Zeme (E).
• Pre hmotnosti od 0.05 Mj do 0,99 Mj sa používajú násobky hmotnosti Neptúna (N).
• Pre hmotnosti nad 0,99 Mj sa logicky používajú násobky hmotnosti Jupitera (J).
Príklady: Urán je 15 E (15x hmotnosť Zeme), exoplanéta 55 Cnc e je 9E (9x hmotnosť Zeme).

2. parameter: Veľká polos. Veľká polos dráh exoplanét sa v katalógoch udáva v násobkoch AU (astronomická jednotka, stredná vzdialenosť Zeme od Slnka = 149,6 milióna km). Autorka v taxonómii veľkú polos zaokrúhľuje a to podľa jednoduchého kľúča. Pre veľkú polos menšiu než 1 sa používa jedno desatinné miesto, pre veľkú polos menšiu než 0,1 dve desatinné miesta. Vzhľadom k medzinárodnej povahe klasifikácie sa desatinné čísla neoddeľujú čiarkou ale bodkou. Príklady: Neptún má 30, Zem 1, 55 Cnc e 0.02, 55 Cnc c 0.2 apod.

3. parameter: Teplota. Teplotu v danej vzdialenosti od hviezdy definuje autorka jednoducho na základe znalosti žiarivého výkonu materskej hviezdy (dá sa vypočítať z povrchovej teploty a polomeru hviezdy), polomeru hviezdy, vzdialenosti planéty od nej a excentricity jej dráhy. Do úvahy sa berie priemerná teplota. Klasifikácia potom vyzerá takto:
• F (Freezing class) – chladné svety s teplotou pod 200 K. V rámci slnečnej sústavy ide o Jupiter, Saturn, Urán a Neptún.
• W (Water class) – vodná trieda exoplanét predstavuje logicky svety, na ktorých by mohla byť teoreticky voda v kvapalnom skupenstve. Rozsah teplôt pre túto skupinu sa pohybuje medzi 200 a 400 K. V rámci slnečnej sústavy ide o Zem a Mars.
• G (Gaseous Class) – skupina plynných svetov s teplotou medzi 400 a 1000 K. V slnečnej sústave by sem spadali Venuša a Merkúr (nie sú to však plynné planéty).
• R (Roasters Class) – veľmi žeravé svety s teplotou nad 1000 K (u nás také nemáme).
• P (Pulsar class) – špeciálna skupina planét, ktoré obiehajú okolo pulzarov. Teplota v tomto prípade nehrá rolu.

4. parameter: Excentricita. Excentricita dráhy nám hovorí, ako veľmi je obežná dráha pretiahla. Pre telesá s excentricitou 0 je dráha presne kruhová, čím viac sa hodnota blíži 1, tím viac je dráha pretiahla (eliptická). V rámci klasifikácie používa autorka excentricitu zaokrúhlenú na jedno desatinné miesto. A ešte niečo k povrchu exoplanét: v úvode článku bolo naznačené, že zistiť polomer a teda aj hustotu a približné zloženie exoplanéty nie je jednoduché. Do budúcnosti sa však pozorovacie metódy budú ďalej vylepšovať, takže by v klasifikácii mali byť zohľadnené aj vlastnosti povrchu.

Autorka preto zavádza piaty parameter, ktorý nevychádza priamo z nameraných hodnôt a je odvodený z vlastností planét slnečnej sústavy. Tento parameter sa uvádza len u tých exoplanét, u ktorých je zrejmý (najlepšie pri tých, kde je zistený polomer a hustota).
• t – terestrické planéty, teda planéty zemského typu s pevným povrchom ako má Zem, Merkúr, Venuša a Mars.
• g – plynné planéty ako sú Jupiter a Saturn
• i – ľadové planéty typu Neptúna a Urána.

A ako to funguje? Asi najlepšie pochopíme túto klasifikáciu na konkrétnych príkladoch. Tým prvým je klasifikačný kód pre Venušu.
Venuša: 15M0.7G0t
Rozmenené na drobné to znamená:
• 15M = 15 hmotností Merkúra
• 0.7 = veľká polos Venuše je 0,723 AU, tu je to zaokrúhlené na jedno desatinné miesto.
• G = podľa teploty plynný svet
• 0 = obežná dráha Venuše je takmer kruhová (excentricita = 0,0068 , excentricitu preto zaokrúhľujeme dole na nulu.
• t = planéta zemského typu

Ďalej si ešte ukážme novú klasifikáciu pre prvú objavenú exoplanétu 51 Peg b je tento kód 9N0.05R0, pretože:
• 9N = exoplanéta má hmotnosť nepatrne menej než 0,5 hmotnosti Jupitera, takže podľa pravidiel klasifikácie        
berieme do úvahy hmotnosť Neptúna. V tomto prípade má 51 Peg b hmotnosť 8,67 Neptúna a po zaokrúhlení 9.
• 0.05 = veľká polos dráhy (presne 0,052 AU).
• R = trieda veľmi horúcich planét.
• 0 = excentricita dráhy 51 Peg b sa blíži k nule.

RNDr. Zdeněk Komárek