31
Život budeme hledat na exoplanetách

Stephen Hawking:„Lidstvo má hlubokou potřebu objevovat, učit se, poznávat.
A také jsme společenští tvorové. Je pro nás důležité vědět,
jestli jsme ve vesmíru sami."

V dílu Civilizace 30 jsme při hledání života dospěli na konec Sluneční soustavy v současnosti i v Sumeru před 6000 lety. Obě civilizace, naše i Sumerská, dospěly k poznání, že existuje devátá planeta. Sumerové přijali z deváté planety civilizaci, která se v jejich zemi a dalších zemích rozšířila.
V současné době existence deváté planety byla prokázána,
ale nebyla spatřena.
Je otázkou času, kdy k tomu dojde.

My budeme krok za krokem hledat přístup k planetám za hranicemi naší Sluneční soustavy na exoplanetách.

V Sluneční soustavě bylo možné dospět k objektům pomocí současných technických prostředků. S exoplanetami musíme komunikovat jinými prostředky, o kterých bude pojednáno v tomto dílu.

K tomu pozveme osoby nejpovolanější -
Alberta Einsteina a Stephena Hawkinga.

AU = astronomická jednotka (astronomical unit) vzdálenost Země-Slunce = 150 milionů km,
ly = Světelný rok (značka jednotky ly light-year) je jednotka vzdálenosti používaná v astronomii.
Afélium - odsluní, perihélium - přísluní

Spolu s astronomy na hoře Silla budeme dále sledovat
hledání života na exoplanetách

Znamená to, jak dosáhnout komunikace s exoplanetami pomocí současně dosažené technologie a vědeckého výzkumu k překonání mezihvězdných vzdáleností.
Budeme se ptát co je dosažitelné nyní a jaké možnosti nám rozvoj vědy a technologie nabízí v budoucnosti.
Dotkneme se i možností návštěvníků z exoplanet na naší Zemi.

Kde se nacházejí exoplanety?
Objevené exoplanety se nacházejí ve vzdálenosti stovek a tísíců světelných roků. Nejblíže naší Sluneční soustavě nalezli exoplanetu vědci na observatoři La Silla v Chile. Planeta má podobné rozměry a vlastnosti jako Země a obíhá kolem hvězdy Proxima Centauri vzdálené 4,25 světelných let a dali jí jméno Proxima b. To je velmi záslužný výsledek práce astronomů. My ale budeme pátrat po tom, jak se k té planetě dostat, abychom zjistili, je-li tam život.

Poznámka pro čtenáře:
Vstup do mezihvězdného prostoru vyžaduje vstup do speciální a obecné teorie relativity Alberta Einsteina a historie času Stephena Hawkinga. Jsou k dispozici dokumenty popisující teorie relativity a čas s využitím matematického aparátu. Aby text byl čitelný i pro ty, kteří nejsou zběhlí v matematice, popisuji uváděné procesy slovní formou s grafikou. Pokud pro některé čtenáře budou určité pasáže nesrozumitelné, může je přeskočit k Závěrům, které z toho plynou.

Jak překonat vzdálenosti překračující Sluneční soustavu?
Na základě současných technologií a vědeckých poznatků velmi těžko. Pro srovnání: sonda Voyager 1 ze Země odstartovala již před 39 lety a zatím se nachází teprve těsně za hranicí naší Sluneční soustavy. Přepočteno na světelné roky za těch necelých 40 let uletěla pouhých 37 světelných hodin. K Proximě Centauri by Voyager 1 doletěl za 70 tisíc let.

Vidíme, že čas a rychlost světla se stává hlavním fenoménem při vstupu do meziplanetárního prostoru.

Abychom mohli vstoupit dále do vesmíru, vstoupíme do prostoročasu

Tímto do hry zařazujeme čas jako čtvrtý rozměr. To je ale jiný svět, který je těžké si představit.

Sám Stefen Hawking přiznává, že bylo i pro něho obtížné takovýto svět vnímat, ale umíme ho matematicky definovat. My, jako lidští tvorové, vnímáme svět dvou nejvíce trojrozměrný. Vstupujeme tedy do protoročasu, světa čtyřrozměrného.

Co je to prostoročas (časoprostor)?

Časoprostor nebo také prostoročas je fyzikální pojem z teorie relativity sjednocující prostor a čas do jednoho čtyřrozměrného kontinua. Čas hraje roli čtvrtého rozměru a je oproti zbylým třem prostorovým rozměrům význačný (například tím, že se v něm lze pohybovat jen jedním směrem).
V prostoru dochází k událostem. To je v teorii relativity každý jev, který lze charakterizovat jedním bodem v prostoru a jemuž lze přiřadit přesný časový okamžik. Tedy v souřadnicích jak je známe x,y, z + čas (c).
Pro představu: Když se událost se stejnými souřadnicemi x, y, z posune v prostoročase o souřadnici čas, bude událost stejná, ale bude mít jinou polohu v čase a takto dále bude probíhat pohyb v čase.

Na obrázku 1 vidíme, jak takový časoprostor vzniká. Světelný záblesk vyslaný v určitý okamžik z určitého bodu se bude rozšiřovat jako světelná koule, jejíž rozměr ani poloha nikterak nezávisí na pohybu zdroje. Světlo se šíří jako vlnky utíkající po zčeřené hladině rybníka, kde do vody spadl kámen.
Takto se vytvoří narůstající kruhy v prostoročasovém diagramu a vytvoří třírozměrný kužel ve čtyřrozměrném prostoročasu, složený ze dvou prostorových a jednoho časového směru.

Dráha světelného signálu události P vytváří kužel v prostoročase -
budoucí světelný kužel události "P" sestává z prvků, které nastanou v budoucnu.
Podobně
minulý světelný kužel události "P" sestává z prvků přicházejících z minulosti do této události, např. když vznikalo Slunce. Absolutní minulostí události P je oblast uvnitř minulého světelného kužele.
Oba světelné kužely rozdělují prostoročas v okolí události P na budoucnost a minulost a zbytek. Události vně obou světelných kuželů nemohou událost P ovlivnit ani jí nemohou být ovlivněny.

První z nich je absoulutní budoucnost události P, kterou tvoří oblast uvnitř budoucího světelného kužele vycházejícího z P. Události ležící v absolutní budoucnosti události P mohou být ovlivněny tím, co se v P stalo.
Např. kdyby Slunce přestalo svítit, lidé na Zemi si tohoto nepovšimnou, dokud se Země nachází vně budoucího světelného kuželu této události. Až po osmi minutách bychom poznali, že se se Sluncem něco děje.
Ze stejného důvodu nevíme nic o tom, co se děje ve velmi vzdáleném vesmíru.

Závěr 1 obrázek 4
- Tělesa s nenulovou hmotností se vždy pohybují pomaleji než světlo. Jejich dráhy leží uvnitř světelného kužele. Zvyšováním rychlosti dochází ke zvyšování hmotnosti tělesa a potřebné energie. Při dosažení rychlosti světla by hmotnost a energie byly nekonečně velké, proto není možné rychlosti světla dosáhnout.
- Možná dráha nehmotného světla má rychlost 300 000 km/sec jako vnější obal světelného kuželu.
- Nedovolená dráha hmotného tělesa je mimo světelný kužel.

Každé události, která se odehraje v prostoročase, můžeme přiřadit světelný kužel, to je soubor všech možných směrů paprsků vycházejících z této události. Jelikož rychlost světla je při všech událostech a všech směrech stejná, jsou také světelné kužely identické a míří stejným směrem.

Toto jsou závěry speciální teorie relativity bez zapojení gravitační síly.

Do hry vstupuje gravitace
O tom je obecná teorie relativty, když říká, že prostoročas není plochý, jak předpokládá speciální teorie relativity, ale je zakřivený vlivem hmotnosti a energie. V obecné relativitě se tělesa pohybují po geodetikách - nejpříměších čarách čtyřrozměrného prostoru, avšak v našem třírozměrném prostoru se jeví jako zakřivené.
Pro představu - přestože v třírozměrném prostoru sleduje letadlo přímou dráhu, stín na nerovném zemském povrchu se pohybuje po křivce kopírující terén.

Rovněž světelné paprsky se prostoročasem pohybují podél nejkratších spojnic dvou bodů. I v tomto případě zakřivení prostoročasu způsobuje, že světelné paprsky nevypadají v prostoru jako přímky, ale budou se vlivem gravitace ohýbat.

Pro představu: Na obr. 5 hmota Slunce zakřivuje prostoročas v jeho okolí. V důsledku toho se dráhy paprsků přicházejících ze vzdálených hvězd (B) při průchodu v blízkosti slunečního povrchu odklánějí, takže při pohledu ze Země (C) se nám hvězdy jeví v poněkud jiné poloze (D).

Ohyb paprsků bylo možné ověřit při zatmění Slunce pro přesvětlení okolí. Měření provedla britská expedice při zatmění Slunce roku 1919.

Dále obecná teorie relativity říká, že čas v blízkosti hmotných těles probíhá pomaleji. Je to dáno vztahem mezi energií záření a jeho frekvencí. Je-li paprsek vyslán vzhůru v gravitačním poli Země, ztrácí postupně svou energii. Pozorovateli ve výšce se zdá, že události dole trvají delší dobu.

Důsledky: Znalost nestejného chodu hodin v různých výškách má zásadní vliv na radionavigační systémy využívající kosmické družice. Kdybychom nezavedli korekce obecné teorie relativity, udávání polohy by bylo až o několik kilometrů nesprávné.

Závěr 2 obrázek 8
V relativitě neexistuje žádný jednoznačně daný absolutní čas. Místo něj má každá částice, každý jednotlivec, každý vesmírný objekt svou vlastní míru času závislou na tom, kde se nachází a jak se pohybuje.
Prostoročas určují veškerá dění ve vesmíru a samy se tímto děním proměňují. Každá částice nebo planeta si s sebou berou vlastní hodiny, které určují jejich vztah k prostředí, ve kterém se pohybují.

Tímto se dostáváme na začátek našeho putování do vesmíru a hledání života na exoplanetách. Ověřili jsme, že obecná teorie relativity funguje i v praktickém životě, proto není důvodu si představovat, že by na nás neměla působit ve vesmíru.
Na shledanou na cestě na Proxima b.

----- Mojmír Štěrba -----

31Život budeme hledat na exoplanetách

31
Život budeme hledat na exoplanetách