Merkury, Wenus, Ziemia, Mars, Jowisz, Saturn, Uran, Neptun. Planety Układu Słonecznego wyliczają już przedszkolaki. Ale dla naukowców wciąż nie jest do końca jasne: jak wyglądał proces ich powstawania? Jak to się dzieje w innych układach planetarnych?  Opowiada nam o tym dr Joanna Drążkowska, astrofizyczka, która w Instytucie Badań Układu Słonecznego Maxa Plancka w Getyndze zajmuje się właśnie tym zagadnieniem.

– Na początku był obłok molekularny, czyli po prostu materia, która wypełniała przestrzeń międzygwiazdową w naszej galaktyce – opowiada dr Drążkowska. Ziarenka pyłu w takich obłokach są maleńkie, mikrometrowe. Mogą zlepiać się w agregaty pyłowe (tzw. pebbles, kamyczki), niewielkie, zaledwie parucentymetrowe. W pewnych warunkach takie agregaty zbierają się i tworzą grawitacyjnie związane chmury, które zapadają się potem do planetozymali, niedużych (do 100 km średnicy) obiektów, przekształcających się następnie w planety. Brzmi prosto, ale ten proces do dziś zawiera mnóstwo niewiadomych i jest przedmiotem intensywnych badań.

W przypadku Słońca ok. 4,5 miliarda lat temu ta materia zaczęła się zapadać pod wpływem własnej grawitacji. W pobliżu musiało się wydarzyć coś gwałtownego, by obłok materii międzygwiazdowej drgnął i zaczął się zapadać. Astrofizycy obstawiają, że mógł to być wybuch pobliskiej supernowej. Coraz mniejszy obłok zaczął coraz szybciej krążyć wokół własnej osi i stworzył dysk akrecyjny, z którego elementów powstały planety i inne elementy Układu Słonecznego. Naukowcy są niemal pewni, że Jowisz powstał jako pierwszy. – Jowisz i Saturn były potrzebne, by napędzać zderzenia planetozymali bliżej Słońca – wyjaśnia dr Drążkowska. Ich grawitacja wpływała na orbity planetozymali, dzięki czemu mogły powstać planety tak masywne jak nasza Ziemia. Jowisz przydaje się nam do dzisiaj: chroni wewnętrzny Układ Słoneczny przed pierwiastkami z zewnątrz. Dzięki niemu na Ziemi jest na przykład w sam raz wody do życia – pierwiastki z kosmosu mogłyby sprawić, że byłoby jej za dużo.

Wiemy, że ponad połowa gwiazd ma jakieś planety, układy podobne do naszego zdarzają się dość często. Naukowcy wciąż szukają innej planety typu ziemskiego. – Najbardziej popularnym typem planety w naszej galaktyce jest coś, czego my nie mamy w naszym Układzie Słonecznym, czyli planety typu super-Ziemia i mini-Neptun – opowiada astrofizyczka. To planety o masie pomiędzy Ziemią a Neptunem, z gęstszą atmosferą. Niewykluczone, że na nich też może być życie. Jak mówi dr Drążkowska, wśród naukowców panują nastroje, że ślady istnienia życia pozaziemskiego możemy znaleźć w ciągu 5-10 najbliższych lat! Wskazówką będą konkretne pierwiastki w atmosferze: życie zmienia jej skład, tak jak na Ziemi.

W odcinku posłuchacie też o cennych informacjach pochodzących z badania meteorytów, jak badać planety bez pobierania z nich próbek oraz dlaczego Merkury jest taki gęsty, a Mars ma rzadką atmosferę.

 

TRANSKRYPCJA

Karolina Głowacka: Radio Naukowe w podróży. Jest ze mną doktor Joanna Drążkowska. Dzień dobry.

 

Joanna Drążkowska: Dzień dobry.

 

K.G.: Z Instytutu Badań Układu Słonecznego Maxa Plancka w Getyndze – ale akurat do Getyngi jeszcze nie dojechałam z podróżami Radia Naukowego, jesteśmy we Wrocławiu. Bardzo się cieszę na tę rozmowę, bo muszę też przyznać, że miałam cię na oku już od dłuższego czasu, więc cudownie. Chciałabym poprosić o nakreślenie życiorysu naszego Układu Słonecznego, układu planetarnego i oczywiście na jakiej podstawie astronomowie mogą mówić te wszystkie rzeczy, rekonstruować historię Układu Słonecznego, prognozować w jakiś sposób przyszłość. No bo w końcu jest to podcast o tym, co wiemy i skąd to wiemy. A zatem na początku był pył?

 

J.D.: Na początku był obłok molekularny, czyli taka materia, która wypełnia przestrzeń międzygwiazdową w naszej galaktyce i z jakiegoś nie do końca znanego powodu około czterech i pół miliarda lat temu ten obłok zaczął się zapadać pod wpływem własnej grawitacji. Domyślamy się, wiemy prawie na pewno, że obłok międzygwiazdowy miał jakiś moment pędu, jak to mówią naukowcy, czyli po prostu się obracał. Obracał się raczej bardzo powoli, czyli zrobił może jeden obrót w czasie całego swojego życia, ale przez to, że takie obłoki są dość duże – mają kilka lat świetlnych wielkości – to tego momentu pędu było na tyle dużo, że jak obłok się zapadał, to zaczął się też obracać wokół własnej osi szybciej i szybciej. Można to porównać do łyżwiarzy figurowych – kiedy chcą się szybko obracać, to przyciągają do siebie ręce, czyli zmniejszają tę swoją objętość, i tak samo się stało tutaj. Moment pędu spowodował, że ta materia już nie mogła spaść bezpośrednio na tworzące się Słońce, tylko kilka procent tego obłoku musiało uformować dysk akrecyjny wokół Słońca. Nazywamy takie dyski dyskami protoplanetarnymi albo wokółgwiazdowymi, a czasami kiedy mówimy specyficznie o tym dysku, z którego się uformował Układ Słoneczny, mówimy, że była to jakaś mgławica słoneczna – nie wiem do końca, jak to się tłumaczy na polski, ale po angielsku mówi się solar nebula. [śmiech] I to był właśnie ten zaczątek Układu Słonecznego. W środku formowało się Słońce, wokół niego została materia, ten dysk się składał – tak jak cały ośrodek międzygwiazdowy – mniej więcej, w dziewięćdziesięciu dziewięciu procentach z gazu wodorowo-helowego i w jednym procencie z cięższych pierwiastków. Przez to, że w tej przestrzeni międzygwiazdowej jest dość chłodno – są tam temperatury rzędu dziesięciu, dwudziestu kelwinów – te wszystkie cięższe pierwiastki po prostu utworzyły ziarenka pyłu i to jest też analogiczne do tego, dlaczego w zimie w chmurach tworzą się płatki śniegu z pary wodnej.

 

K.G.: Zróbmy tutaj chwilę przerwy, bo chciałabym jeszcze zrozumieć ten samiuteńki początek. Powiedziałaś, że nie do końca wiemy, dlaczego on się zaczął zapadać. Moja intuicja była taka, że to jest raczej dość normalne w przypadku takich dysków. To znaczy, zawsze mamy jakąś grudkę grawitacji i wystarczy, że choć trochę mamy to zaburzenie i to już potem leci jak kula śnieżna.

 

J.D.: Tak. Coś musi wytrącić z równowagi taki obłok materii międzygwiazdowej. Mamy też pewne podstawy, żeby uważać, że to mógł być np. wybuch supernowej gdzieś w miarę w pobliżu tego miejsca, gdzie się uformował Układ Słoneczny. Natomiast, żeby być całkowicie uczciwym, to tego nie wiemy i nie jesteśmy w stanie w tym momencie zrekonstruować tej historii aż tak daleko, te cztery i pół miliarda lat wstecz. 

 

K.G.: Na szczęście doszło do jakiegoś lekkiego zaburzenia i potem to już idzie. Czyli rozumiem, że jesteśmy na takim etapie, że mamy to tworzące się Słońce. Ono już się świeci, już się zapaliło?

 

J.D.: Tak.

 

K.G.: I dopiero teraz mamy dookoła ten pył.

 

J.D.: Tak, mamy dysk gazowo-pyłowy. Ma on masę może kilku procent masy tego Słońca, które się tworzy w środku. Z tych kilku procentów masy Słońca mamy tylko jeden procent tych wszystkich cięższych pierwiastków od helu i z tego jednego procenta muszą się utworzyć wszystkie jądra skalistych planet. I to jest właśnie ta cała tajemnica, której badaniem się zajmuję. 

 

K.G.: To znaczy?

 

J.D.: Jak dokładnie się to wszystko stało. Bo my tego nie potrafimy zrekonstruować aż tak bardzo wstecz, tej całej historii. Obserwacyjnie mamy obecnie dostęp do takich dysków wokółgwiazdowych wokół innych gwiazd w pobliżu Słońca, które się jednak uformowały dużo później. Minęło już cztery i pół miliarda lat, galaktyka się troszkę w tym czasie zmieniła i mamy też dostęp do tego, co potem wychodzi, czyli do różnych układów planetarnych, bo teraz obecnie jest wielka rewolucja – wiemy, że są też inne układy planetarne, nie tylko Układ Słoneczny. 

 

K.G.: O te szczegóły będę cię jeszcze wypytywać, natomiast spróbujmy dociągnąć tę historię do współczesności, na tyle, na ile mniej więcej wiemy. Czyli zanim powstała Ziemia taka, jaka jest, mieliśmy planetozymale?

 

J.D.: Najpierw mieliśmy pył. Te ziarnka pyłu mają rozmiaru rzędu mikrometrów, czyli są naprawdę malutkie, mniejsze od naszych włosów, i muszą się zlepiać. Na szczęście gęstość tego dysku jest oczywiście dużo wyższa niż gęstość ośrodka międzygwiazdowego, z którego ten dysk się utworzył. Przez to, że był ten początkowy moment pędu, ten dysk się rzeczywiście obraca wokół tego Słońca, i to też napędza zderzenia pomiędzy tymi ziarenkami pyłu. Więc mamy po prostu możliwość, żeby one się zlepiały razem. Obecnie myślimy, że ten proces zlepiania ziarenek pyłu zatrzymuje się mniej więcej na takich agregatach pyłowych około centymetrów i nie może iść dalej. Wiemy to pośrednio z obserwacji dysków protoplanetarnych wokół innych gwiazd, ale też z eksperymentów laboratoryjnych. Są laboratoria głównie w Niemczech, które próbują odtworzyć w mikroskali w laboratorium, w komorach próżniowych warunki, jakie były w tym dysku. Bo jednak taka gęstość dysku, mimo że jak na warunki kosmiczne wydaje się dość gęsta, to na warunki ziemskie jest to mniej więcej próżnia, taka najlepsza, jaką się da wytworzyć w laboratorium. No i oni właśnie wrzucają tam takie ziarenka pyłu i próbują zrobić tak, żeby te ziarenka rzeczywiście się zderzały z takimi prędkościami, jakie przewidujemy w naszych modelach dla dysków protoplanetarnych. Niestety wychodzi im, że jak te agregaty pyłowe mniej więcej osiągają rozmiary centymetrów, to te prędkości, jakie przewidujemy, które są rzędu metrów na sekundę, już nie prowadzą do dalszego zlepiania się agregatów, tylko do ich rozpadania się. To są już po prostu zbyt szybkie zderzenia. Wiemy, że jeśli rzucamy śnieżką w jakąś ścianę, to ona się raczej rozpadnie. Wydaje się nam obecnie, że w tych dyskach protoplanetarnych też to tak wygląda, że po prostu dorastają te agregaty pyłowe do takich rozmiarów mniej więcej centymetrów. W astrofizyce my sobie wymyśliliśmy, że nazwiemy je pebbles, czyli takie kamyczki. Ale nie definiujemy tego po rozmiarze, tylko bardziej po tym, jaką mają interakcję z gazem. Czyli czy są w stanie trochę się uniezależnić od tego dysku wodorowo-helowego i poruszać się z nieco inną prędkością względem tego gazu. Jest to nam potrzebne po to, żeby mogły się one skupiać w gęstsze rejony. Obecnie dominująca teoria tworzenia się grawitacyjnie związanych zalążków planet, które nazywają się planetozymalami, jest taka, że te kamyczki znajdują sobie miejsca, gdzie jest ich więcej, mamy takie zgrubienia grawitacyjne i one mogą w procesie, który się nazywa niestabilnością strumieniową, utworzyć już grawitacyjnie związane chmury tych kamyczków, które – tak jak obłok materii międzygwiazdowej się zapadł do gwiazdy i dysku – będą się zapadać do planetozymali. Odkrycia ostatnich lat w eksploracji Układu Słonecznego poniekąd to potwierdziły, bo okazało się, że te planetozymale, które nie trafiły do żadnej planety, zostały jako takie odpadki po procesie formowania się planet. Stąd właśnie mamy np. pas asteroid między Marsem a Jowiszem, różne grupy takich małych ciał, które są np. na tej samej orbicie co Jowisz, czyli takie asteroidy trojańskie. Mamy też najcenniejszy dla nas pas za orbitą Neptuna, tzw. pas Kuipera albo po prostu obiekty transneptunowe. Jest on najcenniejszy dlatego, że pas asteroid miał bardzo dużo zderzeń i asteroidy, które tam są, straciły to, jak wyglądały oryginalnie te cztery i pół miliarda lat temu. Natomiast myślimy, że ten pas obiektów transneptunowych nie miał tam aż tylu zderzeń. Misja New Horizons dotarła kilka lat temu do Plutona i do jednego z obiektów transneptunowych, który się nazywa Arrokoth, i okazało się, że jest tam bardzo dużo asteroid podwójnych. Czasami są one ze sobą w kontakcie – np. ten Arrokoth wygląda tak, że są to po prostu dwa planetozymale, które się ze sobą zlepiły – a czasami są naprawdę podwójne krążące wokół wspólnego środka masy.

 

K.G.: Bo te planetozymale nie były jeszcze duże, prawda?

 

J.D.: Mają mniej więcej między jeden a sto kilometrów średnicy. 

 

K.G.: I co, zderzały się ze sobą, aż osiągały takie masy, że zaczęła się grawitacyjna kulistość? 

 

J.D.: Grawitacyjna kulistość zaczyna się jeszcze kilka rzędów wielkości w masie później, bo to musi być mniej więcej tysiąc kilometrów średnicy rzędu największego obiektu w pasie asteroid, czyli Ceres. Jest on kulisty dlatego, że ma wystarczająco własnej grawitacji, natomiast te planetozymale, które są dla nas najcenniejsze, bo wyglądają tak, jak wyglądały, wyglądają jak takie spłaszczone naleśniki. I to też przewiduje ta teoria ich powstawania w niestabilności strumieniowej. One będą tak wyglądały dlatego, że powstały z zapadnięcia się obłoku tych kamyczków. Dokładnie tak jak dysk akrecyjny jest płaski, tak samo te planetozymale też powinny tak wyglądać. I rzeczywiście, ostatnie lata pokazują, że często właśnie tak wyglądają.

 

K.G.: Ale czy te planetozymale, te naleśniki się tak często ze sobą zderzały, że sklejały się ze sobą? 

 

J.D.: To jest moment, w którym rozjeżdżają się klasyczna i obecna teoria powstawania planet. W klasycznej nie wiedziano jeszcze o niestabilności strumieniowej i nie potrafiono sobie poradzić z problemem, że te agregaty pływowe nie chcą rosnąć do planetozymali. Znano wtedy tylko Układ Słoneczny, wiedziano, że każda przestrzeń w tym układzie między planetami jest wypełniona tymi odpadkami, czyli pozostałościami planetozymali, więc zrobiono takie założenie, że był jakiś proces formowania się planetozymali, który był bardzo wydajny, i po prostu praktycznie cały pył w dysku wokółsłonecznym był związany w te planetozymale, więc one wypełniały równiutko cały dysk i dalszy wzrost planet wiązał się z tym, że te planetozymale się ze sobą zderzały. 

Były tam duże problemy, w tej klasycznej teorii powstawania planet, i największym było to, że to zajmowało zbyt długo. Utworzenie jądra Jowisza, które mogłoby przyciągnąć taką ilość tego gazu wodorowo-helowego, jaką rzeczywiście ma Jowisz, czyli około trzystu mas Ziemi, zajmowało to co najmniej dziesięć milionów lat. A wiedziano też już wtedy, że dyski wokółgwiazdowe nie żyją tyle czasu, bo z obserwacji gwiazd, które widzimy teraz na niebie w obszarach ich formowania, wiadomo, że tylko dyski wokółgwiazdowe żyją kilka milionów lat. Więc był taki problem, ale trochę zamiatano to pod dywan przez to, że Układ Słoneczny był jedynym, który znano, więc wydawało się, że może był to jakiś przypadek, może jakiś bardzo mało prawdopodobny proces, który zaszedł, i nie musimy się przejmować tym, że ten model nie do końca działa. 

Natomiast obecnie, kiedy wiemy już, że raczej jest to dość częsty proces, zaszła pewna rewizja tego modelu powstawania planet i obecnie dominującą teorią powstawania przynajmniej tych gazowych olbrzymów jest to, że niektóre z planetozymali albo się rodzą już na tyle duże – bo z tych modeli niestabilności strumieniowej wychodzi, że może tak być, że największy planetozymal będzie mieć może pięćset kilometrów – że one mogą bezpośrednio akreować te agregaty pyłowe. I to jest dużo szybszy proces. Bo kiedy jeszcze mamy dysk wodorowo-helowy, to interakcja agregatów pyłowych z tym dyskiem, kiedy przelatują wokół takiego masywnego planetozymala, prowadzi do tego, że one mogą po prostu opaść, zostać związane z tym jądrem planetarnym albo planetozymalem i dodać do jego masy. Ten proces jest bardziej wydajny i szybszy, jeśli chodzi o formowanie jąder planetarnych, niż ta klasyczna teoria, w której cała masa tego pyłu była szybko związana w planetozymale, i one miałyby się zderzać. Jest to mało wydajne dlatego, że kiedy taki masywny planetozymal przelatuje koło jądra planetarnego, które też już jest masywne, jest bardzo prawdopodobne, że to bliskie przejście doprowadzi raczej do wyrzucenia planetozymala, zmiany jego orbity niż do tego, że on rzeczywiście spadnie na to jądro. 

 

K.G.: Ależ skomplikowałaś mi ten obraz. Bo wydawało mi się, że no dobra, jeden kamyczek z drugim się zderza, zlepia się to i rośnie do jakichś znanych nam rozmiarów. A jakbym zapytała np., co było pierwsze, Jowisz czy Ziemia, to znamy odpowiedź? 

 

J.D.: Tak na sto procent nie wiemy, ale na dziewięćdziesiąt dziewięć procent Jowisz. Myślę, że większość moich kolegów się ze mną zgodzi, że musiał on być pierwszą planetą w Układzie Słonecznym dlatego, że musiał się uformować na tyle szybko, że zdążył zebrać te mniej więcej trzysta mas Ziemi w gazie wodorowo-helowym, który żyje tylko przez kilka milionów lat. Dlatego jego jądro musiało się szybko uformować. Drugą przyczyną jest to, że wszystkie klasyczne modele formowania się Ziemi i planet, które są blisko niej, zakładały, że Jowisz i Saturn już tam są. Jowisz i Saturn były potrzebne do tego, żeby napędzać zderzenia tych planetozymali bliżej Słońca. Przez oddziaływanie grawitacyjne tak masywnych planet można zmieniać dość łatwo orbity planetozymali, tych takich jąder planetarnych. Jest to potrzebne dlatego, że w klasycznej teorii nie ma wystarczająco masy w tym rejonie, gdzie ma się uformować Ziemia, żeby powstały takie masywne planety jak Ziemia. Ta klasyczna teoria raczej przewidywała, że może te planetozymale dadzą radę dorosnąć mniej więcej do rozmiaru Marsa, który jest mniej więcej dziesięć razy mniej masywny niż Ziemia, i potem już naprawdę trzeba nimi mocno mieszać, żeby one się chciały ciągle zderzać i rosnąć do jeszcze większych planet.

 

K.G.: I tymi mieszającymi mieliby być Saturn z Jowiszem? Bo słyszałam o takim zjawisku rezonansu orbitalnego, czyli pewnej koordynacji ich orbit, które powodują jakieś takie zamieszanie grawitacyjne.

 

J.D.: Te rezonanse są bardzo ciekawe, bo póki żyje ten dysk wodorowo-helowy, takie masywne planety jak jądro Jowisza, które ma już może kilkadziesiąt mas Ziemi, przez oddziaływanie grawitacyjne z dyskiem mogą się po prostu przesuwać w tym dysku i to zjawisko się nazywa migracją planetarną. I jeśli mamy więcej niż jedną planetę, to taka migracja planetarna bardzo często będzie prowadziła właśnie do powstania tzw. rezonansów. W rezonansie planetarnym chodzi o to, że okres orbitalny tej dalszej planety będzie jakąś wielokrotnością okresu orbitalnego tej bliższej planety. W przypadku Jowisza i Saturna zazwyczaj mówi się o rezonansie jeden do dwóch, czyli że po prostu orbita Saturna zajmuje dwa razy dłużej niż orbita Jowisza. Te rezonanse mają taką moc, że modyfikują wtedy tę migrację planetarną i mogą ją np. zatrzymać albo odwrócić jej kierunek. Spekuluje się – i bardzo często wychodzi to w modelach – że właśnie taki rezonans między Jowiszem a Saturnem ochroniłby Jowisza przed przesunięciem się bardzo blisko Słońca i zostaniem gorącym Jowiszem. A takie gorące Jowisze widzimy właśnie wokół innych gwiazd. Nie są one może bardzo częste, ale przez to, że łatwo je wykryć, widzimy ich dużo. Jednym z wytłumaczeń tego, dlaczego w Układzie Słonecznym Jowisz został tam, gdzie jest, jest to, że Saturn po prostu go dogonił, związał się w nim w tym rezonansie i ta migracja planetarna nie poszła dalej. Natomiast rezonanse są też bardzo niebezpieczne dlatego, że kiedy ten dysk wodorowo-helowy zniknie, to taki układ planetarny w rezonansie, jeśli mówimy o masywnych planetach, staje się niestabilny. I rzeczywiście, dominująca teoria powstania Układu Słonecznego nazywa się modelem nicejskim i jest taka, że Jowisz, Saturn, Uran i Neptun były dużo bliżej siebie, niż obecnie są. Neptun był na może piętnastu, siedemnastu jednostkach astronomicznych, a teraz jest na trzydziestu.

 

K.G.: Jednostka astronomiczna to średnia odległość Ziemi od Słońca.

 

J.D.: Tak. Ten model nicejski przewiduje, że planety były w tym rezonansie, dysk wodorowo-helowy zniknął i ten rezonans stał się niestabilny, doszło do dużej niestabilności, która odepchnęła te planety od siebie, i to tłumaczy, dlaczego obecnie planety w Układzie Słonecznym nie są w rezonansie, a według tych przewidywań migracji planetarnej powinny być. Model nicejski, teoria niestabilności grawitacyjnej między tymi masywnymi planetami też tłumaczy inne rzeczy, m.in. dlaczego jest tak dużo kraterów np. na Księżycu, Marsie, Merkurym. Dlatego, że podczas takiej niestabilności te wszystkie odpadki, te pozostałe planetozymale też dostałyby bardzo dużo energii, zmieniłyby swoje orbity na takie, które by się wtedy przecinały z wewnętrzną częścią Układu Słonecznego. Ta teoria tłumaczy też np., dlaczego są dwie populacje obiektów transneptunowych, które są obserwowane. Jedna, która tworzy taki bardzo płaski i spokojny dysk, a druga, która tworzy trochę wzburzony dysk, czyli jakby patrzeć z boku, dużo grubszy. I co ciekawe, te dwie populacje mają inne kolory powierzchni. Czyli wydaje się, że się po prostu uformowały w innych miejscach, więc ta populacja, która jest wzburzona, według nicejskiego modelu uformowałaby się dużo bliżej Słońca, ale właśnie podczas tej niestabilności zostałaby tam wyrzucona na obrzeża Układu Słonecznego.

 

K.G.: Mamy się niepokoić w bliższej czy dalszej perspektywie, że może znowu dojść do takiego rezonansu i zacznie nami bujać? 

 

J.D.: Nie. Wszystkie modele, które widziałam, wszystkie publikacje na ten temat, kiedy się wkłada obecny Układ Słoneczny do modeli numerycznych i sprawdza, co będzie za kolejne cztery i pół miliarda lat, przewidują, że Układ Słoneczny jest stabilny. 

 

K.G.: Tylko Słońce rośnie, to jest trochę problematyczne.

 

J.D.: Tak, zaburzy go albo śmierć Słońca, albo jeśli zdarzyłoby się, że jakaś inna gwiazda np. gdzieś przejdzie w jakiejś bliższej odległości i zaburzy tę stabilność.

 

K.G.: Są takie gwiazdy, które tak sobie podróżują?

 

J.D.: Nie znamy żadnej, która by miała dotrzeć, ale nigdy nie wiadomo.

 

K.G.: Powiedz, czym dokładnie się zajmujesz w Instytucie Maxa Plancka. Bo myślałam, że zadam proste pytania, przejdziemy przez historię, a tu jest dużo różnych szczegółów. Duże znaczenie w twoich badaniach ma Jowisz, prawda?

 

J.D.: To też skomplikowane pytanie, bo teraz od jakiegoś czasu mam swoją grupę badawczą i każda osoba zajmuje się trochę czymś innym. Ja się zajmuję wszystkimi tymi rzeczami, koordynacją. Specjalizuję się w tworzeniu modeli numerycznych dotyczących dysków protoplanetarnych, koagulacji pyłu, powstawania planetozymali i tym, co się dzieje z nimi później, jak one rosną, jak mogą się formować planety. Są różne te modele numeryczne, więc jeśli bym miała wspomnieć mój jeden ulubiony, to są to modele, które się opierają na tzw. modelowaniu Monte Carlo. Wymyślił to Polak, Stanisław Ulan, kiedy pracował w Los Alamos. Chodzi o to, że próbuje się te wszystkie skomplikowane procesy fizyczne włożyć w jeden kod, ale tych cząstek pyłowych jest za dużo, żeby każdą tak dokładnie śledzić, więc wybiera się kilka, kilka tysięcy albo kilka milionów reprezentatywnych cząstek i losuje się jakieś liczby po to, żeby wybrać z możliwych scenariuszy, jakimi mogłaby podążać ta cząstka pyłu jeden, na którym teraz się skupimy, i robiąc to bardzo wiele razy, mamy pewną statystykę, która daje nam ogląd tego, co jest najbardziej prawdopodobne, co się mogło stać, jak te cząstki pyłu mogły rosnąć. 

Tym, co jest w tym instytucie dla mnie bardzo ciekawe i otworzyło kompletnie nowe horyzonty, jest moja współpraca z kosmochemikami, którzy zajmują się laboratoryjnymi badaniami materiałów z Układu Słonecznego, czyli głównie meteorytów. W moich badaniach traktujemy je po prostu jako cząstki tych planetozymali, które nie trafiły do żadnej planety, czasami spadają na Ziemię i zupełnie za darmo dostarczają próbki do badań. Jest to bardzo ważne, bo mamy bardzo mało misji ze zwrotem próbek, które dostarczają je do laboratoriów w sposób kontrolowany. Na początku naszej rozmowy wspomniałam, że mamy obserwacyjnie dostęp tylko do tych dysków wokółgwiazdowych, czyli możemy sobie obserwować ten pył, który jest wokół innych gwiazd, i mamy dostęp do wyniku tworzenia się planet, czyli jakiejś statystyki, jak wyglądają ogólnie układy planetarne. Ale wszystkie fazy pośrednie są kompletnie nieobserwowalne dla nas. I jedynym wyjątkiem są właśnie te asteroidy, komety, które pozostały w Układzie Słonecznym. Czyli de facto Układ Słoneczny jest naszym jedynym oknem na te pośrednie fazy formowania się planet i dlatego jest tak ważne, żeby współpracować z kosmochemikami, którzy się tymi badaniami zajmują. A niestety nie było historycznie tej współpracy. Studiowałam astronomię, potem robiłam doktorat w Instytucie Astrofizyki Teoretycznej w Heidelbergu i jest to, jak nazwa wskazuje, astrofizyka, badania teoretyczne. Natomiast koledzy i koleżanki, którzy się zajmują studiowaniem meteorytów, studiowali geologię, czyli przychodzą oni z zupełnie innej strony. Nie wiedzą nic o astrofizyce, a ja nie wiem nic o geologii. Więc próbujemy budować taką synergię tego, żeby nawzajem zrozumieć swoje potrzeby i rzeczywiście żeby te nasze modele astrofizyczne były w stanie jakoś nawiązać do badań laboratoryjnych meteorytów.

 

K.G.: Te meteoryty po zbadaniu przez kosmochemików są jakieś inne, szczególne? Czy w zasadzie ich skład chemiczny jest dość podobny? Co daje to tobie jako szukającej także tych namacalnych dowodów astrofizyczce bardziej w stronę teorii modelowania?

 

J.D.: Jest to bardzo bogate pytanie, bo informacji, jakie można wyciągnąć z tych meteorytów, jest naprawdę dużo. Tym, w czym się specjalizuje grupa kosmochemiczna w moim instytucie, są badania izotopowe. Można powiedzieć, że tak jak ludzie mają swój odcisk palca, meteoryty też mają swój, który im mówi bardzo dokładnie, skąd pochodzą. Wiemy stąd, że mierzymy obecnie z niesamowitą precyzją – bo to są precyzje rzędu jednego atomu na milion – różnice pomiędzy liczbą jakichś wybranych izotopów w tych różnych meteorytach. Są to wyniki z ostatnich może piętnastu lat. Okazało się, że jeśli zgrupujemy wszystkie meteoryty – a generalnie tych cząstek pojedynczych znanych obecnie meteorytów jest kilkadziesiąt tysięcy – to, z jakich ciał pochodzą, jakie reprezentują asteroidy, to jest mniej więcej ze sto pięćdziesiąt asteroid, z jakich mamy próbki, to wszystkie te meteoryty, jeśli narysować taki wykres, ile mają np. jakiegoś izotopu, chromu pięćdziesiąt cztery albo jakiegoś tytanu, grupują się w tylko dwie grupy. To jest właśnie tzw. dychotomia w meteorytach. Te grupy dostały swoje nazwy – jedna to carbonations, a druga non-carbonations. Jest to taka historyczna nazwa, że jedne mają bardzo mało węgla, a drugie więcej, natomiast nie do końca tak jest. Ale bardzo często w nauce jest tak, że jakieś historycznie nadane nazwy już zostają w użyciu.

 

K.G.: A potem publiczność jest skonfundowana. [śmiech]

 

J.D.: Tak, ale nie tylko publiczność, bo ja też byłam i czasami ciągle jestem, jak zaczęłam, się dowiadywać, uczyć o tym wszystkim. Bardzo wiele osób wierzy w to, że jest to odbicie tego, że Jowisz się tak szybko uformował i rozdzielił Układ Słoneczny na dwie części. W jednej, tej bliżej Słońca, powstała grupa, która ma mniej węgla, a na zewnątrz, po drugiej stronie Jowisza, patrząc od Ziemi, powstała grupa, która ma więcej węgla i więcej lżejszych związków chemicznych, np. wody. Bo ta grupa, która jest blisko Ziemi, praktycznie nie ma żadnej wody.

 

K.G.: To bardzo ciekawe, bo jak zaczęłaś o tym mówić, to byłam przekonana, że powiesz dokładnie na odwrót, bo jesteśmy tak przyzwyczajeni, że węgiel to my, woda to my, a tu w ogóle wszystko inaczej.

 

J.D.: Absolutnie niesamowite, ale Ziemia ma bardzo mało węgla. Ciała, z których te meteoryty pochodzą, czyli ich oryginalne asteroidy, które się rozpadły, i te cząstki spadły na Ziemię jako meteoryty, mają skład mniej więcej odzwierciedlający średni skład Słońca. Czyli gdyby wziąć cząstkę Słońca, to wiadomo, że odparowałyby wodór, hel i lżejsze pierwiastki, ale gdyby zrobić z nich meteoryt, to z tej grupy węglistych wyszłyby meteoryty, a te, które są bliżej Ziemi, mają bardzo mało węgla, i Ziemia ma mniej więcej między dwa a cztery rzędy wielkości mniej węgla, niż gdyby miała ten skład podobny do pierwotnego gazu słonecznego.

 

K.G.: A woda? Też chcielibyśmy, żeby było więcej wody. Została ona przyniesiona?

 

J.D.: Taka jest obecnie teoria, że woda została dostarczona głównie pod sam koniec formowania się Ziemi. Te planetozymale, które by zostały wyrzucone ze swoich orbit podczas niestabilności grawitacyjnej pomiędzy masywnymi planetami, byłyby tymi, które dostarczyły wodę i inne związki chemiczne na Ziemię. 

 

K.G.: Jeden z patronów, pan Mariusz, pisze: „Mówi się, że część wody na Ziemi jest starsza niż Słońce. Jak w ogóle się mierzy wiek wody? Jakimi drogami i na jakich etapach docierała ona na Ziemię?”. Czy możemy coś takiego powiedzieć, że woda jest starsza niż Słońce? Jak to określić? 

 

J.D.: Znowu wracamy do tych izotopowych badań, bo woda wodzie nierówna. Jest wodór i tlen, ale jest też cięższy izotop wodoru, czyli deuter, i taka ciężka woda żyje krótko. Gdyby była cały czas w tym miejscu, w którym jest Ziemia, wokół Słońca, to dla niej jest już za ciepło, rozpadłaby się. Niektórzy uważają, że cała ta ciężka woda, jaką mamy, musi pochodzić jeszcze z tej materii wokółgwiazdowej, która gdzieś się uchowała na obrzeżach dysku wokółsłonecznego, gdzie było po prostu wystarczająco chłodno. 

 

K.G.: Czyli pan Mariusz ma dobrą intuicję.

 

J.D.: Tak. W kometach widzi się, że są tzw. lody, związki lotne jeszcze z czasów przed powstaniem Słońca, czyli jeszcze z tej materii wokółgwiazdowej.

 

K.G.: Mówiłaś o tym, że meteoryty są świetnym prezentem dla badaczy dlatego, że spadają za darmo z nieba. Co prawda trzeba tam jeszcze dojechać i może nawet się do nich dopchać, żeby ktoś nie zdążył ich zabrać… [śmiech]

 

J.D.: Trzeba je znaleźć najlepiej jak najszybciej, żeby było jak najmniej interakcji pomiędzy tym meteorytem a atmosferą ziemską, bo to niestety dużo zmienia. Jeśli mówimy np. o badaniach tej pierwotnej wody w meteorytach, to one są niesamowicie ciężkie, bo wystarczy, żeby kilka dni ten meteoryt poleżał sobie na Ziemi, może jakiś deszcz na niego spadnie, zrobi się rosa i niestety już się zmienia skład wody.

 

K.G.: Ale to jest jakiś stały monitoring, że doskonale wiecie, gdzie spadają meteoryty?

 

J.D.: Są sieci bolidowe. W ogóle Polacy bardzo się w tym specjalizują. Jeśli jest taki jasny przelot jakiegoś większego ciała przez atmosferę ziemską, to jest to wykrywane i można bardzo szybko obliczyć, że jeśli coś z tego zostało, to gdzie by spadło. Ostatnio się tak stało np. w okolicy Berlina, gdzie zostało to szybko wykryte i też Polacy byli pierwszymi badaczami, którzy dojechali i znaleźli te cząstki. Mój instytut ma obecnie jakąś część tego i to bada.

 

K.G.: Są to darmowe próbki, ale wspomniałaś też o tym, że są jednak misje, które dostarczają je z przestrzeni kosmicznej. Jakie to misje?

 

J.D.: Były dwie misje japońskie – Hayabusa 1 i Hayabusa 2, próbki z dwóch asteroid bliskich Ziemi. Jedna misja amerykańska, która bardzo niedawno, bo chyba w październiku zeszłego roku zwróciła próbkę z asteroidy, która jest obecnie blisko Ziemi. Natomiast myślimy, że uformowała się dużo dalej, bo to jest też jedna z tych, które są bogate w węgiel. Była to misja, która się nazywa Osiris-Rex, mogliście o niej słyszeć. NASA oczywiście zrobiła transmisję na żywo z tego, jak ta próbka wróciła, potem jak ją zabrali do laboratorium, a potem przez kilka miesięcy nie mogli otworzyć tego pojemnika, w którym była, bo im się zacięły jakieś śruby i musieli opracować na nowo instrumenty, bo bardzo chcieli to otworzyć w takiej kontrolowanej atmosferze, zrobionej chyba tylko z azotu, żeby nie było tej interakcji między tlenem, który bardzo szybko reaguje z innymi pierwiastkami.

 

K.G.: Czyli nie, że po prostu młotkiem. [śmiech]

 

J.D.: Nie, nie. [śmiech] Założę się, że chcieliby to tak przyspieszyć, ale procedury w NASA są bardzo restrykcyjne, więc musiało to wszystko być certyfikowane i dopuszczone do użycia w takim bardzo czystym laboratorium w kontrolowanej atmosferze. Te misje są bardzo, bardzo trudne – zebranie materiału z takich asteroid, ciężko wylądować. Była też misja europejska Rosetta, która lądowała na komecie, i to lądowanie nie było do końca udane, bo jednak lądownik odbił się kilka razy i zatrzymał w miejscu, które nie było optymalne, nie było tam wystarczająco dużo światła słonecznego, więc działał krótko. Nie miał też możliwości zwrotu próbek, nie startował z tej komety. Te dwie ostatnie misje, czyli Osiris-Rex i Hayabusa 2, miały taki trochę system touch and go, że on tylko dotykał tej asteroidy i od razu odlatywał. Czyli jakby de facto nie lądował. 

 

K.G.: I nie musiał potem dzięki temu startować. Skoro meteoryty i tak spadają na Ziemię, to czy te misje dają coś więcej?

 

J.D.: Tak, absolutnie. Zwłaszcza ta misja Hayabusa 2 to było bardzo duże odkrycie. Ona chyba zwróciła tę próbkę jakoś na samym początku pandemii, więc były niesamowite cyrki. To była misja japońska, w Japonii jest bardzo ciężko wylądować, więc ona lądowała na pustyni w Australii, ale Australia miała bardzo restrykcyjne przepisy COVID-owe, więc ta cała drużyna, która była przyszykowana do tego, żeby odebrać tę próbkę, musiała tam lecieć kilka tygodni wcześniej, żeby przejść kwarantannę. I ostatecznie, patrząc na tę asteroidę, z której była pobrana próbka, spodziewano się, że ona będzie bardzo podobna do pewnej grupy meteorytów, jaką znamy. Po zbadaniu próbki okazało się, że jest jednak podobna do innej grupy meteorytów, tylko nie mogliśmy tego wiedzieć dlatego, że interakcja atmosfery ziemskiej z tymi meteorytami zmienia ich obraz, to, jak je widzimy, jaki mają kolor, i przez to założenia o tym, jak próbka z tej asteroidy będzie wyglądać, były błędne. Dało nam to bardzo dużo do myślenia o wartości tego, jak my w sposób kontrolowany, w naszych kontenerach, bez interakcji z atmosferą ziemską zwracamy te próbki. Są to jednak dużo, dużo cenniejsze próbki niż te z meteorytów.

 

K.G.: A ten Jowisz, który cały czas powraca w rozmowie? Na ile powinniśmy być mu wdzięczni, że istnieje? Bo zdaje się, że jest on niezłym ochroniarzem Ziemi.

 

J.D.: Wydaje się, że to, że Jowisz powstał tak szybko, poniekąd pozwoliło na ochronienie tego wewnętrznego Układu Słonecznego przed napływem materii z zewnętrznej części dysku, czyli być może np. ochroniło Ziemię przed tym, żeby miała za dużo tej wody. Bo planety, które są całe pokryte oceanem, mają zupełnie inny cykl tej wymiany węgla pomiędzy powierzchnią a atmosferą. Na Ziemi jest to bardzo ważne i teraz niestety w bardzo ciężki sposób dowiadujemy się, co się dzieje, jeśli zaburzymy te naturalne cykle – że będzie rosnąć np. ilość dwutlenku węgla w atmosferze, że to będzie zmieniało temperaturę na planecie itd. To są niesamowicie delikatne mechanizmy, które się wytworzyły.

 

K.G.: Bo są takie oceaniczne planety, tak?

 

J.D.: Prawdopodobnie. Niestety obecnie, jeśli mówimy o egzoplanetach, to wiemy, że istnieją pośrednio. Nie mamy ich zdjęć. My tylko mierzymy pośrednio ich rozmiar i odległość wokół gwiazdy, którą znamy dzięki temu, że okres orbitalny koreluje się z odległością od gwiazdy. Więc mam informacje o rozmiarze i o tym, jak daleko one są.

 

K.G.: A o składzie chemicznym?

 

J.D.: Nie bardzo. Teraz z nowymi misjami, z kosmicznym teleskopem Webba to się trochę poprawia, natomiast z tego, co wiem, nie udało się na razie wykryć np. atmosfery na żadnych takich mniejszych planetach typu ziemskiego. A na tych gorących Jowiszach, które są najłatwiejsze do obserwacji, są bardzo konfundujące wyniki, bo wydaje się, że w tych atmosferach jest wszystko i jeszcze bardzo często są chmury.

 

K.G.: Ale jak się wpisze w wyszukiwarkę „najdziwniejsze egzoplanety”, to można czasami przeczytać bardzo konkretne informacje. I to nie tylko na jakichś portalikach, tylko widziałam też taki zestaw np. w Uranii. Słyszałam o takiej metalicznej planecie, która ma mieć dużo metali i przez to być „największym lustrem” – tak to zostało nazwane. Bo odbija bardzo dużo tego światła swojej gwiazdy. Jak patrzeć na te doniesienia?

 

J.D.: To się bierze właśnie z tego, że jak wykrywamy te egzoplanety, to powiedzmy, że znamy ich rozmiar. Potem, żeby potwierdzić, że to rzeczywiście jest planeta, a nie że ta gwiazda miała np. jakieś plamy albo jakąś dziwną aktywność, jest jeszcze druga metoda, czyli metoda prędkości radialnych. Badamy to, jak gwiazda pod wpływem grawitacji tej planety się przesuwa w przestrzeni – bardzo mało, ale jednak – i stąd możemy określić mniej więcej masę takiej planety. Więc mamy masę, rozmiar, możemy policzyć średnią gęstość. I to już nam daje jakąś informację, z czego ta planeta w ogóle może być zrobiona. Średnia gęstość Ziemi jest rzędu pięciu gramów na centymetr sześcienny. Jak nam wychodzi, że średnia gęstość jakiejś planety jest np. dwadzieścia, to wiemy, że ta planeta musi się w większej części składać z cięższych pierwiastków. Ale niestety jak my to mówimy w nauce, problem jest zdegenerowany, czyli bardzo dużo możliwych modeli struktury wewnętrznej takiej planety pasuje do tych dwóch informacji, jakie mamy.

 

K.G.: To wróćmy w takim razie do naszego bliższego sąsiedztwa. To, jak wiele się opowiada o tym, co się dzieje np. we wnętrzach, czy księżyców, czy innych planet, jest fascynujące. Skąd można to wiedzieć, skoro nie można tego dotknąć bezpośrednio? Dlaczego planety są takie różne? Dlaczego Wenus, która jest rozmiarowo mniej więcej podobna do Ziemi, ma potwornie gęstą atmosferę? Ona też się bardzo wolno porusza. Jak sprawdzałam ostatnio, muszą upłynąć dwieście czterdzieści trzy ziemskie doby, żeby ta Wenus się tam przekręciła wokół własnej osi. W dodatku kręci się w drugą stronę. Prosty przykład – niby są takie podobne.

 

J.D.: O Wenus często się mówi, że jest siostrą Ziemi, bo jest w bardzo podobnej odległości od Słońca i ma dość podobną masę, bo z tego, co pamiętam, jest to masa rzędu siedemdziesięciu procent masy Ziemi. Dlaczego są tak różne? Jest to połączenie tego, z czego i jak się uformowały, z tego, jak wyglądały zaraz po uformowaniu, czyli te cztery i pół miliarda lat temu, no i tej długookresowej ewolucji. Wiemy, że planety się zmieniają, Ziemia zmieniła się dramatycznie. Wenus też się prawdopodobnie zmieniła. Mars się na pewno zmienił, bo mamy tam jakieś ślady płynącej wody, ale ona już nie płynie. No i niestety to, że tyle czasu minęło, trochę ogranicza możliwości stwierdzenia tego, jak te planety wyglądały na początku. Wracając do tego, co mówiłam, są to bardzo delikatne mechanizmy regulujące wymianę między powierzchnią planety a atmosferą, to, czy w ogóle jest tam jakiś płynny ocean, czy nie, jak wygląda powierzchnia – np. na Ziemi mamy płyty tektoniczne, które są w stanie się przesuwać względem siebie, i to zupełnie zmienia to, jak Ziemia ewoluowała względem np. takiej Wenus, która z tego, co wiemy, nie ma tych płyt tektonicznych. Ona ma inny model tej skorupy. Ma prawdopodobnie coś, co przypomina trochę wulkany, ale to są wszystko rzeczy, które się dzieją teraz. Jeśli mówimy o Wenus, to ostatni raz lądowano tam chyba na początku lat osiemdziesiątych. 

 

K.G.: Lądowano?

 

J.D.: Tak, były lądowania na Wenus. Mam wrażenie, że to trochę ukryty fakt przez to, że tylko Rosjanom się udało tam wylądować. 

 

K.G.: Poważnie, pierwsze słyszę. Przecież zawsze było, że tam jest za gorąco, za wysokie ciśnienie.

 

J.D.: To była cała seria lądowników, nazywały się Wenera. I stąd mamy jedyne zdjęcia powierzchni Wenus. To są lata siedemdziesiąte, osiemdziesiąte. Od tamtego czasu już nikt tam nie lądował właśnie dlatego, że atmosfera jest bardzo toksyczna, żrąca, gęsta. Jak się tam wyląduje, to jest takie ciśnienie, jakbyśmy byli na dnie jakiegoś morza na Ziemi. Więc w ogóle niesamowite, że komukolwiek udało się tam wylądować i jeszcze przesłać jakieś zdjęcia. 

 

K.G.: Jestem w ciężkim szoku, naprawdę. NASA to przykryło? [śmiech]

 

J.D.: Chyba tak. [śmiech] Ale jak się wygoogluje, to się znajdzie. Więc polecam, są zdjęcia z powierzchni Wenus.

 

K.G.: Czyli to jest trochę tak, że systemy są tak delikatne, że jakieś małe zaburzenie może spowodować to, że np. zniknęła ta woda z Marsa albo było ryzyko, że u nas byłoby za dużo tej wody, albo nagle na Wenus atmosfera jest dużo bardziej gęsta. Trudno rozwikłać precyzyjnie, dlaczego jest tak, a nie inaczej. Jest w tym dużo przypadku. 

 

J.D.: Tak, jest trochę przypadku i trochę tego, że nie potrafimy zrekonstruować tych ponad czterech miliardów lat ewolucji. Nie mamy takich dobrych modeli, które by przez tyle czasu były w stanie modelować to, co się dzieje. My nawet do końca nie mamy dobre modele, które by wyjaśniały wszystkie szczegóły tego, jak te atmosfery planet, np. Marsa czy Wenus, wyglądają obecnie. To też jest część pracy, jaka się dzieje w moim instytucie – grupy rozwijają modele tego, żeby w ogóle wyjaśnić, jak wygląda np. struktura temperatury w atmosferze Marsa.

 

K.G.: Skoro mówisz o atmosferach, dlaczego w zasadzie ta atmosfera Marsa jest taka rzadka?

 

J.D.: Dlatego, że jest on bardzo mało masywny, czyli ma mniej więcej dziesięć procent masy Ziemi, więc nie jest w stanie utrzymać gęstej atmosfery.

 

K.G.: I z Merkurym jest podobnie? 

 

J.D.: Z nim jest jeszcze gorzej dlatego, że jest on bardzo blisko Słońca, więc jest tam też gorąco, a im gorętsza atmosfera, tym ciężej utrzymać. Bo jak wiemy, temperatura przekłada się na prędkość ruchów molekuł gazu, więc jest tam jeszcze ciężej. Merkury ma też bardzo niską masę. Przez to, że ma on bardzo wysoką gęstość, że składa się w większej części z żelaza niż Ziemia, to jedna z głównych teorii jest taka, że on jak się uformował, to był bardziej jak Mars, może jak Ziemia, ale potem coś w niego uderzyło i zdarło mu tę wierzchnią warstwę, która była zrobiona z lżejszych skał, i zostało samo żelazne jądro.

 

K.G.: Skoro o głębszych warstwach mowa, skąd możecie wiedzieć, że np. na Europie jak się postuka w tę lodową skorupę, to na pewno jest płynny ocean i są plany, żeby tam wylądować i sprawdzić, czy aby przypadkiem w tymże oceanie jakieś życie jednak się nie wytworzyło? Czemu nie jest tak, że jest po prostu lód na skale i koniec? 

 

J.D.: Wiadomo to głównie z eksploracji tamtego układu przez sondy kosmiczne, które były wysyłane. 

 

K.G.: Ale się przecież nie wwierciły.

 

J.D.: Wiadomo to ze zdjęć i z badania. Można badać metodami spektroskopowymi ten gaz, czyli tę atmosferę, która wychodzi z księżyca czystej planety. Natomiast zdecydowanie nie jestem ekspertem co do księżyców różnych planet, nawet tego ziemskiego. To w ogóle jest osobna działka badań. 

 

K.G.: Ale chodzi o to, że nie trzeba się wwiercić w tę planetę, tak?

 

J.D.: Fajnie by było. [śmiech] Ale właśnie to, że jeśli znamy gęstość danej planety, znamy rozmiar i widzimy powierzchnię, to już są przesłanki do tego, że liczba modeli, która będzie pasowała, będzie ograniczona. A jeśli mówimy o Układzie Słonecznym, to tym punktem odniesienia jest też średni skład Słońca. Bo można łatwo utracić różne rzeczy, np. można odparować wodę, jakieś lżejsze związki chemiczne, natomiast bardzo ciężko zrobić tak, żeby zrobić jakieś ciało w Układzie Słonecznym, które będzie miało zupełnie egzotyczną kompozycję. Więc bardzo wiele modeli opiera się na tym założeniu, że materia początkowa miała bardzo podobny skład. 

 

K.G.: A czy wiemy, dlaczego ten Uran się tak dziwnie kręci? Bo on się kręci jakby nie na stojąco, tylko na leżąco z naszej perspektywy. 

 

J.D.: W ogóle wiemy niesamowicie mało o Uranie i Neptunie. Misje kosmiczne, które tam były, były już dawno temu. NASA teraz to zauważyła i powiedzmy, że zrobiła planowanie misji do tych obrzeży Układu Słonecznego, do tych tzw. lodowych olbrzymów swoim priorytetem na następną dekadę. No ale zobaczymy, co z tego wyjdzie. 

 

K.G.: Już nie pamiętam, dlaczego tak zrobiono, ale dowiedziałam się ostatnio, że Uran i Neptun mają taki sam kolor, tylko jedno zdjęcie zostało podkręcone – jest bardziej niebieskie. To jest kłamstwo. [śmiech]

 

J.D.: Tak, dla mnie to też był ogromny szok. [śmiech] 

 

K.G.: Czy każda gwiazda ma swoje planety?

 

J.D.: Zależy, jak na to patrzeć. Każda raczej nie, ale uśredniając, tak. Bo ze statystyki tych egzoplanet, z tego, ile ich już odkryliśmy i jak było to prawdopodobne, że jakieś wykryjemy, wychodzi, że w naszej galaktyce wypada średnio ponad jedna planeta na gwiazdę. 

 

K.G.: Czyli układy są raczej powszechne.

 

J.D.: Tak. Obecnie myślimy, że ponad połowa gwiazd w naszej galaktyce ma jakiś układ planetarny.

 

K.G.: Czy możemy coś powiedzieć o tym, czy nasz układ planetarny jest typowy? Bo mówiłaś o tym, że często się znajduje te gorące Jowisze blisko gwiazdy, co sugerowałoby, że jest to bardziej typowy układ. Ale może częściej je znajdujemy, bo łatwiej je znaleźć i to wcale nie jest jednoznaczna historia.

 

J.D.: Tak właśnie niestety jest, że często znajdujemy to, co jest łatwe do znalezienia, czyli duże planety blisko swoich macierzystych gwiazd. Natomiast, jeśli zrobilibyśmy drugi, dokładnie taki sam Układ Słoneczny wokół jednej z tych gwiazd, którą np. obserwowała misja Kepler, która wykryła bardzo dużo pozasłonecznych planet, to ona raczej by wykryła tylko Jowisza, i to jeśli nie przestałaby działać po trzech latach, tak jak się to zdarzyło, że się po prostu zepsuła. Bo nasze możliwości, ta czułość detekcji egzoplanet mniej więcej się kończy na planetach, które są albo bardziej masywne niż planety w Układzie Słonecznym na tej samej, powiedzmy, pozycji, w odległości od Słońca, albo bliżej. Czyli jakby przesunąć Jowisza bliżej do Słońca, to dużo łatwiej go wykryć. Więc jedyne, o czym możemy statystycznie powiedzieć, to są właśnie analogie Jowisza. Obecnie szacuje się, że mniej więcej sześć do dziesięciu procent gwiazd w naszej galaktyce ma planetę podobną do Jowisza w pozycji podobnej do Jowisza. Mniej więcej jeden procent gwiazd ma gorącego Jowisza, czyli mniej. Natomiast o odpowiednikach np. Ziemi nic nie możemy powiedzieć. Cała ta misja Kepler była tak zaprojektowana, żeby, jak to mówiła NASA, odkryć drugą Ziemię. No ale niestety zepsuła się nieco za szybko, żeby odkryć tę drugą Ziemię. Teraz czekamy, w następnych latach ma być umieszczona na orbicie nowa misja, która będzie się nazywała Plateau. I to będzie nasze okno, o ile się nie zepsuje i wszystko dobrze pójdzie, żeby rzeczywiście coś powiedzieć statystycznie o tym, jak często się formują planety typu ziemskiego w tej odległości mniej więcej jednej jednostki astronomicznej. 

 

K.G.: Jeśli mnie pamięć nie myli, to czasem pojawia się taki komunikat, że odkryto nową Ziemię.

 

J.D.: Czasami tak, ale zazwyczaj jak się popatrzy na szczegóły, to coś nie pasuje, np. gwiazda jest mniejsza niż Słońce, dużo mniej masywna.

 

K.G.: A co to takiego – planeta typu superziemia?

 

J.D.: Jest to zupełnie nowa wiadomość, nowe odkrycie z tych misji, które odkrywały planety wokół innych gwiazd, że wydaje się, że obecnie najbardziej popularnym typem planety w naszej galaktyce jest coś, czego nie mamy w naszym Układzie Słonecznym, czyli właśnie planety typu superziemia i tzw. minineptun, czyli takie, które wypadają pod względem masy pomiędzy Ziemią a Neptunem. W Układzie Słonecznym po prostu nie ma takiej planety, a to są właśnie takie planety, które mają np. jądro o masie jeden i pół masy Ziemi, czyli po prostu bardziej masywne. Są to też planety, które mają część swojej masy, np. dziesięć procent, w takim pierwotnym gazie wodorowo-helowym i w dodatku są dość blisko swoich macierzystych gwiazd, co też jest pewnym problemem w teorii formowania się planet – jak w ogóle taką planetę uformować. Bo jak się popatrzy na Układ Słoneczny, to jak już Jowisz zaczął akreować tę swoją atmosferę, to zakreował jej bardzo dużo. Dlaczego tzw. minineptuny zatrzymały tę akrecję na dużo mniejszej masie atmosfery – tego nie wiemy w tym momencie. Są to bardzo ciekawe nowe ścieżki w tym, żeby odtworzyć tę całą różnorodność możliwych wyników formowania się planet. 

 

K.G.: Może to nie jest jakieś bardzo profesjonalne pytanie, ale czy żyłoby nam się lepiej na takiej superziemi, bo jest ona większa? Mielibyśmy więcej miejsca?

 

J.D.: Mielibyśmy gęstszą atmosferę, trochę większą grawitację. Byłoby ciężko, ewolucja doprowadziłaby pewnie do czegoś innego niż ludzie, no ale myślę, że życie też mogłoby być możliwe, oczywiście jeśli warunki by pozwalały. Bo trzeba też wspomnieć, że jednym z wyników tej misji Kepler było to, że wydaje się, że gwiazdy mniej masywne od Słońca mają więcej planet, przynajmniej tych planet blisko gwiazdy. I to też jest jedna z zagadek.

 

K.G.: Wiem, że się tym nie zajmujesz profesjonalnie, ale skoro wspomniałyśmy o tym życiu, to masz może jakieś intuicje albo dyskutuje się o tym na stołówce w instytucie w Getyndze? Jakie dominują nastroje? Jest gdzieś jakieś życie?

 

J.D.: Myślę, że większość moich kolegów się ze mną zgodzi, że zdecydowanie musi być gdzieś życie w naszej galaktyce, skoro ponad połowa gwiazd ma jakieś planety. I są to bardzo różnorodne planety. W tym momencie nie wiemy, jak częste są analogie Ziemi. Może trochę są oczekiwania, że jednym z takich następnych przełomowych odkryć w ciągu kilku następnych lat – pięciu, dziesięciu – będzie odkrycie życia na jakiejś planecie wokół innej gwiazdy. 

 

K.G.: Ale to będzie pośrednie.

 

J.D.: Tak, w tym momencie raczej nikt nie oczekuje, że będzie kontakt, że ktoś nam wyśle wiadomość i powie: „hej, jesteśmy tutaj”, tylko bardziej że będzie to odkrycie tzw. biosygnatur, czyli tego, że odkryjemy planetę, w której atmosferze ewidentnie będzie coś, co będzie wskazywało, że jest tam życie, bo życie modyfikuje to, jak wygląda atmosfera. Mamy rośliny, które produkują tlen, i zmienia to to, jak wygląda nasza atmosfera. Trwają teraz poszukiwania – bo jest jakaś lista takich związków chemicznych, które wskazywałyby na to, że jakieś życie je na bieżąco produkuje, bo np. są niestabilne inaczej w atmosferze. Więc czekamy. 

 

K.G.: Chociaż jak się patrzy na to życie na Ziemi, to jest ono jedyne, do którego mamy dostęp, żeby je badać, to poziom jego skomplikowania… Nie chodzi mi o to, że teraz sobie tutaj siedzimy i rozmawiamy o tym, co jest potencjalnie miliony lat świetlnych stąd, ale nawet tak bardzo bazowo, czyli kod DNA, te wszystkie geny głupich bakterii – to przecież jest tak skomplikowane, żeby to się tak o pojawiało, nawet jak są warunki… Trudne. Znam też takich sceptyków, którzy mówią, że to jest tak mało prawdopodobne…

 

J.D.: Ale się zdarzyło jednak. No a tych gwiazd w naszej galaktyce jest dość dużo. Więc czemu nie drugi raz, skoro już raz się zdarzyło. [śmiech]

 

K.G.: Zobaczymy. Ale fajnie, nie wiedziałam, że są takie perspektywy.

 

J.D.: Absolutnie. Właśnie badanie atmosfer, egzoplanet jest jednym z takich trendujących tematów badań, który zbiera dużo finansowania, i te teleskopy, np. kosmiczny teleskop Webba, które to umożliwiają.

 

K.G.: A co wiemy o rubieżach Układu Słonecznego? Taki obłok Oorta – jest czy jest cały czas tylko hipotezą?

 

J.D.: Cały czas jest tak, że nie mamy żadnej bezpośredniej obserwacji, natomiast mamy bardzo mocne wskazówki na to, że coś takiego istnieje. I mówimy tu głównie o czymś, co jest źródłem komet tzw. dynamicznie nowych. Czyli jak sobie siedzimy na Ziemi i obserwujemy niebo, co jakiś czas pojawia się jakaś nowa kometa, której wcześniej nie znaliśmy. Jesteśmy w stanie zrekonstruować jej orbitę i okazuje się, że ta orbita początkowo była bardzo daleko, jeszcze za tym pasem obiektów transneptunowych. I co ciekawe, kierunki, z których te komety do nas przychodzą, są mniej więcej równomiernie rozłożone po całym niebie. Stąd ten obłok – to nie jest nawet dysk, to jest obłok, to jest bardziej sferyczna struktura, w której siedzą sobie te komety, i co jakiś czas coś je stamtąd wyrzuca, więc trafiają w bliższe okolice Słońca i jesteśmy je w stanie obserwować. A jak już tutaj trafiają, to nie żyją zbyt długo, bo niestety czasami się zdarza, że np. uderzą w Jowisza, czasami przelot wokół Słońca spowoduje, że stracą dużą część swojej masy, więc mogą przelecieć co najwyżej kilka razy i znikają. Ale fakt, że ciągle się pojawiają nowe, znaczy, że gdzieś musi być ich źródło, które ciągle ma wystarczająco dużo tych obiektów, żeby pojawiały się te nowe.

 

K.G.: Ale jak się tak pomyśli o Układzie Słonecznym, jak mówiłaś, ile procentowo pochłonęło Słońce, że przytłaczająca większość Układu Słonecznego to jest Słońce, te odległości między Słońcem a planetami i planetami między sobą są takie wielkie, to w zasadzie to jest pustka. Jesteśmy jakimś pyłeczkiem, okruszkiem, resztką.

 

J.D.: Absolutnie. Takie układy planetarne to są te takie zupełnie już nic nieznaczące w skali całej galaktyki czy całego Wszechświata okruszki, jakieś pozostałości tej materii. Więc trzeba sobie zdawać z tego sprawę.

 

K.G.: Jakoś pędzimy w tym statku kosmicznym. Na koniec cię zapytam – nie wiem, czy da się to oszacować, ale najwyżej powiesz, że się nie da. Czy możemy opowiedzieć o tym, ile mamy procent zgromadzonej wiedzy na temat Układu Słonecznego? Jesteśmy na jakimś etapie?

 

J.D.: Ciężko powiedzieć, bo chyba za każdym razem jak dowiadujemy się o jakiejś nowej, kluczowej informacji, to dowiadujemy się też, że jeszcze czegoś nie rozumiemy. Im więcej szczegółowych informacji dostajemy, tym więcej pytań się pojawia. I to jest takie fascynujące w prowadzeniu badań naukowych, że nie widać końca. Jest to praca na całe życie, i to niejedno.

 

K.G.: No to życzę powodzenia w tej pracy.

 

J.D.: Dziękuję bardzo.

 

K.G.: Doktor Joanna Drążkowska, Instytut Badań Układu Słonecznego Maxa Plancka w Getyndze.