Exoplanety podobné Zemi: Kolik „druhých domovů“ už známe?

Noční obloha byla po tisíciletí plátnem lidských projekcí. Hvězdy sloužily k navigaci, k věštění budoucnosti či k uctívání bohů. Až do konce dvacátého století však nikdo nevěděl, zda kolem nich obíhají planety a zda existují jiné světy.

V roce 1995 se tento stav změnil. Astronomové Michel Mayor a Didier Queloz objevili první exoplanetu obíhající kolem hvězdy podobné Slunci – 51 Pegasi b. Byla to horká plynná koule, naprosto nehostinná, vzdálená padesát světelných let, ale stačila k tomu, aby rozbila tisíce let starý konsenzus: nejsme střed vesmíru. Nikdy jsme nebyli.

Dnes, o třicet let později, katalog potvrzených exoplanet překročil pět tisíc záznamů. Teleskopy zachytávají nové kandidáty každý týden. Otázka se posunula. Už se neptáme, jestli tam někde jsou jiné planety. Ptáme se, kolik z nich by mohlo hostit život. Kolik z nich se podobá naší Zemi natolik, že bychom na nich mohli jednou přežít.

Hledání „druhého domova“ přestalo být fantazií. Stalo se pojistkou, nikoliv proto, že bychom měli opustit Zemi, ale proto, že čím lépe pochopíme, jak vzácné – nebo naopak běžné – jsou planety jako ta naše, tím lépe pochopíme, co riskujeme tady.

Termín „druhá Země“ zní jednoduše, ale definice je složitější. Astronomové nehledají dokonalou kopii našeho světa, hledají planety, které splňují několik klíčových podmínek pro vznik života, jak ho známe.

Velikost a hmotnost hrají roli první. Planeta musí být dostatečně velká, aby udržela atmosféru gravitací, ale ne tak velká, aby se stala plynným obrem. Ideální kandidáti mají hmotnost mezi polovinou a dvojnásobkem Země. Příliš malé těleso – jako Mars – ztratí vzduch do vesmíru. Příliš velké přitáhne tolik plynů, že se změní v neptunoidní kolos.

Druhá podmínka je umístění v takzvané obyvatelné zóně. Jedná se o pás vzdáleností od hvězdy, kde může na povrchu planety existovat tekutá voda. Příliš blízko se voda vypaří. Příliš daleko zase zamrzne. Pro každou hvězdu je tato zóna jiná, záleží na její teplotě a velikosti. U rudých trpaslíků, nejběžnějších hvězd v galaxii, leží obyvatelná zóna mnohem blíže než u našeho Slunce.

Třetí kritérium je přítomnost atmosféry a potenciál pro vodní cyklus. Atmosféra chrání povrch před zářením, reguluje teplotu, umožňuje chemické reakce nezbytné pro život. Voda pak slouží jako univerzální rozpouštědlo, médium biochemie. Bez ní, alespoň podle pozemské zkušenosti, život nevznikne.

Je třeba zdůraznit jeden kritický rozdíl: „obyvatelná“ neznamená „obývaná“. Planeta může splňovat všechny fyzikální podmínky pro život a přesto být sterilní. Obyvatelnost je nutná podmínka, nikoliv postačující. Mars leží na okraji obyvatelné zóny Slunce, přesto je dnes mrtvou pouští. Venuše kdysi možná měla oceány, než se proměnila v kyselinové peklo. Podmínky se mění a planety evolují. Najít svět, kde by život mohl vzniknout, je první krok. Zjistit, zda tam skutečně je, bude krok druhý - a mnohem těžší.

Exoplanety nevidíme přímo. Jejich hvězdy je oslňují. Planeta podobná Zemi je proti své hvězdě srovnatelně jasná jako světluška vedle reflektoru – a vzdálená desítky světelných let. Astronomové proto museli vyvinout nepřímé metody, které odhalují planety podle toho, jak ovlivňují své hvězdy.

Nejúspěšnější technikou je metoda tranzitů. Funguje elegantně: když planeta přejde mezi hvězdou a námi, hvězda na zlomek sekund nepatrně ztmavne. Pokles jasu je mikroskopický – typicky desetiny procenta – ale přesné fotometry ho zachytí. Opakuje-li se periodicky, je to silný důkaz planety na oběžné dráze. Kosmický teleskop Kepler, vypuštěný v roce 2009, sledoval současně více než sto padesát tisíc hvězd a objevil přes dva a půl tisíce planet. Jeho nástupce TESS dnes mapuje téměř celou oblohu.

Metoda má však svá omezení. Funguje jen tehdy, když se orbitální rovina planety náhodou shoduje s naším zorným úhlem. Většina planetárních systémů je nakloněných jinak – jejich planety nikdy nepřejdou přes disk hvězdy, takže zůstávají neviditelné. Odhaduje se, že tranzitní metodou zachytíme nanejvýš několik procent skutečně existujících planet.

Druhou klíčovou technikou je měření radiálních rychlostí. Planeta neobíhá kolem zcela nehybné hvězdy – oba objekty obíhají kolem společného těžiště. Když planeta táhne hvězdu k nám, spektrum hvězdného světla se posouvá do modra. Když hvězdu odtahuje, spektrum červená. Tyto drobné změny, měřené spektrografy, prozrazují přítomnost planety i její hmotnost. Metoda radiálních rychlostí objevila první exoplanetu u hvězdy podobné Slunci a dodnes slouží k potvrzování kandidátů z tranzitů.

Přímé zobrazení – fotografování samotné planety – je zatím vzácné. Vyžaduje speciální koronografy, které zastíní světlo hvězdy, a funguje spolehlivě pouze u mladých, horkých planet obíhajících daleko od svých sluncí. Teleskopy nové generace, jako připravovaný Extremely Large Telescope, by však mohly změnit tuto rovnici. Jejich obří zrcadla a adaptivní optika slibují schopnost zachytit světlo odražené od skal a oceánů planet podobných Zemi.

Zatím však platí: vidíme jen špičku ledovce. Naše metody upřednostňují velké planety, blízko hvězdy, s krátkou orbitální periodou. Planety jako Země – malé, daleko, s roční oběžnou dobou – jsou na hranici možností současné techniky. Většina skutečně obyvatelných světů v galaxii zůstává skryta.

K lednu 2026 katalogy exoplanet evidují přes šest tisíc potvrzených planet a další tisíce čekají na ověření. Spektrum objevů je obrovské – od žhavých Jupiterů obíhajících své hvězdy za pouhé dny až po ledové planety v okrajích systémů. Kolik z nich však může hostit život?

Odhady se liší podle toho, jak striktně definujeme obyvatelnou zónu. Pokud počítáme jen planety skalnaté, ne větší než dvojnásobek Země, v optimální vzdálenosti od stabilní hvězdy, dostaneme se k několika desítkám potvrzených kandidátů. Číslo se může jevit malé, ale je třeba připomenout, že naše měření jsou silně zkreslená. Malé planety v širokých orbitách zachytíme těžko – znamená to čekat roky na opakování tranzitu a disponovat extrémně citlivými přístroji.

Statistické analýzy Keplerových dat však nabízejí fascinující projekci. Podle modelů založených na frekvenci objevů může dvacet až padesát procent hvězd podobných Slunci hostit skalnatou planetu v obyvatelné zóně. To znamená, že v naší galaxii – se dvěma sty miliardami hvězd – by mohly existovat miliardy potenciálně obyvatelných světů.

Číslo je závratné, ale zároveň hypotetické. Statistika pracuje s extrapolací. Skutečnost může být jiná, přesto už dnes víme jedno jistě: planety velikosti Země nejsou výjimkou. Jsou běžné. Téměř každá hvězda na obloze má planety a velká část z nich má planety, které by mohly mít oceány, atmosféru a možná i život.

Naše Sluneční soustava není anomálie. Není kosmickým unikátem. Je jednou z nesčetných variant na univerzální téma: hvězdy rodí planety a některé z těch planet jsou domovy.

Mezi tisíci objevenými planetami vynikají ty, které splňují nejvíc kritérií obyvatelnosti – nebo jsou prostě nejblíž, což je činí přístupnějšími pro budoucí výzkum.

Proxima Centauri b obíhá kolem rudého trpaslíka Proxima Centauri, nejbližší hvězdy k naší Sluneční soustavě, vzdálené pouhé čtyři světelné roky. Planeta má minimálně hmotnost Země, leží v obyvatelné zóně a teoreticky by na jejím povrchu mohla existovat tekutá voda. Problémem je, že Proxima Centauri je aktivní hvězda s častými erupcemi, které mohou planetu zasypat zářením a postupně odírat atmosféru. Nevíme, jestli planeta vůbec nějakou atmosféru má. Nevíme, jestli je skalnatá, nebo ledová, ale blízkost lákavá – kdyby lidstvo jednou vyslalo mezihvězdnou sondu, tohle by byl první cíl.

Systém TRAPPIST-1, vzdálený čtyřicet světelných let, nabízí ještě zajímavější scénář. Kolem chladného trpaslíka obíhá sedm skalnatých planet, z nichž tři nebo čtyři leží v obyvatelné zóně. Některé z nich mohou mít oceány, jiné ledové krusty. Hustota systému je pozoruhodná – všechny planety by se vešly do dráhy Merkura kolem Slunce. Kdybyste stáli na povrchu jedné z nich, viděli byste další planety jako velké měsíce na obloze. TRAPPIST-1 je laboratoř – sedm variant na téma „obyvatelná planeta“, všechny v dosahu jednoho teleskopu. Už dnes JWST analyzuje atmosféry některých z nich.

Kepler-452b, objevený v roce 2015, byl prvním kandidátem, který média okřtila „Zemí 2.0“. Obíhá hvězdu podobnou Slunci v obyvatelné zóně, má oběžnou dobu 385 dní – téměř shodnou s naší. Planeta je o něco větší než Země, možná skalnatá, možná s oceány, ale je vzdálená 1400 světelných let, což ji staví mimo dosah jakékoliv detailní analýzy s dnešní technikou. Víme o ní zoufale málo. Je spíše symbolem než skutečným cílem výzkumu.

Pravda je, že o žádné z těchto planet nevíme téměř nic jistého. Máme hmotnost, poloměr, oběžnou dobu. Zbytek – povrch, atmosféra, počasí, chemie – je zatím spekulace. Skutečná charakterizace těchto světů začíná teprve teď.

Najít obyvatelnou planetu je jedna věc. Zjistit, zda je skutečně obyvatelná, je úkol řádově složitější. Klíčem jsou biosignatury – chemické indikátory v atmosféře, které nelze vysvětlit bez přítomnosti života.

Nejsilnější biosignaturou je kombinace kyslíku a metanu. Na Zemi produkují kyslík rostliny fotosyntézou, metan bakterie a rozkladné procesy. Obě látky by v atmosféře bez života rychle zreagovaly a zmizely. Jejich trvalá přítomnost signalizuje aktivní biologii. Podobně zajímavé je vodní pára v kombinaci s oxidem uhličitým – naznačuje vodní cyklus, klima, možná oceány. Fosfor, dusík, některé organické molekuly – všechny mohou být stopami života.

Jak ale tyto plyny detekovat na planetě vzdálené desítky světelných let? Metodou tranzitní spektroskopie. Když planeta přejde před hvězdou, nepatrná část hvězdného světla prosvítá skrz atmosféru planety. Různé plyny absorbují specifické vlnové délky – kyslík ponechá tmavé čáry v infračervené oblasti, metan v blízké infračervené, oxid uhličitý v několika pásmech. Teleskopy analyzují toto filtrované světlo a rekonstruují chemické složení atmosféry.

James Webb Space Telescope, uvedený do provozu v roce 2022, je první nástroj schopný tento výzkum provádět systematicky. JWST už analyzoval atmosféry několika horkých jupiterů a první výsledky z planet systému TRAPPIST-1. Našel vodní páru, oxid uhličitý a možná oxid siřičitý. Zatím žádný jednoznačný signál života, ale to se dalo čekat – hledání biosignatur je jako hledání jehly v kupce sena. Vyžaduje to čas, opakovaná měření i statistickou jistotu.

Další generace teleskopů – Extremely Large Telescope s třicetimetrovým zrcadlem, americký Thirty Meter Telescope, případně následovník JWST – slibují ještě citlivější spektroskopii. Budou schopny detekovat slabší signály a sledovat planety podobné Zemi u hvězd podobných Slunci. První skutečná šance objevit biosignaturu přijde během příštích deseti až dvaceti let.

Neznamená to, že najdeme inteligentní civilizaci. Pravděpodobně najdeme něco jednoduššího – bakterie, řasy nebo planetární ekvivalent pozemského archaikum, ale i to by stačilo k zodpovězení nejstarší otázky lidstva: Jsme sami?

Motivace hledat „druhou Zemi“ bývá často formulována jako pojistka. Pokud zničíme naši planetu – klimatickou změnou, jadernou válkou, asteroidem – měli bychom mít záložní variantu. Jiný svět a nový start.

Tato logika má své příznivce. Technologičtí vizionáři argumentují, že lidstvo musí expandovat mezi hvězdy, jinak riskuje zánik, a že koncentrace jediného druhu na jedné planetě je evoluční slepá ulička. Navíc kolonizace jiných světů je přirozený krok vývoje inteligentního života.

Existuje však i kritičtější pohled. Nehledáme nové světy proto, že už víme, jak ničit ten současný? Není koncept „druhého domova“ nebezpečnou iluzí, která legitimizuje ekologickou nezodpovědnost? Pokud budeme věřit, že existuje náhradní planeta, nebude nás to svádět k tomu, abychom méně pečovali o Zemi?

Realita je navíc krutá. Nejbližší potenciálně obyvatelná planeta – Proxima Centauri b – je vzdálena čtyři světelné roky. Současná technologie by tam letěla desítky tisíc let, i kdyby tam byly oceány a dýchatelný vzduch, není šance, že bychom tam během tohoto století dopravili kolonisty. TRAPPIST-1? Čtyřicet světelných let. Kepler-452b? Tisíc čtyři sta. Žádná z těchto planet není útěkem. Jsou zajímavým předmětem výzkumu, možná budoucím cílem robotických sond, ale nejsou záchranou pro lidstvo tady a teď.

Paradoxně, právě hledání exoplanet by nás mohlo naučit vážit si Země víc. Každý nový objev ukazuje, jak křehké a specifické jsou podmínky, které umožňují život. Většina planet je peklo – příliš horká, příliš studená, příliš toxická, příliš ozářená. Země není průměrná. Je výjimečná, a i kdyby existovaly miliardy obyvatelných světů, žádný z nich nebude náš.

Během příštích let se výzkum exoplanet posune od pouhého objevování k detailní charakterizaci. Už nestačí vědět, že planeta existuje. Chceme znát její atmosféru, povrch, chemii i klima.

NASA plánuje misi Habitable Worlds Observatory, teleskop optimalizovaný přímo pro hledání života na planetách podobných Zemi. Evropská kosmická agentura připravuje PLATO – satelit zaměřený na skalnaté planety v obyvatelných zónách slunečních hvězd. Extremely Large Telescope v Chile, s plánovaným spuštěním koncem dekády, bude díky svému třicetimetrovému zrcadlu schopen přímo zobrazit velké exoplanety a spektroskopicky analyzovat jejich atmosféry.

Technika se zlepšuje exponenciálně. Před deseti lety jsme sotva uměli potvrdit existenci planety velikosti Země. Dnes mapujeme jejich atmosféry. Za deset let možná budeme schopni rozlišit kontinenty od oceánů, za dvacet detekovat biomarkery.

Pravděpodobnost, že během tohoto století najdeme známky života na exoplanetě, není nulová. Některé odhady jdou až k padesáti procentům. Záleží na tom, jak běžný je život ve vesmíru – a to zatím nevíme. Pokud vzniká snadno všude, kde jsou vhodné podmínky, objevíme ho brzy. Pokud je vzácný, možná nikdy.

I negativní výsledek by byl odpovědí. Kdyby se ukázalo, že z tisíců skenovaných planet žádná nejeví známky života, mělo by to hluboké důsledky. Znamenalo by to, že život je vzácnější, než jsme doufali.