Strona główna „Forum Akademickiego”

Archiwum z roku 1999

Spis treści numeru 4/1999

Planety wokół innych słońc
Poprzedni Następny

Już niedługo codzienna prasa będzie reprodukowała kosmiczne zdjęcia
nowo odkrytych planet. Oczywiście, wraz z tymi odkryciami
wzrośnie zainteresowanie hipotetycznymi cywilizacjami pozaziemskimi.

Janusz Gil

Od czasu, kiedy ludzie zdali sobie ostatecznie sprawę z ogromu otaczającego nas wszechświata, zaczęto stawiać pytanie: Czy jest tam jeszcze ktoś oprócz nas? Bardziej naukowo rzecz ujmując: Czy materia ożywiona istnieje również gdzieś poza Ziemią? Szczegółowsze, ale również fundamentalne pytanie brzmi: Czy istoty inteligentne, być może nawet zaawansowane technologicznie na tyle, aby można z nimi nawiązać kontakt, istnieją gdzieś w obserwowalnym wszechświecie? Na naszych oczach rozgrywa się obecnie ostatni akt przewrotu kopernikańskiego, który uzyskał tak dramatyczne potwierdzenie, gdy Galileusz dostrzegł przez swój pierwszy teleskop cztery satelitarne księżyce krążące wokół Jowisza. Dzisiaj odkrywamy planety krążące wokół innych gwiazd. Wprawdzie na razie tylko pośrednio, poprzez obserwację zaburzeń ruchu gwiazdy przez orbitującą ją planetę, ale już niedługo codzienna prasa będzie reprodukowała kosmiczne zdjęcia nowo odkrytych planet. Oczywiście, wraz z tymi odkryciami wzrośnie też zainteresowanie hipotetycznymi cywilizacjami pozaziemskimi.

POWSZECHNOŚĆ PLANET

Cała historia z planetami pozasłonecznymi zaczęła się kilka lat temu, gdy polski astronom pracujący na stałe w USA, prof. Aleksander Wolszczan, odkrył obiekty, które są prawdopodobnie pierwszymi planetami poza Układem Słonecznym. Znalazł je w najmniej oczekiwanym miejscu, wokół pulsara znajdującego się około 1400 lat świetlnych od Ziemi. Oczywiście, jak zawsze w przypadku pulsarów, prof. Wolszczan dokonał swego odkrycia metodami radioastronomicznymi. Wydedukował ich istnienie oraz oszacował masy, rozmiary orbit i okresy orbitalne z milisekundowych oscylacji precyzyjnie mierzonych czasów rejestracji impulsów pulsara PSR B1257+12. Wygląda na to, że wokół tego pulsara istnieją trzy planety, przy czym dwie mają masę zbliżoną do Ziemi. Nigdy jednak nie zobaczymy ich wprost, tak jak np. najdalsze planety naszego układu, które – jak Pluton – widoczne są w postaci słabego punktu na kliszach fotograficznych. Jeśli istnieją one rzeczywiście – oznacza to, że planety są ciałami bardzo powszechnymi we Wszechświecie. Jeśli bowiem istnieją wokół „umarłych gwiazd”, to tym bardziej powinny istnieć wokół normalnych „słońc”. Oczywiście, życie na planetach wokół pulsara nie jest możliwe w żadnej formie. Nie można jednak wykluczyć, że kiedyś istniało tam życie, ale zostało unicestwione podczas wybuchu Supernowej, która zresztą mogła ofiarować życie naszej planecie. Unicestwienie jednej cywilizacji w wyniku wybuchu Supernowej, może oznaczać początek życia innej cywilizacji.

PLANETA PEGAZA

Odkrycie Wolszczana było młynem na wodę astronomów zainteresowanych poszukiwaniem planet pozasłonecznych. Szybko uzyskali potrzebne fundusze i rozpoczęli gorączkowe poszukiwania. W październiku 1995 roku Michel Mayor i Didier Queloz z Obserwatorium Astronomicznego w Genewie donieśli o odkryciu planety o masie zbliżonej do masy naszego Jowisza, krążącej wokół gwiazdy o numerze katalogowym 51 w gwiazdozbiorze Pegaza (51 Peg). Gwiazda ta znajduje się zaledwie 40 lat świetlnych od Ziemi. Odkrycie to było wynikiem trwających 18 miesięcy obserwacji 120 gwiazd podobnych do Słońca. Mayor i Queloz poszukiwali okresowych zmian długości fal linii widmowych w świetle gwiazd. W układzie planetarnym ciała obiegają wspólny środek masy całego układu. Gwiazdy są dużo masywniejsze od planet (Słońce ma około 1000 razy większą masę niż największa planeta Układu Słonecznego – Jowisz). Dlatego też środek masy jest położony bardzo blisko środka gwiazdy. A zatem gwiazda nie tyle krąży, co raczej „kołysze się” nieco wokół tego punktu. To kołysanie powoduje, że fale świetlne ulegają na przemian wydłużeniu (linie widmowe przesunięte w stronę czerwieni), kiedy gwiazda oddala się od obserwatora i skróceniu (linie przesunięte ku fioletowi), kiedy gwiazda porusza się w kierunku obserwatora. Jest to dobrze znany efekt Dopplera.

Przesunięcia te są bardzo małe. Gwiazda porusza się z prędkością około 60 m/s. Odpowiednia zmiana położenia linii w widmie gwiazdy nie przekracza jednej milionowej długości fali – około 100 razy mniej, niż można wykryć za pomocą metod konwencjonalnych. Mayor i Queloz musieli zbudować specjalny układ instrumentalny. Spodziewali się przesunięć z okresem kilku lat (okres orbitalny Jowisza wynosi 12 lat). Ku swemu zdumieniu, zauważyli przesunięcia linii widmowych 51 Peg z okresem około 4 dni. Oznacza to, że nowa planeta okrąża swoją gwiazdę raz na cztery dni. Można powiedzieć, że „pory roku” zmieniają się na niej codziennie.

Tak więc planeta krążąca wokół gwiazdy 51 Peg jest bardzo nietypowa i z pewnością nie nadaje się na siedlisko życia w żadnej postaci. Krótki okres orbitalny oznacza, że porusza się ona w odległości zaledwie 7 mln km od gwiazdy i temperatura na jej powierzchni przekracza 1000C.

ODKRYCIE W WIELKIM WOZIE

Drugą pozasłoneczną planetą był odkryty przez Geoffreya Marcy oraz Paula Butlera z Uniwersytetu Kalifornijskiego układ związany z gwiazdą 47 Ursae Majoris. Gwiazda ta, również bardzo podobna do naszego Słońca, znajduje się około 47 lat świetlnych od nas w konstelacji Wielkiego Wozu. Stwierdzono, że wokół niej krąży po kołowej orbicie planeta o masie około 3,5 mas Jowisza, przy czym okres jej obrotu wynosi około 1103 dni. Zatem ten przypadek jest już trochę podobny do Jowisza krążącego wokół Słońca z okresu około 11 lat.

Do dzisiaj odkryto już 18 takich planet krążących wokół innych gwiazd, bardzo podobnych do Słońca. Jest ich więc na tyle dużo, że można się już pokusić o jakąś statystykę i porównanie z naszym układem planetarnym. Zanim jednak zaczniemy porównywać omówiony związek, przypomnijmy własności naszego układu planetarnego. Wokół Słońca krąży dziewięć planet, a właściwie osiem, gdyż przynależność Plutona do rodziny planet słonecznych została ostatnio zakwestionowana. Jednym z powodów jest nienaturalnie nachylona płaszczyzna jego orbity względem wspólnej płaszczyzny orbit innych planet. Drugim powodem jest jego mała masa. Przypuszcza się więc, że Pluton jest dużą asteroidą przechwyconą przez grawitację Słońca. Inne planety to, w kolejności od Słońca: Merkury, Wenus, Ziemia, Mars, Jowisz, Saturn, Uran, Neptun. Ziemia leży w odległości około 150 mln km od Słońca, co uznaje się za astronomiczną jednostkę długości 1 AU (Astronomical Unit). Światło z powierzchni Słońca potrzebuje około 8 minut na dotarcie do Ziemi. Odległości planet w jednostkach astronomicznych wynoszą odpowiednio: Merkury – 0,39 AU, Wenus – 0,72 AU, Mars – 1,52 AU, Jowisz – 5,20 AU, Saturn – 9,54 AU, Uran – 19,18 AU, Neptun – 30,06 AU. Zwyczajowo masy planet też podaje się w odniesieniu do masy Ziemi Mz: Merkury – 0.0553, Wenus – 0.815, Mars – 0.1047, Jowisz – 317.89, Saturn – 95.17, Uran – 14.54, Neptun – 17.24.

Widzimy więc, że cztery pierwsze planety, zwane ziemskimi, znajdują się stosunkowo blisko Słońca i mają niewielkie masy rzędu masy Ziemi (Mz). Pozostałe, znacznie większe planety znajdują się dużo dalej od Słońca. Wiadomo również, że mają one strukturę gazową (są po prostu wielkimi kulami samograwitującego gazu). Są one też znacznie cięższe od planet ziemskich.

STAŁE I GAZOWE

Astrofizycy, zastanawiając się nad prawidłowościami występującymi w naszym układzie planetarnym odkryli, że jest tak, jak powinno być. Z teorii powstawania planet z pierwotnej mgławicy gazowo-pyłowej wirującej wokół proto-Słońca wynika, że stałe planety typu ziemskiego mogą powstawać blisko gwiazdy, a ogromne gazowe planety typu Jowiszowego mogą się kondensować nie bliżej niż 4 AU od gwiazdy. Poszukując planet wokół innych gwiazd, podobnych do naszego Słońca, zarozumiali w swym heliocentryzmie astronomowie spodziewali się zastać podobną sytuację, jak w naszym układzie. Tymczasem spotkała ich przykra niespodzianka. Na 18 odkrytych planet Jowiszowych (na razie metoda jest zbyt mało czuła, aby odkryć lżejsze, ziemskie planety), żadna z nich nie leży dalej niż 4 AU, a większość zdecydowanie bliżej niż 1 AU, czyli odległość Ziemia-Słońce. Ilustruje to załączony wykres, na którym nowo odkryte planety grupują się bardzo blisko gwiazdy, gdzie panuje temperatura około 1000 stopni C, wykluczająca wszelkie możliwości życia organicznego. Większość ma też krótkie okresy obiegu wokół gwiazdy, rzędu kilku dni. Przypomnijmy, że okres obiegu Jowisza wokół Słońca wynosi aż 11 lat.

Z teorii powstawania układów planetarnych wiemy, że planety Jowiszowe muszą powstawać w odległościach większych niż 4 AU (bliżej po prostu nie ma dosyć gazu dla ich uformowania), natomiast najdalsze nowo odkryte planety leżą w odległości mniejszej niż 3 AU od swojej gwiazdy. Wynika stąd dosyć dramatyczny wniosek. Planety te musiały spaść z miejsca, w którym powstały do miejsc, w których zastali je ich odkrywcy. Podczas takiego spadku, który ruchem spiralnym odbywa się dziesiątki a nawet setki milionów lat, ogromna, gazowa planeta połyka po drodze wszystkie napotkane obiekty, w tym ewentualne planety ziemskie. Powodem opadania planet jest utrata momentu pędu wskutek tarcia o pozostałości mgławicy gazowo-pyłowej, z której planety te zostały uformowane.

OPADANIE JOWISZA

Zatem nasz układ planetarny wcale nie jest taki typowy, jak sądziliśmy. Jest raczej bardzo nietypowy, czemu prawdopodobnie zawdzięczamy swoje istnienie. Najwyraźniej, tempo opadania Jowisza jest znacznie wolniejsze, prawdopodobnie dlatego, że w naszym układzie zostało znacznie mniej gazu i pyłu po okresie formacji planet. Być może dlatego jest ich tak dużo. Mamy przecież aż cztery ogromne gazowe planety: Jowisz, Saturn, Uran i Neptun, podczas gdy żadna z badanych gwiazd nie wykazała na razie więcej niż jednego Jowisza.

Przez całe lata sądziliśmy, że wraz z odkryciem planet pozasłonecznych wzrosną nadzieje na nawiązanie kontaktu z hipotetycznymi cywilizacjami pozaziemskimi. Tymczasem, paradoksalnie, długo oczekiwane odkrycie planet wskazuje na coś zupełnie przeciwnego. Być może jesteśmy sami we Wszechświecie. Nawet jeżeli planety ziemskie, na których możliwe jest powstanie i rozwój cywilizacji, istnieją początkowo wokół młodych gwiazd, to wkrótce zostają wchłonięte przez spadające ruchem spiralnym gigantyczne Jowisze.

Ktoś może powiedzieć, że obraz ten jest zbyt pesymistyczny. Gdzieś przecież mogą przetrwać planety ziemskie, mimo powyższego scenariusza. Faktycznie, może tak się zdarzyć. Ale trzeba sobie zdawać sprawę z tego, że powstanie inteligentnej cywilizacji nie jest wcale automatyczne. Na przykład my zawdzięczamy swoje istnienie dosyć przypadkowemu uderzeniu w Ziemię dużego ciała niebieskiego, asteroidu lub komety, około 65 mln lat temu. W wyniku tego zdarzenia wyginęły dinozaury, które od przeszło 300 mln lat panowały na Ziemi, nie zdradzając żadnych objawów ewolucji w kierunku rozwoju inteligencji, co najwyżej sprytu. Wyginięcie dinozaurów przypisuje się wyrzuceniu w atmosferę tak dużych ilości pyłu, że na Ziemi zapanowała permanentna noc, a nawet zima. Zatrzymało to wegetację roślin, co spowodowało najpierw wyginięcie dinozaurów roślinożernych, a potem drapieżnych. Tak naprawdę na lądzie przeżyły tylko gryzonie, w rodzaju prymitywnych szczurów, które żyły w podwodnych norach, żywiąc się korzonkami i odchodami dinozaurów. Nie były one bowiem uzależnione od światła słonecznego. Kiedy panujące dotychczas na Ziemi dinozaury wyginęły, szczury wyszły na powierzchnię, dostrzegając swoją nową niszę ekologiczną. Z szansy, jaką dała im natura skorzystały i już 65 mln lat panują na ziemi ssaki naczelne. Tak, tak, czy nam się to podoba czy nie, jesteśmy wprawdzie kuzynami małp, ale pochodzimy od szczurów i to w dodatku żywiących się odchodami dinozaurów. Nie wygląda to na szlachetne pochodzenie, ale, zdaje się, natura nie jest klasowa.

Pomimo tego nieco pesymistycznego scenariusza, wynikającego z odkrycia planet wokół innych gwiazd, nie ustają próby wykrycia sygnałów od hipotetycznych cywilizacji. Instytut SETI (Search for Extraterrestial Intelligence) wynajmuje po kilka tygodni w roku największe radioteleskopy świata i przeszukuje niebo w nadziei wykrycia inteligentnego sygnału na falach radiowych. Jak na razie, bez powodzenia.

Prof. dr hab. Janusz Gil, astrofizyk, pracuje w Zielonogórskim Centrum Astronomii WSP w Zielonej Górze.

Uwagi.