Planety nie z tego świata

Gdybyśmy mogli spoglądać z księżyca planety obiegającej trzy słońca? Widoki na pewno byłyby niesamowite... Takie miejsce jest niestety bardzo od nas odległe, ale jedno jest pewne, czeka ono na nas w gwiazdozbiorze Łabędzia.

Kiedyś sprawa była jasna: wokół Słońca krążyło dziewięć planet, a miłośnicy innych światów mogli szukać egzotycznych wrażeń tylko w książkach science fiction. Dziś, po niemal pewnym już zdegradowaniu Plutona, Układ Słoneczny kurczy się do ośmiu planet, ale możemy badać ich setki krążące wokół innych niż Słońce gwiazd. Znamy już planety olbrzymy, miniaturki krążące wokół wygasłych gwiazd, a nawet swobodne planety pozbawione macierzystych słońc.

Spojrzenie z oddali
Wędrówkę po planetarnym świecie rozpocznijmy od naszego Układu Słonecznego, ale... obserwowanego z innej gwiazdy. Czy gdyby oglądali go kosmici o umiejętnościach zbliżonych do naszych, odnaleźliby nasze planety? Z dużej odległości nawet Słońce wygląda niepozornie - gołym okiem dałoby się je dostrzec z odległości co najwyżej 80 lat świetlnych. Gdyby goszcząca obcych planeta znajdowała się w odległości niewiele większej od kilkunastu lat świetlnych, odpowiednikiem Teleskopu Hubble'a i największych teleskopów naziemnych można by dostrzec oznaki istnienia Jowisza, a być może również Saturna i Neptuna.

Ziemia byłaby jednak niewidoczna. Z podobną sytuacją mamy do czynienia i my - wiele gwiazd przypomina nam Słońce. Choć przypuszczamy, że mogłyby one gościć planety podobne do naszej, na razie nie umiemy tego sprawdzić. W najlepszym razie odnajdujemy tam planety zbliżone masą do 300-krotnie cięższego od Ziemi Jowisza. Tymczasem układem, w którym mogłyby istnieć ziemiopodobne planety, jest najbliższa nam gwiazda: odległy o nieco ponad cztery lata świetlne układ Proxima Centauri - Alfa Centauri.

Najbliższa z gwiazd
Fascynujący układ widoczny gołym okiem w gwiazdozbiorze Centaura składa się z dwóch gwiazd oznaczanych A i B, o masie i wieku zbliżonym do Słońca, obiegających się tak, że ich wzajemna odległość waha się od 11 do 35 odległości Ziemi od Słońca. Obie gwiazdy obiega trzecia - odległy o 1/5 roku świetlnego czerwony karzeł Proxima. Dość ciasna orbita gwiazd A i B sprawia, że w ich układzie nie ma miejsca na planety olbrzymy, ale mogą istnieć planety podobne do Ziemi. Jeśli tak jest istotnie, muszą się z nich roztaczać niezwykłe widoki. Na niebie hipotetycznej planety bliższa z gwiazd przypomina Słońce oglądane z Ziemi (samo Słońce obserwowane z okolic Alfy jest już tylko dosyć jasną gwiazdą w konstelacji Kasjopei).

Druga gwiazda układu, choć słabsza, świeci kilkadziesiąt razy jaśniej od Księżyca w pełni. W dodatku w ciągu tamtejszego roku zmienia się jej czas wschodów i zachodów: niekiedy obie gwiazdy wschodzą jednocześnie, pół roku później słabsza towarzyszka pojawia się na niebie z nastaniem nocy. Trzecia z gwiazd, Proxima, jest czerwonym karłem - gwiazdą tak niepozorną, że nawet z okolicy swych najbliższych sąsiadek wygląda jak słaba, ledwo widoczna gwiazdka.

Opis wyglądu nieba z planet Alfa Centauri to tylko fantazja, ale dziś znamy już ponad 20 ciał niebieskich krążących w układach z dwiema lub trzema gwiazdami. Najsłynniejszym z takich obiektów jest odnaleziony przez polskiego astronoma Macieja Konackiego układ HD188753. Trzy tworzące go gwiazdy znajdują się w odległości 149 lat świetlnych od Ziemi w gwiazdozbiorze Łabędzia. HD188753 składa się z gwiazdy o masie nieco większej od słonecznej, którą w odległości 12 razy większej od odległości, jaka dzieli Ziemię od Słońca, obiega para gwiazd o łącznej masie 1,6 masy Słońca. Odkryta przez Konackiego masywna planeta zalicza się do kategorii "gorących Jowiszów" - obiega główną gwiazdę w odległości dziesięć razy mniejszej od dystansu pomiędzy Merkurym i Słońcem. Gorących Jowiszów znamy już dziś wiele - ale gdzie są globy podobne do Ziemi?

Niewidoczne bliźniaczki Ziemi?
Planety podobnej do Ziemi na razie nie znamy. Ale być może kryje się ona niezauważona w jednym ze znanych nam już układów. Na taką możliwość wskazują wyniki symulacji komputerowych, w których do grupy znanych nam układów dorzucono planety ziemiopodobne. Celem badań było ustalenie, czy istnieją w nich orbity, na których mała planeta mogłaby się utrzymać przez co najmniej miliard lat (szacunkowy okres niezbędny do rozwoju prymitywnego życia). Jakie warunki muszą być w tym celu spełnione? Przede wszystkim konieczna jest woda, występująca czasami w stanie płynnym. Dlatego orbita planety powinna znajdować się w dość ściśle określonej odległości od macierzystej gwiazdy: nie za blisko, żeby woda na jej powierzchni mogła się skroplić, ale i nie za daleko, by nie zamarzła na stałe.

Jak się okazuje, niby-ziemie mają - lub miały - szansę przetrwania miliarda lat w 2/3 spośród znanych systemów. W połowie tych układów przyjazne warunki panują też obecnie. Sam fakt, że w danym układzie takie planety mogłyby się bezpiecznie poruszać, nie świadczy wprawdzie o tym, że istotnie tam są - badacze uważają jednak, że nie ma powodów, dla których nie miałyby się one utworzyć z tego samego dysku pyłowo-gazowego, z którego uformowały się gazowe olbrzymy.

Znamy już też układy, w których, z powodu braku wystarczającej ilości materii, bardzo duże planety po prostu nie mogły powstać. Jest w nich za to miejsce dla globów ziemiopodobnych

Mała gwiazda - mała planeta
Najlżejsze z planet okrążających podobne do Słońca gwiazdy odkryto właśnie w odległym o 15 lat świetlnych od Ziemi układzie wokół czerwonego karła. Masa Gliese 87 - gwiazdy z konstelacji Wodnika - nie przekracza połowy masy Słońca. Pomimo to udało mu się wyhodować co najmniej dwie planety. Masa jednej z nich jest rekordowo mała - zaledwie 6-8 razy większa od masy Ziemi. Prawdopodobnie planeta jest przypominającym Ziemię lub Wenus skalistym globem. Niestety - na tym podobieństwa się kończą. Miniplaneta obiega swe słońce w odległości 50 razy mniejszej od rozmiarów orbity Ziemi. Rok trwa na niej zaledwie 1,9 dnia. W tak niewielkiej odległości od gwiazdy temperatura globu musi sięgać co najmniej 200-400⁰C. Podobne warunki panują na kolejnej lekkiej planecie o masie 17 mas Ziemi, krążącej wokół trzykrotnie lżejszej od Słońca gwiazdy w konstelacji Wagi.

Odległa o 20 lat świetlnych od Ziemi planeta okrąża gwiazdę tak blisko, że temperatura jej powierzchni sięga 150⁰C. Obie planety, choć na razie zbyt gorące, by mogło na nich powstać podobne do ziemskiego życie, mają przed sobą jeszcze dużo czasu: ich oszczędnie gospodarujące energią gwiazdy będą żyły kilkakrotnie dłużej niż liczące sobie już 5 mld lat Słońce. Planety mogą się doczekać czasów obniżonej aktywności gwiazdy i przyjaźniejszych dla życia warunków. Znacznie trudniejsze są losy planet w układach, w których gwiazda centralna jest bardzo ciężka.

Dotychczasową rekordzistką ciężkich gwiazd posiadających planety jest obiekt z konstelacji Smoka, odległa o 100 lat świetlnych od Ziemi Jota Draconis. Widoczna gołym okiem nieopodal Wielkiego Wozu gwiazda jest 13 razy cięższa od Słońca. Okrążająca ją planeta również nie należy do karzełków: jej masa to 8,7 masy Jowisza. Ile czasu zostało superplanecie? Nie więcej niż kilkanaście milionów lat - z astronomicznego punktu widzenia mgnienie oka. W takim układzie na jakiekolwiek ślady życia nie można liczyć. Planety krążące wokół masywnych gwiazd kończą życie wraz z nimi - są wypalane lub odrzucane w kosmos podczas wybuchów supernowych. Niekiedy jednak wokół pozostałej po wybuchu gwiazdy neutronowej może powstać nowy, zdumiewający układ planetarny. Dowiodły tego obserwacje polskiego astronoma Aleksandra Wolszczana.

Podczas obserwacji prowadzonych przez Wolszczana badano odległego o 1500 lat świetlnych od Ziemi pulsara - emitującą błyski promieniowania radiowego gwiazdę neutronową. Wokół zalewającej przestrzeń wysokoenergetycznym promieniowaniem gwiazdy udało się odnaleźć aż cztery planety. Ich masy wynoszą 0,02; 4,3; 3,9 i 0,0004 masy Ziemi. Cały układ planetarny jest malutki: przeniesiony do Słońca zająłby obszar do orbity Merkurego. Choć planety Wolszczana mają masy zbliżone do masy Ziemi, warunki, które na nich panują, odstraszają od wyruszenia na ich podbój: supergęsty pulsar słabo świeci w świetle widzialnym, ale emituje olbrzymie ilości promieniowania ultrafioletowego, wysyła też w przestrzeń rozpędzone strugi naładowanych cząstek. W tych warunkach trudno liczyć nie tylko na powstanie, ale nawet na krótkotrwałe przetrwanie jakiegokolwiek życia.

Wolszczanowe planety niedawno doczekały się kuzynki: planety okrążającej układ składający się z pulsara i białego karła - wypalonej gwiazdy podobnej do tej, w którą ostatecznie zamieni się Słońce. Ta zdumiewająca trójka: planeta i dwie kończące żywot gwiazdy, prawdopodobnie tworzyła się etapami: najpierw, niemal 13 mld lat temu, powstał układ, w którym planeta obiegała zwykłą, nieco lżejszą od Słońca gwiazdę. Później wędrująca po Galaktyce gwiazda spotkała się z innym układem podwójnym, z którego przechwyciła pulsara. Dziś najstarsza ze znanych nam planet obiega obie gwiazdy w odległości zbliżonej do odległości Urana od Słońca. Takie odkrycia pokazują, że nie można wykluczyć istnienia planet okrążających najbardziej egzotyczne obiekty Wszechświata, czarne dziury. Wszak i one, podobnie jak pulsary, powstają podczas wybuchów supernowych. Być może istnieją więc planety okrążające gwiazdę, której nie widać. Jeśli odległość od czarnej dziury jest porównywalna z odległością Ziemi od Słońca, mogą się na takiej orbicie utrzymać przez miliardy lat.

Swobodni jeźdźcy
Przeciwieństwem planet uwiązanych do czarnych dziur są wolni strzelcy - planety samotnie przemierzające kosmos. Skąd biorą się takie wyjątki? Jedyna znana taka planeta o masie trzykrotnie większej od jowiszowej niemal na pewno powstała samodzielnie w gromadzie tworzących się gwiazd w konstelacji Oriona. O wiele częstsze muszą być jednak przypadki, w których oddziaływanie ze strony pozostałych planet wyrzuca mniejsze towarzyszki z układu. Na szczęście Ziemię to ominęło. Konsekwencje takiego zdarzenia byłyby katastrofalne. Pozbawione dopływu słonecznego ciepła lądy utworzyłyby lodową pustynię. Oceany zamarzłyby w ciągu około miliona lat. Jedyne szanse na przetrwanie miałyby jeszcze przez jakiś czas prymitywne organizmy unoszące się wokół źródeł hydrotermalnych.

A katastrofa była blisko - dziś uważa się, że w trakcie powstawania Układu Słonecznego Jowisz odrzucił w kosmos nawet kilkanaście obiektów podobnych do Ziemi. Na razie przetrwaliśmy: żyjemy w pobliżu spokojnej gwiazdy, w odległości, która zapewnia ciepło i światło, ale nie pali. Orbita Ziemi jest niemal okrągła - wynikające ze zmiennej odległości od Słońca wahania temperatury można więc praktycznie zaniedbać. Przed wdzierającymi się do środka układu kometami chroni nas odrzucający większość z nich na bezpieczne orbity potężny Jowisz. Inne układy planetarne są fascynujące, ale... nie ma jak w domu.

Jak powstał zdumiewający układ trzech gwiazd i planety? Najprawdopodobniej, gdy w układzie głównej gwiazdy tworzyła się planeta, dwóch dodatkowych gwiazd jeszcze tam nie było. Zostały one przyłączone później, podczas spotkania z innym układem wielokrotnym gwiazd. W odległości 1600 lat świetlnych od Ziemi może się znajdować aż 1200 podobnych planet z kilkoma słońcami na niebie.

Planety czy księżyce? Na takie pytanie muszą sobie odpowiedzieć odkrywcy układu tworzącego się wokół brązowego karła z konstelacji Kameleona. Masę karła ocenia się na zaledwie 8 mas Jowisza, a więc, gdyby krążył wokół innej gwiazdy, można by go wręcz uznać za planetę. Ale w takim razie czym są powstające w otaczającym go gazowym dysku obiekty? Czyżbyśmy odkryli pierwszy układ z tworzącymi się księżycami?

Czy odnajdziemy planetę, która będzie przypominała Ziemię? Są na to szanse, ale pewności brak - w naszym Układzie Słonecznym warunki sprzyjające istnieniu ciekłej wody, przejrzystej atmosferze i umiarkowanym temperaturom panują tylko na Ziemi. Krajobraz obcej planety może równie dobrze przypominać przesłoniętą chmurami i oświetlaną światłem błyskawic powierzchnię Wenus.>

Gorące Jowisze
Na niebie wręcz roi się od planetarnych monstrów. Najsłynniejszym z nich jest HD 209458-b, ochrzczona przez odkrywców mianem egipskiego boga Ozyrysa. Słońce, wokół którego krąży, to odległa o 150 lat świetlnych od Ziemi, bardzo podobna do Słońca, gwiazda z konstelacji Pegaza. Okrążająca ją planeta o masie niewiele mniejszej od jowiszowej (około 220 mas Ziemi) porusza się w odległości zaledwie 7 mln km od gwiazdy - a więc 20-krotnie bliżej niż Ziemia od Słońca.

Czy warto się wybrać na jej zwiedzanie? Widoki będą spektakularne, ale... załóżmy grube skafandry. Bliskie sąsiedztwo gwiazdy sprawia, że temperatura atmosfery HD 209458-b wynosi ponad 900°C. Choć planetę otacza atmosfera, ten stan nie potrwa długo - jest ona zdmuchiwana z Ozyrysa przez pobliską gwiazdę w tempie ponad 10 tys. t gazu na sekundę. Gorąca planeta ciągnie więc za sobą warkocz podobny do kometarnego. Za jakiś czas na orbicie wokół gwiazdy z Pegaza pozostanie wypalony skalisto-metaliczny glob nieco podobny do planet typu ziemskiego. Dziś znamy już wiele podobnych do Ozyrysa wielkich, bliskich słońc planet, ochrzczonych wspólną nazwą gorących Jowiszów. Życia z pewnością na nich nie znajdziemy. Pewne szanse na jego istnienie dają za to znane nam planety olbrzymy, krążące w większej odległości od swych gwiazd. Bardzo duża planeta może wszak mieć księżyce. Ich orbity są stabilne, o ile planeta nie znajduje się zbyt blisko gwiazdy.