Úvaha: Kolonizace mrtvých světů

(Astronomie je jedním z mých koníčků, myslím že o tom vím celkem dost, ale i tak doufám že se zde nenachází žádné faktické chyby :-))

Červení trpaslíci tvoří okolo 75 procent hvězd, existujících v naší galaxii. Jedná se o malé (s průměrem menším než je jedna třetina průměru Slunce) a chladné hvězdy, které ale mohou hostit planetární systém, a u mnoha z nich už byly planetární systémy i objeveny.

Z hlediska existence světů podobných naší Zemi se ale nejedná o nejvhodnější kandidáty. Všechny planety u těchto hvězd, nacházející se v obyvatelné oblasti, mají totiž vázanou rotaci. To znamená, že jsou během svého oběhu okolo mateřské hvězdy k této hvězdě neustále natočeny stejnou stranou povrchu. Podobně obíhá například Měsíc Zemi.

To může u planet s atmosférou způsobit při vyrovnávání teplotních rozdílů neustálé bouřlivé proudění vzduchu mezi věčně osvětlenou, ohřátou stranou planety, a odvrácenou, chladnou částí.

Díky vázané rotaci se také u těchto planet nemusí plně vyvinout dostatečně silné magnetické pole, chránící případný život před škodlivým zářením hvězdy.

Z pohledu obyvatelnosti lidmi tedy nemusí být tyto planety, i když mohou hvězdu obíhat v obyvatelné oblasti a splňovat další podmínky, vhodnými kandidáty pro případnou kolonizaci.

Výhody planetárních systémů červených trpaslíků

Planetární systémy u červených trpaslíků ale mají na druhou stranu i výhody, které mohou být využity při dalším šíření lidstva do vesmíru.

Pokud se podíváme na některé, již známé planetární systémy u hvězd tohoto typu, můžeme si všimnout velké blízkosti oběžných drah planet.

Například u hvězdy Gliese 581 se mají nacházet až čtyři planety, a to ve vzdálenostech 4.2, 6.15, 10.65 a 33 milionů kilometrů od hvězdy. Vzdálenosti mezi oběžnými drahami těchto planet jsou tedy ve srovnání se vzdálenostmi mezi planetami naší Sluneční soustavy (58 mil. kilometrů od Slunce u Merkuru, 108 mil. kilometrů u Venuše a u Země 150 milionů kilometrů) minimální.

Díky tomu jsou tyto planety mezi sebou navzájem snadněji dosažitelné a cesty mezi nimi zaberou minimum času.

Menší hmotnost hvězdy také usnadňuje opuštění celého planetárního systému a cestování k okolním hvězdám. Například u Slunce je rychlost, nutná pro únik z jeho gravitačního pole, bez využití rychlosti planet, za pomocí prakového efektu (ve vzdálenosti 150ti milionů kilometrů od Slunce), okolo 42,1 kilometrů za sekundu.

Menší rozměry těchto systémů také mohou znamenat i bližší umístění zbytků materiálů z období vzniku celé soustavy - jader komet apod. (obdoba Kuiperova pásu či Oortova oblaku komet v naší Sluneční soustavě), vhodných pro případné zužitkování.

Mrtvé světy

Zajímavými objekty mohou být z hlediska šíření lidstva planety, které neodpovídají svými vlastnostmi Zemi. Přesněji planety více podobné našemu Měsíci či Merkuru - mrtvé světy.

Tyto planety nabízejí mnoho výhod co se týče delších zastávek, nabrání zásob, či tvorby menších kolonií (a možná i trvalého osídlení) - nebo dokonce staveb obrovských generačních lodí.

Díky tomu, že je jedna část povrchu těchto planet neustále vystavena záření hvězdy, které není filtrováno atmosférou či magnetickým polem, může přivrácená strana obsahovat obrovské množství izotopu Hélia He-3, které zde vzniká stejným způsobem jako na našem Měsíci (kde se na povrch dostává miliardy let trvajícím bombardováním nabitými částicemi slunečního větru). Tento izotop by měl v budoucnu sloužit jako palivo při výrobě energie za pomocí termojaderné fúze a s velkou pravděpodobností také nalezne uplatnění při pohonu kosmických lodí.

Jeho tvorba by na povrchu těchto planet mohla být možná i dvakrát rychlejší, a to díky tomu, že zde nedochází ke střídání dne a noci.

Další výhodou věčně osvětlené strany je také například využití samotného záření hvězdy pro výrobu energie - díky věčnému dni na přivrácené straně zde nebude docházet k výkyvům tvorby elektrické energie (k jakým může docházet například při využití fotovoltaiky na povrchu Měsíce - například projekt Luna Ring počítá pro kompenzování tohoto problému s umístěním fotovoltaických panelů po obvodu celého Měsíce) - a také zde není záření oslabováno atmosférou.

Odvrácená strana, ukrytá ve věčném stínu, zase může nabídnout bohaté zásoby vody ve formě ledu. Ten by se na tuto část planety mohl dostat buď během vzniku planetární soustavy, či při pozdějších dopadech komet.

Zde je u podobných planet obrovskou výhodou neexistence atmosféry, která by zde přiváděla teplo z přivrácené strany a mohla by způsobit postupnou "likvidaci" nashromážděných zásob ledu. Podobný problém by mohly způsobovat dopady meteoritů (jejichž impakty nejsou díky absenci atmosféry nijak brzděny či likvidovány a na povrch tak dopadá v podstatě vše), při kterých by mohl být nashromážděný led postupně odstraňován. Jak významné by ale tyto ztráty v tomto případě byly?

Podobné zásoby ledu, ukryté ve věčném stínu, mají například Měsíc nebo Merkur. Ty se ale u nich nachází pouze na několika místech u pólů. U planet s vázanou rotací mohou být díky velikosti povrchu (znásobeného, pokud budeme uvažovat planety o velikosti blízko rozměrům Země), ukrytého ve věčném stínu, tyto zásoby nesrovnatelně větší.

Problém s atmosférou bude narůstat s větší hmotností planet, díky které mohou být za pomocí větší gravitace u povrchu udrženy spíše lehčí, "těkavější"  molekuly. Proto se s největší pravděpodobností odpovídající mrtvé světy, s vhodnější přitažlivostí pro dlouhodobější osídlení lidmi, budou nacházet o dost blíže hvězdě. Měla by zde platit úměra čím větší blízkost ke hvězdě, tím dostatečnější záruka neexistence jakékoliv formy atmosféry.

Nesmí se ale nacházet příliš blízko hvězdě - jednak by její intenzivní záření mohlo zkomplikovat pohyb v okolí planety, a jednak by u těch nejextrémnějších případů mohlo docházet k přenosu tepla na odvrácenou stranu například za pomocí lávových proudů, či atmosférou, tvořenou odpařeným povrchem z přivrácené strany.

Kolonizace

Z hlediska stavby dlouhodobějších kolonií jsou pro nás zajímavé planety, u kterých nebude teplota na přivrácené straně stoupat do extrémnějších hodnot, jenž by mohly narušovat například těžbu izotopu He-3 a dalších surovin, či výrobou elektrické energie. Zužuje to oblast, v jaké podobné planety u červených trpaslíků hledat, ale na druhou stranu se nejedná o tak omezující limity, jaké zavádí obyvatelná zóna.

Z planet, obíhajících blíže hvězdě by byly také rychleji dosažitelné vnější části soustavy. Tento problém dokáže asi nejlépe vystihnout následující obrázek:

Credit: Geoffrey A. Landis: Colonization of Venus

Jak je vidět, planetky v pásu asteroidů jsou z Venuše díky její blízkosti ke Slunci (a tím kratší potřebné dráze) dosažitelné rychleji než ze Země. To stejné samozřejmě platí i pro planety u jiných hvězd, které se nachází blíže ke své hvězdě.

Tyto planety mají navíc relativně jednoduché, víceméně známé prostředí, u kterého budou moci být zužitkovány zkušenosti například z kolonizace Měsíce apod. Naopak u planet podobnějších spíše Zemi už nastává riziko větší variability prostředí a možných změn, kladoucích více překážek během jejich osídlování. Riziko může také u těchto "obyvatelnějších" planet představovat případný mimozemský život, který může být ohrožen přítomností pozemských organismů, nebo naopak.

Tyto mrtvé planety by také měly obíhat u červených trpaslíků, jejichž věk je vyšší než přibližně jedna miliarda let, protože tato první miliarda let bývá u tohoto typu hvězd značně bouřlivá. Časté erupce, vznikající na těchto hvězdách v tomto období by mohly působit velké problémy.

Co se týče věku, další velkou výhodou těchto hvězd je odhadovaná délka životnosti, která se pohybuje od několika desítek miliard až po bilióny let. Tato trvanlivost, nesrovnatelně delší než je délka života hvězd podobných našemu Slunci, by mohla být zajímavá z dlouhodobé perspektivy přežití lidstva.

Vhodné mrtvé světy by mohly mít o něco menší hmotnost než má Země, a tím i nižší gravitaci, usnadňující práci na povrchu, či jeho opuštění (o něco menší úniková rychlost, navíc není třeba řešit aerodynamiku lodí díky absenci atmosféry - a díky čemuž také nebude plýtváno palivem, které by bylo jinak potřebné pro průlet atmosférou). Samozřejmě ne o moc, tak aby nezpůsobovala zdravotní problémy při delším pobytu.

Kolonie

Kolonie by na těchto planetách mohly být umístěny na odvrácené straně, kde je, i když podstatně nižší, ale konstantní teplota (nedochází zde k tak velkým teplotním výkyvům jako například na Merkuru), a kde by byly tyto kolonie alespoň částečně chráněny hmotou planety před případnými erupcemi hvězdy.

Na povrchu těchto planet se moc zajímavých věcí vyskytovat nebude, a kolonisty bude také třeba ochránit před kosmickým zářením, proto také bude většina částí kolonií ukryta pod povrchem. Věčný svit na přivrácené straně by ale mohl být využit pro napájení náhrady pozemského magnetického pole. To by mohlo být použito také pro navigaci kolonistů v okolí základen, chráněných tímto způsobem.

Díky mrtvému povrchu, podobnému povrchu měsíčnímu, pokrytému pouze krátery, nebude bránit maximálnímu využití místních zdrojů žádná forma ochrany životního prostředí. Povrch těchto planet lze v tomto směru považovat za čisté, nepopsané plátno, které bude moci být využito pro stavbu opravdu velkých kolonií (které by mohly pojmout i miliardy lidí) a úpravu povrchu k jakýmkoliv účelům.

Vesmírné výtahy

Ohromným přínosem pro kolonie by mohly být vesmírné výtahy, jejichž stavbě nebude bránit žádná atmosféra a mohla by zde také být nápomocna trochu nižší gravitace, zmíněná dříve.

Tyto výtahy by významně zjednodušily přístup do kosmického prostoru a napomohly dalšímu šíření lidských kolonistů dále do vesmíru.

I v tomto směru je zde výhodná vázaná rotace, díky které by byly tyto výtahy "čouhaly" z povrchu z pohledu hvězdy stále ze stejného místa.

Protizávaží vesmírného výtahu, umístěné ve větší vzdálenosti od povrchu, by mohlo být tvořeno například zrcadly, směřujících světlo na objekty kolonií, skryté ve věčném stínu, a které by mohly například simulovat střídání dne a noci.

Mohly by zde také být umístěny fotovoltaické panely (nebo jiný systém, schopný transformovat záření hvězdy na elektrickou energii), dodávající alespoň část energie zařízením na povrchu.

Toto řešení by mohlo být výhodné u planet obíhajících hvězdu ještě blíže, kde by fotovoltaika nemusela být postavena na rozpálené, přivrácené straně (i tak by ale byly v kosmickém prostředí vystaveny intenzivnímu záření hvězdy). Energie by nemusela být přenášena na povrch ztrátovými způsoby jako například lasery či mikrovlnami (jako u vesmírných solárních elektráren, navrhovaných pro okolí Země), ale za pomocí supravodičů.

O napájení by se zde mohla starat dokonce i síť "výtahů", které by měly na starost pouze nesení odpovídajícího množství fotovoltaických panelů a transport energie na povrch. Ve výsledku by tak z povrchu planety jako květiny vyrůstaly na vhodných místech kabely, roztroušeně obepínající terminátor planety a nesoucí roztažené fotovoltaické panely, nasměřované na hvězdu.

Vhodné, již objevené planety

Níže jsou popsány dvě potvrzené planety, které by mohly být vhodnými kandidáty na kolonizovatelné mrtvé světy. Obě  byly objeveny v rámci mise Kepler.

Systém Kepler-37

• Souhvězdí Lyra
• Vzdálenost 215 světelných let
• Věk 6 miliard let

Nejedná se o červeného trpaslíka, ale o hvězdu podobnější Slunci s hmotností osmi desetin jeho hmotnosti, 0,77 násobkem jeho průměru a teplotou povrchu asi 5,417 Kelvinů (povrch Slunce má pro srovnání teplotu 5780 Kelvinů).

U této hvězdy byly zatím objeveny tři planety, z nichž na jedné by se mohla vyskytovat voda v tekutém skupenství (planeta d). Ta pro nás ale momentálně z pohledu hledání „mrtvých“ světů zajímavá není (a navíc je přibližně dvakrát větší jak Země).

Planeta b, nacházející se nejblíže hvězdě, je nejmenší planetou soustavy, s průměrem, který je blízko průměru našeho Měsíce, a s rovnovážnou teplotou pohybující se podle odhadů okolo 430 stupňů Celsia. Tato planeta pro nás může být naopak příliš horká a malá.

Zajímavým možným mrtvým světem je zde planeta nacházející se uprostřed – planeta c. Tato planeta je přiměřeně velká (průměr přibližně 9500 km – nebo 0,742 průměru Země) a rovnovážná teplota by se zde měla pohybovat okolo 280 stupňů Celsia. Nachází se asi 20,5 milionů kilometrů od hvězdy a jeden oběh ji zabere přibližně 21,3 dní.

Hvězda by měla při pohledu z povrchu této planety přibližně šestkrát větší úhlový průměr než má Slunce na naší obloze. Planeta b by při největším přiblížení působila jako velmi jasný objekt s úhlovým průměrem asi jedné dvanáctiny úhlového průměru Měsíce a planeta d by byla při největším přiblížení zase tři a půl krát menší než je Měsíc.

Porovnání velikostí planet systému Kepler-37 s velikostmi objektů Sluneční soustavy (Credit: NASA/Ames/JPL-Caltech)

Systém Kepler-42

• Souhvězdí Labutě
• Vzdálenost 126 světelných let

Okolo tohoto červeného trpaslíka (hmotnost 13 procent hmotnosti Slunce a průměr 17 procent jeho průměru) jsou známy tři planety s průměry, nacházejícími se mezi průměry Marsu a Venuše. Zajímavá by pro nás mohla být planeta, nacházející se od hvězdy nejdále. Má hmotnost 9 desetin hmotnosti Země, průměr okolo 7600 kilometrů a její rovnovážná teplota by měla být přibližně 180 stupňů Celsia. Hvězdu oběhne jednou za necelé dva dny.

Mateřská hvězda by měla na obloze této planety skoro až dvanáctinásobek úhlového průměru našeho Slunce. Nejbližší planeta ke hvězdě by byla při největším přiblížení o něco menší než Měsíc na naší obloze (0,86 násobek jeho úhlového průměru) a planeta druhá od hvězdy zase 2,3 krát větší než náš Měsíc (obě planety by byly vidět hlavně z přivrácené strany).

Na tomto obrázku můžeme vidět porovnání velikosti celého planetárního systému Kepler-42 s velikostí systému největších měsíců planety Jupiter (Credit: NASA/JPL-Caltech).