Milióny cizích Zemí

Byla tma tmoucí – potvrdil starý Ofwfq – byl jsem ještě dítě, sotva se na to pamatuji. Byli jsme jako obvykle všichni pohromadě, tatínek, maminka, babička Bb‘b, nějací strýcové, kteří přišli na návštěvu, pan Hnw, ten, co se potom stal koněm, a my děti. Nikdo nevěděl, nač jsme vlastně čekali; toť se ví, babička Bb‘b se ještě pamatovala na časy; kdy byla hmota stejnoměrně rozptýlena v prostoru, kdy bylo teplo i světlo; přestože staří ve svém povídání obvykle přehánějí, musely ty staré časy být lepší, nebo alespoň jiné; a nám šlo o to, přežít nějak tuto obrovskou noc.

Že se něco mění, zpozoroval první můj otec.
Podřimoval jsem a probudil mne jeho výkřik:

„Pozor! Tady se stačí!“

Hmota mlhoviny, dříve vždycky tekutá, začínala pod námi houstnout.

ITALO CALVINO: KOSMICKÉ GROTESKY

Na téma života ve vesmíru se popsalo mnoho stránek a mnoho lesů padlo nadarmo, protože značnou část těchto úvah tvoří spekulace, případně zdánlivě exaktní „rovnice vesmírného života“, do nichž jsou dosazovány zcela libovolné a nejisté hodnoty. Samo nejstručnější vysvětlení, ba sama nejzběžnější exkurze do astronomických a biologických disciplín, o něž opíráme mínění o mnohosti obydlených světů (což je vypůjčený název kdysi mimořádně oblíbeného spisu Camilla Flammariona převzatý opět podle knihy Bernarda de Foutenella z r. 1686) by vydala na rozměrnou knihu. Uvedené argumenty, shrnuté v co nejstručnější formu, nejsou vybrány z periférie zneuznaných a výstředních teorií, aby podepíraly autorovy názory, ale představují shrnutí platných a přijímaných domněnek. Čtenáři rovněž jistě a s potěšením prominou, nezdrží-li se tato kapitola u starších kosmogonických teorií Descartových, Leibnizových či Swedenborgových, ani u úvah, reálněji podložených aplikací gravitační teorie. V každé učebnici astronomie je možné seznámit se s teoriemi mlhovinnými (Kant, Laplace), slapovými (Jeans, Chemberlin-Moulton, Jeffreys), či tří těles (Russel, Lyttleton). Zůstaly trvalými památníky důvtipu tvůrců, zplna spojujících úroveň vědy své doby s úvahami o vzniku vesmíru. Věnujme se teoriím současným.

Naše Slunce je naštěstí pro vznik života na Zemi zcela obyčejnou „průměrnou“ hvězdou a jeho vznik není patrně poznamenán žádnou výjimečnou a ojedinělou událostí. Můžeme tento zrod docela dobře rekonstruovat analogiemi až do minulosti asi deseti miliard let.

Tématu naší knihy se netýkají ani spory o konečné podobě vesmíru, o jeho konečnosti či nekonečnosti. Přenechme je astronomii a fyzice, jak to před několika lety moudře učinili marxističtí filozofové. Jak zdůraznil Lenin, jedinou filozofickou otázkou v učení o prostoru je, odpovídá-li našim vjemům, představám a pojmům o něm objektivní realita. Lenin současně zdůrazňuje, že tato otázka nemá zhola nic společného se vztahem interpretace těchto vjemů k postupnému vypracování abstraktního pojmu prostoru na jejich základě. Modely vesmírů konečných i nekonečných, uzavřených i otevřených, omezených i neomezených, jsou ve všech vzájemných kombinacích exaktním vědám k dispozici. Objevily se dokonce alespoň rámcové analýzy velice podivných vesmírů, např. sovětského kosmologa Zelmana, jenž roku 1958 navrhl model vesmíru nestejnorodého a neizotropního s nekonečným množstvím vztažných soustav, pro něž je tento vesmír nekonečný a otevřený, a s nekonečným množstvím soustav dalších a s jiným druhem pohybu, pro něž je konečný a uzavřený.

Jak je vidět, bude lépe neplést se kosmologům příliš do řemesla.

O tom, co bylo v době předgalaktické, předhvězdné, jsou pouze dohady. Smíme považovat za pravděpodobné, že asi před deseti miliardami let došlo k obrovské explozi (v angloamerické literatuře označované jako Big Bang), kterou počalo rozpínání, pokračující dodnes. Kde se vzal rozpínající se plyn, je kosmogonickou otázkou, jež se nás netýká. Nesmírně důležitou etapou vývoje vesmíru po této velké explozi bylo vytvoření obrovských vodíkových zhuštěnin, protogalaxií. Protogalaxie, jež dala vznik naší Galaxii, měla v průměru asi 100 000 světelných let a obsahovala kolem 1068 vodíkových atomů – její hmota tedy, ač představovala téměř úplné vakuum, dvěstěmiliardkrát převyšovala dnešní Slunce. Z různých důvodů, především asi díky turbulenci plynu, došlo k místním zhuštěním vodíkových atomů, mezi nimiž se počaly uplatňovat gravitační síly. Takových zhuštění vznikalo v protogalaxiích mnoho. Podobaly se plynným koulím, kde tlak plynu ještě nepřevážil vzájemnou přitažlivost jednotlivých atomů, a kde proto docházelo k dalšímu smršťování. Je zcela možné, že toto „embryonální“ stadium hvězd pozorujeme v některých mlhovinách, kde kulovitým, tmavým a velmi kompaktním útvarům říkáme globule.

Vyhlídky na další vývoj neměly všechny zhuštěniny – pouze ty, jejichž hmota byla kolem 1033 g a které tedy obsahovaly asi 1057 atomů vodíku. Větší i menší zhuštěniny se rozplývaly a mizely – zhuštěniny zmíněné hmotnosti se však dalším působením gravitačních sil měnily v prahvězdy, seskupené obvykle v asociacích nebo hvězdokupách. Není vyloučené, že se již v tomto raném stadiu vytvářely kolem hvězd menší shluky oblaků, z nichž se později staly planety, ovšem pouze v astronomickém slova smyslu: nemohly být totiž ničím jiným než hroudami zmrzlého vodíku, a existence života na nich je zcela vyloučená.

Smršťováním se protohvězdy zahřívaly až do teploty několika miliónů K, kdy se v jejich nitru zažehly termonukleární reakce. Z prahvězd se tak staly hvězdy prvé generace, překotně vznikající v prvých 200 miliónech let od Big Bangu a téměř rovnoměrně rozptýlené v kulovitém prostoru původní protogalaxie. Jejich stavebním materiálem byl čistý vodík.

V pozdějším dlouhém období Galaxie, trvajícím nejméně 8,5 miliard let, se podobným způsobem rodily hvězdy druhé generace, lišící se od předchozích jednak rozložením ve tvaru zploštělého disku, který zaujímal mezihvězdný plyn po vzniku hvězd prvé generace, jednak chemickým složením. Mezihvězdný plyn, ze kterého se seskupováním tvořily, nebyl už totiž složen jen z vodíku; obohacovaly ho atomy řady těžkých prvků, vytvořené první generací hvězd při jejich gravitačním zhroucení, kdy železné jádro stárnoucí hvězdy už nemohlo vzdorovat tíži zevních vrstev. V těchto případech dochází k uvolnění obrovského množství energie v kratičké době a částice vnějších vrstev jsou vyvrženy do mezihvězdného prostoru, který svými prvky obohatí.

Před 4,6 miliardami let – toto číslo je (díky naší schopnosti vyjádřit vlastnosti Slunce poměrně jednoduchými rovnicemi a na moderních počítacích strojích je rychle řešit) přesné – vzniklo tímto způsobem i naše Slunce jako jedna z asi 150 miliard hvězd druhé generace v Galaxii. Není důvodu se domnívat, že by v jiných částech námi pozorovaného vesmíru probíhala tvorba hvězd odlišně, již proto ne, že samotné tvary galaxií se i při veškeré rozmanitosti ustavičně opakují, takže mohly být označeny astronomickými symboly, např. Sa, Sb, Sc atd. O množství galaxií si nelze učinit názornou představu; tak velká čísla se vymykají pochopení. Nejslabších objektů, které lze na obloze zaznamenat největšími dalekohledy světa, je několik miliard, a mezi nimi naprostá většina galaxií.

S planetami je otázka složitější; nemáme totiž zatím (na rozdíl od hvězd) možnost vidět různá stadia vzniku planetárních systémů. Pravda – několik blízkých hvězd mění periodicky nepatrně svou polohu – až dosud to bylo zjištěno asi u šesti objektů – což může být způsobeno jen menšími tělesy, obíhajícími kolem centrální hvězdy a posunujícími těžiště soustavy. U hvězdy 61 Cygni je předpokládaná velikost tohoto tělesa, temné družice, řádově alespoň poněkud shodná s našimi představami o planetách: je totiž jen (!) asi osmkrát hmotnější než obr sluneční soustavy Jupiter, který je sám považován za objekt dosti blízký hvězdě.

Podle údajů nejnovějších pramenů je možné, že Barnardova hvězda, zvaná podle své absolutní rychlosti „šipka“, má dokonce průvodce hmotnosti 0,89 až 1,26 hmotnosti Jupitera. Průvodci ostatních zmíněných hvězd jsou desetkrát nebo stokrát hmotnější a zcela zjevně se pojmu „planeta“ vymykají. Vždyť astronomie dnes už zná řadu složek dvojhvězd, které jsou skutečnými hvězdami, ačkoli jejich hmota nedosahuje ani desetinásobku hmoty Jupitera.

To, co bylo právě řečeno, ovšem není vyvrácením nebo popřením mnohosti planetárních systémů ve vesmíru. Vždyť oblast v podobě koule o poloměru pěti parseků (pc = 3,262 světelných roků) kolem Slunce, kde bylo nalezeno a zcela nepochybně prokázáno šest hvězd s temnými průvodci, obsahuje celkem 53 hvězd. Vznik planet kolem hvězd se rozhodně nezdá být tak vzácným, ojedinělým, nebo dokonce takřka neopakovatelným jevem, jak se nás snaží přesvědčit kdysi velmi populární teorie anglického astronoma Jamese Jeanse. Zjištění „vlnitého“ pohybu hvězd, jejichž planety by byly menší, méně hmotné než planeta při 61 Cygni, spektroskopické určení tohoto průvodce, a konečně fotometrické zjištění poklesu jasnosti hvězdy při přechodu temné planety před jejím kotoučem (možné pouze tehdy, byla-li by Země v rovině oběžné dráhy planety) jsou vesměs hudbou budoucnosti. Podstatně lepší situace nastane teprve po instalování velkých dalekohledů na umělých družicích nebo na Měsíci. Třímetrový teleskop v těchto ideálních pozorovacích podmínkách by měl zjistit planety asi u 80 hvězd do vzdálenosti třiceti světelných let od Země.

Musíme se zkrátka volky nevolky poohlédnout po nepřímých argumentech. Jeden z nich je skryt v podivném skoku točivosti některých typů hvězd. Jde v podstatě o pokus vysvětlit zajímavou skutečnost, objektivně zjištěnou díky teoretickým spektrografickým studiím Angličana Abneyho roku 1877 a praktickým pozorovacím výsledkům Američana O. L. Struva a sovětského hvězdáře G. A. Šajna roku 1928: rotační rychlosti hvězd jsou velmi rozdílné. Zatímco se naše Slunce na rovníku otáčí rychlostí jen asi 2 km/sec, jsou rotační rychlosti některých hvězd až třistakrát větší, dosahujíce hodnot celých stovek km/sec. Tyto rozdíly nejsou zřejmě nahodilé, a jak se zdá, souvisejí se spektrálním typem hvězd.

Snad jste si povšimli dvou použitých termínů: rotace a točivost. Zatímco pojem rotace je jasný (otáčení tělesa kolem vlastní osy), vyžaduje točivost malé vysvětlení. Točivost, nazývaná dříve momentem hybnosti, je jakousi „zásobou rotačního pohybu“ každé celé navenek izolované mechanické soustavy, např. gyrokompasu, mlýna nebo Slunce s planetární rodinou. V posledním případě, kde přirozeně platí zákon o zachování točivosti stejně jako ve všech případech ostatních, je točivost dána rotací Slunce i planet a jejich měsíců kolem vlastních os a oběžným pohybem planet s jejich družicemi kolem Slunce.

Jestliže zkoumáme podíl jednotlivých složek na točivosti celé sluneční soustavy, docházíme (opět jednou) k velmi překvapujícímu a „zdravému rozumu“ se takřka vymykajícímu závěru: ačkoli součet hmot planet představuje jen 1/700 hmoty Slunce, přesto plných 98 % celkové točivosti sluneční soustavy souvisí s oběhem planet a pouhá 2 % s rotací Slunce. Rotace planet samotných je vzhledem k jejich relativně malým hmotám a poloměrům téměř opominutelná, což platí i o družicích planet. Protože se v izolované soustavě musí točivost zachovat, zrychlila by se v případě splynutí planet se Sluncem rotační rychlost Slunce padesátkrát – z 2 % na 100 % – a činila by pak na slunečním rovníku asi 100 km/sec, tedy právě tolik, kolik bylo naměřeno u hvězd s větší hmotou a teplotou, než jaké mají hvězdy spektrálního typu F 2. Není těžké se domyslet, že se rotační rychlost Slunce, kdysi dost vysoká, prudce snížila o plných 98 %, když převážná část točivosti přešla na planety. A dále se zdá, že pomalé otáčení hvězd v tzv. hlavní posloupnosti, počínaje spektrální třídou F 2, otáčení, vznikající náhle, skokem, prudkým „zabrzděním“, je výsledkem vzniku planetárních soustav, které si přisvojily největší část točivosti.

Je to velmi silný argument nejen ve prospěch mnohosti plane­tárních soustav ve vesmíru, ale i pro zákonitost jejich vzniku kolem hvězd některých spektrálních typů v „nejlepším“ a „starším“ věku. Matematicky je způsob přenosu točivosti uspokojivě vysvětlen např. pracemi švédského astrofyzika Alfvéna, rozvinutými 1958 Hoylem. Stručně řečeno: podle jejich názorů se planety vytvořily z plynoprachové mlhoviny, jejíž jednotlivé cáry se pohybovaly různými rychlostmi, přičemž rozhodující vliv na ztrátu původní příliš velké točivosti (hvězda z takové mlhoviny vzniklá by na rovníku rotovala takřka rychlostí světla) i na další přenosy točivosti mělo magnetické pole, přejímající úlohu „hnacího řemene“ nebo „brzdy“.

Při kondenzaci původní mlhoviny na poměrně malý rozměr např. sluneční soustavy nastává náhlá ztráta rotační rychlosti hvězdy, ačkoli ještě nedlouho předtím („nedlouho“ je míněno v astronomické časové dimenzi) činila na rovníku několik set km/sec. I zde hrají svou úlohu magnetické siločáry, spojující plynoprachový prstenec, zvolna se vzdalující, s prahvězdou. Tento prstenec si po roztrhání na protoplanety odnese díky siločárám větší část točivosti celé soustavy. Takový proces může – podle Hoyla – nastat jen u chladnějších hvězd, což odpovídá i pozorování. Hoylova teorie vysvětluje tuto vlastnost chladnějších hvězd schopností pevně „zakotvit“ magnetické siločáry poměrně hluboko do zevních vrstev, bouřlivě zmítaných konvektivními proudy zčásti ionizovaných, zčásti neionizovaných plynů. K proudům těchto plynů se „přilepí“ siločáry. U dostatečně horkých hvězd je vodík ionizován až k povrchu, konvektivní proudy nevznikají a siločáry jsou „zakotvené“ příliš mělce, než aby mohly zprostředkovat úlohu „hnacího řemene“ mezi hvězdou a planetárním prstencem.

Hoylova hypotéza, jež by snad pro svou uzavřenost a shody s pozorováním zasluhovala spíše název teorie, není jediným pokusem o vysvětlení pozoruhodného snížení rotace některých spektrálních typů hvězd.

Vážnou námitkou proti Hoylově teorii je její neschopnost vysvětlit, jak se mohl z protoplanetárního prstence „vytřídit“ nadbytečný vodík a hélium, představující zcela jistě hlavní a nejpočetnější složky protohvězdných oblaků. Možná, že se to kdysi opravdu stalo. Jistým argumentem pro tento děj je skutečnost, že kdybychom k planetám sluneční soustavy dodali vodík a hélium v množství, přibližujícím jejich složení Slunce, vzrostla by celková hmota planet nejméně desetkrát a dosáhla by 0,01 sluneční hmoty, což dobře odpovídá poměrům hmot již zmíněných blízkých hvězd a jejich obrovských neviditelných průvodců. Dosud ovšem není jasné, proč a jak tyto plyny z obrovských protoplanet unikly do mezihvězdného prostoru – přesto však Šklovskij, patrně v naději, že se hypotéza dnes či zítra zrodí, prohlásil: „Všechny výsledky pozorování nasvědčují současnému utvoření hvězd a jejich planet.“

Odpůrci tohoto názoru nestojí už na nesmiřitelně nepřátelských pozicích jako kdysi. Také oni až na nepatrné výjimky opustili představy o náhodném, katastrofickém vzniku planet sluneční soustavy a přijali názor, považující zrození planet za logickou součást hvězdného vývoje. Další shoda je i ve všeobecně přijatém názoru o akreci, tj. o stmelování rozptýlené hmoty, kupící se kolem hmotnějších částic a dávající tak posléze vzniknout tzv. planetesimálům, protoplanetám.

Rozpory se počíhají objevovat současně se zkoumáním rozložení prvků v různých tělesech naší sluneční soustavy: Země, meteoritů, které na ni dopadají, i (spektroskopicky) samého Slunce. Díky úspěchům kosmonautiky přibyl Měsíc, z mnoha důvodů zajímavý a snad dokonce klíčový.

Již zběžný pohled na tabulku jednotlivých prvků v uvedených tělesech dokazuje, že zatímco Země, Měsíc a meteority mají složení velmi podobné, je 4 rozložení těžkých prvků na Slunci podstatně jiné. Rozšíříme-li tento poznatek na celou sluneční soustavu, do­jdeme nepochybně k názoru, že planety, jejich měsíce a meteority (pokládané za zbytky rozpadlých planetek) vznikly z jiného materiálu než Slunce.

Američané Suess a Urey se snažili rozpor vysvětlit a překlenout – bez valného výsledku. Jen jejich oponent, další Američan Cameron, nadhodil možnost úniku některých prvků (např. Cr, Fe, Cu, In, Pb) z planet na Slunce, a to nejspíše díky jejich ionizaci v době, kdy prahmota sluneční soustavy byla většinou plynná a žhavá, a díky působení slunečního magnetického pole. Na řešení reálnosti jeho vývodů však dosud astrofyzika nestačí.

Zřejmě nadějnějším východiskem z rozpaků bude kombinování závěrů o možnostech vzniku jednotlivých těles sluneční soustavy, zejména planet, se zjištěným stářím. Můžeme tak učinit díky velmi spolehlivé metodě měření radioaktivity, do jejíž podrobnosti nemůžeme zacházet.

Pro nejstarší části zemské kůry bylo naměřeno stáří asi 3,5 miliardy let (podle některých sovětských pramenů 4,5 miliardy), což ovšem představuje stáří planety již uspořádané, s pevnou kůrou, a tedy značně časově vzdálené od zrození v podobě planetesimálu, protoplanetárního oblaku. Spolehlivější údaje o vzniku planetárního systému by měly poskytnout meteority. Jestliže skutečně vznikly rozpadem planetek, a tedy těles podstatně menších než např. Země (a nikoli rozpadem jediné velké planety, hypotetické, avšak některými astronomy dokonce nazvané Faethon), neabsolvovaly patrně tak dlouhou a bouřlivou řadu termických a tektonických přeměn. A vskutku: proměření radioaktivity udává pro meteority stáří 4,5 miliardy let, což je doba velmi blízká předpokládanému vzniku celé naší planetární soustavy, o 0,1 miliardy let mladší Slunce.

Tato tělesa naznačují svou skladbou (poměrem prvků), že vznikla po zrození Slunce nejen z protohvězdného oblaku, ale i z jiného materiálu, obohaceného množstvím těžkých prvků, vznikajících syntézou vodíkových a héliových atomových jader toliko při obrovských tlacích a teplotách řádu miliard K. Takové podmínky může – podle úrovně našich dnešních poznatků – poskytnout pouze jeden jediný kosmický děj: výbuch supernovy. Při této katastrofě dochází na několik dní ke zvýšení svítivosti hvězdy až stomiliónkrát a supernova někdy alespoň po krátkou dobu vysílá více světla než celá galaxie.

Není proto divu, že v naší Galaxii je každý výbuch supernovy – dochází k němu přibližně jednou za sto let – velmi nápadným a nepřehlédnutelným divadlem, o čemž nás přesvědčují staré kroniky a mnohá pozorování. Poměrně jednoduchým výpočtem zjistíme, že za celé dějiny Země bylo Slunce už několikrát blíže než 10 parseků od vybuchnuvší supernovy. Předpokládané množství blízkých „exsupernov“ je zcela dostatečné pro vznik těžkých prvků planet v embryonální době pro planety naší soustavy. Difúzní mlhovina, produkt výbuchu supernovy se šíří do prostoru počáteční rychlostí asi 1000 km/sec, což je i ve vesmírných měřítkách imponující. Vláknité mlhoviny v souhvězdí Labutě se dnes už sice pohybují „jen“ rychlostí 10 až 20 km/sec, šířka jednotlivých „vláken“ však více než desetinásobně převyšuje průměr celé naší sluneční soustavy a vlákna poskytují dost hmoty pro vznik planetárních systémů, i když patrně ne hvězd, jak se podle řetězů kondenzací domnívají Fesenkov s Rožnovským.

Jak je zřejmé, představuje tento kosmogonický názor, respektující chemické složení Slunce a planet a jejich rozdíly, toliko opravenou variantu názoru, že planety nevznikají současně s hvězdami z téhož materiálu, ale po vzniku hvězd a převážně z difúzních mlhovin, odmrštěných do světového prostoru výbuchem supernov. Chronologické údaje se zdají přitakat druhé teorii tím spíše, že radiologické analýzy určily poměrně přesně (zjišťováním izotopů, zejména 129 Xe a 129 J) dobu, jež uplynula mezi vznikem prvků sluneční soustavy a jejich uzavřením ve hmotě planetek, příštích meteoritů. Je to doba poměrně krátká – asi 300 miliónů let. O ně jsme se sice přiblížili předpokládanému datu zrození Slunce, zůstává však stále propast ¾ miliardy let, kdy již Slunce „bylo na světě“, avšak pro planetární soustavu nebyly k dispozici ani základní stavební kameny, atomy těžkých prvků.

Na závěr kapitoly, obírající se pro laika sice poněkud suchopárnými, pro astronoma však vzrušujícími a pro další vývody knihy nezbytnými problémy, můžeme tedy shrnout: naše Slunce je zcela průměrná hvězda, procházející pravidelnými a zákonitými proměnami, vlastními nespočetným hvězdám naší Galaxie, a pokud můžeme soudit a pokud současné kosmogonické teorie nejsou v příkrém rozporu se skutečností, vlastními i hvězdám v celém vesmíru, dostupném našemu pozorování. K těmto zákonitým procesům náleží, alespoň pro jistý typ hvězd, vytvoření planetárního systému. Vzhledem k neustálému opakování se podmínek, nutných ke vzniku planetárních systémů (ať již jsme zastánci kterékoli teorie s výjimkou teorií katastrofických), lze očekávat, že se v naší Galaxii a v celém vesmíru v minulosti vytvořilo, snad dokonce i tvoří a ještě bude vytvořeno nepředstavitelné množství, pro Galaxii řádově miliardy (nejméně), pro pozorovatelný vesmír trilióny planetárních soustav, z nichž mnohé nepochybně poskytují podmínky velice podobné podmínkám sluneční soustavy a tím i naší Země.