Když jsem psal o obyvatelných měsících naposledy, musel jsem si postesknout nad zažitými předsudky. Když se hovořilo o životě ve vesmíru, stále se omílal termín „obyvatelná planeta“ – měsíce byly prakticky ignorovány, třebaže pro to neexistoval sebemenší důvod.

V tomto případě se však antropocentrická dogmata zbořila rychleji, než bych se odvažoval doufat. Bez přehánění se dá říct, že lví podíl na této změně má kasovní úspěch Avatara, jehož děj se právě na takovém obyvatelném měsíci odehrává, což pozornost laiků i vědců upřelo právě tímto směrem. Před Pandorou byl jedinou „vlajkovou lodí“ této skupiny těles Endor z VI. epizody Hvězdných válek, „chlupatí“ ale bohužel nebyli v popularizaci svého domovského světa zdaleka tak úspěšní jako „modří,“ takže jméno Endor dnes už málo komu něco řekne (i když kdoví, jak to bude s Pandorou za 20 let...)

Navíc se na obzoru rýsuje možnost detekce prvních exoměsíců (ač zatím jen neobyvatelných), takže toto téma nabývá na ožehavosti. Nebude proto na škodu se mu věnovat i na stránkách Vzdálených světů.

Otroci přílivu

Alfou a omegou v životě měsíců jsou slapové síly podobné těm, které vytvářejí příliv a odliv v našem oceánu. Změny gravitačního pole, v němž se měsíc pohybuje, jej totiž deformují. Jak se během svého oběhu natahuje a zase smršťuje, dochází ke tření, které generuje velké množství tepla, které se projevuje roztavením nitra měsíce a vulkanickou aktivitou. Uvolňování energie vnitřním třením v důsledku dmutí povrchu říkáme také slapový rozptyl.

Slapové síly vesměs úzce souvisejí s výstředností dráhy měsíce. Pokud je dráha kruhová a měsíc má rotaci vázanou, slapové síly jej sice udržují v protáhlém tvaru (jde o elipsoid protáhlý ve směru k planetě a od planety), ale tento tvar se nemění, protože se nemění ani směr, ani velikost gravitační síly. Na povrchu takového "ideálního" měsíce bychom proto nepozorovali žádný příliv ani odliv (gravitaci jiných těles, jako je slunce nebo další měsíce, prozatím zanedbejme). Měsíc, který obíhá po dráze eliptické (což je právě případ Io), je na tom ovšem jinak. Zaprvé se k planetě přibližuje a vzdaluje, takže se mění velikost vzdutí jeho povrchu (jak kolísá velikost slapové síly), zadruhé je jeho oběžný pohyb nerovnoměrný (podle Keplerových zákonů), zatímco rotace je rovnoměrná. Díky tomu se „boule“ na jeho povrchu mírně pohybují dopředu a dozadu a kolísá i jejich výška.Takový měsíc dostává přísun slapového tepla a může být geologicky aktivní. Míra ohřevu bohužel nejde jednoduše odhadnout, protože závisí i na vlastnostech nitra měsíce (dokonale pevné nedeformovatelné těleso, nebo naopak dokonale tekuté těleso bez vnitřního tření nelze touto cestou ohřát). Protože tyto vlastnosti jsou ovlivňovány mj. i samotným ohřevem, dochází ke vzniku složitých a ne zcela pochopených pozitivních i negativních zpětných vazeb.

Výstřednost dráhy měsíce není daný parametr. Tepelná energie uvolněná slapovým ohřevem se musí někde brát, nejde o perpetuum mobile – a háček je tentokrát v tom, že tento proces výstřednost měsíce postupně snižuje. Bez dalších vlivů by nakonec klesla k nule, dráha by se zakulatila a ohřev by ustal. Vidíme-li tedy měsíc na výstředné dráze, buď jde o měsíc, který nemůže být slapově ohříván díky vlastnostem svého nitra, a uchoval si původní výstřednost, anebo byla jeho výstřednost zvýšena nějakou vnější silou a jde o přechodný jev. Vnější silou může být gravitační vliv sousedních měsíců, který je zvláště významný, nacházejí-li se v orbitální rezonanci (doby jejich oběhu jsou ve vzájemném poměru např. 1:2). Dalším možným vlivem je také gravitační síla mateřské hvězdy.

Společným rysem většiny velkých satelitů je vázaná rotace – takový měsíc nastavuje stále stejnou tvář směrem k mateřské planetě, podobně jako Měsíc k Zemi. Délka slunečního dne na takovém měsíci je potom přibližně rovná době jeho oběhu kolem mateřské planety. Za to jsou také odpovědné slapy. Už jsme si řekli, že gravitace planety vytváří na tělese měsíce dvě „boule“ – jednu na straně přivrácená a druhou na odvrácené. Pokud měsíc vzhledem k planetě rotuje, tyto boule putují po jeho povrchu (úplně stejně putuje po povrchu Země vzdutí moří vyvolávané Měsícem v podobě dvou vln, jedné na straně přikloněné k Měsíci, druhé na straně od něj odvrácené). Pohyb vzdutí litosférou měsíce (ledovci nebo horninami) vyvolává opět tření, které nakonec rotaci měsíce zafixuje tak, že se doba otočky srovná s dobou oběhu a pohyb „boule“ se zastaví.I tento proces přispívá k slapovému ohřebu, je však jen krátkodobý a jednorázový - měsíc již nemůže být znovu roztočen (zanedbáme-li velké impaktní události). Slapové zabrzdění rotace je pravděpodobně nevyhnutelné pro drtivou většinu velkých, přirozeně vzniklých satelitů, včetně měsíců obyvatelných. Williams a kol. (Williams) například uvádějí, že velký satelit Jupiteru by musel mít oběžnou dobu větší než 116 dní, aby si mohl udržet „vlastní“ rotaci. Existence velkého satelitu na tak vzdálené orbitě je však z více důvodů značně nepravděpodobná.

Jak už jsme naznačili, a jak vědí obyvatelé mořského pobřeží z vlastní zkušenosti, i měsíc vyvolává slapové vlny na povrchu planety. Vzhledem k poměru hmotností jde samozřejmě o vliv slabší než v případě opačném, nicméně je významný. V tomto případě je důsledkem to, že se část rotační energie planety přenáší do orbitální energie měsíce. Měsíc například zpomaluje rotaci Země, a Země na oplátku urychluje pohyb Měsíce a tím způsobuje jeho vzdalování. Mars se naopak otáčí pomaleji, než jeho satelit Phobos obíhá. Phobos samozřejmě nemá šanci Mars významně roztočit, je však slapovými silami postupně brzděn, díky tomu se stále přibližuje k Marsu a nakonec se s ním srazí. V případě Pluta a Charonu došlo ke vzájemnému „svázání“, takže Charon nastavuje stále stejnou stranu k Plutu, a Pluto na oplátku k Charonu.

Slapové síly ve všech svých aspektech budou kriticky důležité pro porozumění obyvatelným (i všem ostatním) měsícům, proto tato malá odbočka.

Lekce ze Sluneční soustavy

V naší Sluneční soustavě máme hned čtyři plynné obry. Každý z nich disponuje rázovitou soustavou satelitů. Nás budou zajímat hlavně satelity velkých rozměrů (nad 300 km). Kromě nich má každý z plynných obrů ještě velké množství malých měsíců. Někdy jde o trosky a ledové úlomky jiných satelitů nebo pozůstatky z dob formace planety. Častější jsou tělesa, která původně obíhala Slunce coby asteroidy či komety a byla druhotně zachycena gravitací planety. Takové satelity jsou často retrográdní (obíhají v opačném směru, než planeta rotuje) a leží vesměs ve velké vzdálenosti. Z exobiologického hlediska nás příliš zajímat nebudou, protože jsou příliš malé.

Jupiter má čtyři velké Galileovy měsíce. Nejvnitřnější Io je o něco hmotnější než Měsíc, je tvořen horninami a jde o vulkanicky velmi aktivní těleso. Ano, právě zde se nejdramatičtěji projevuje vliv slapového ohřevu, a to díky tomu, že Io, Europa a Ganymed jsou ve vzájemné orbitální rezonanci 4:2:1 (během každého oběhu Ganymedu oběhne Io přesně 4x a Europa 2x). Jejich periodické gravitační působení výrazně zvyšuje výstřednost orbit všech zůčastněných.

Europa je menší než Io i než náš Měsíc, ale na rozdíl od nich je pokryta ledovou kůrou. Protože je geologicky aktivní, ač méně než Io, je voda pod ledem udržována v kapalném stavu (viz také Vzdálené světy I-Bezedné nebe a oceány bez oblohy).

Ganymed je podstatně větší (3x hmotnější než Europa) a obsahuje víc vodního ledu. Jeho povrch svědčí o menší geologické aktivitě než na Europě, zato disponuje vlastním magnetickým polem, které ukazuje na to, že tento měsíc má uvnitř železné jádro, které je v roztaveném stavu. Poslední z Galileových světů, Callisto je zřejmě velmi chladná, bez geologické aktivity.

Saturn má celou řadu středně velkých měsíců (Mimas, Enceladus, Tethys, Dione, Rhea, Iapetus) a jeden velký (Titan). Překvapující je Enceladus, který je přes svou nepatrnou velikost (jen 500 km!) silně slapově ohříván a zřejmě je zevnitř natavený. Jako prototyp obyvatelného měsíce je však zajímavější Titan – jen o něco menší než Ganymed, navíc se silnou dusíko-metanovou atmosférou a moři kapalného metanu.

Uran má satelity podstatně menší (srovnatelné se středně velkými měsíci Saturnu).

Neptun je sice Uranu v lecčems podobný, nikoli však co se měsíců týče - má pouze jeden velký satelit, Triton, v mnoha ohledech srovnatelný s Europou. Ten je ale tak podivný, že si zaslouží rozsáhlejší pojednání. Jde o těleso jen 2x lehčí než Europa, a hmotnější než Pluto. Obíhá retrográdně (v protisměru) a mimo rovinu rovníku své planety, čímž se ostře odlišuje od všech ostatních jmenovaných satelitů. Podobá se pravdě, že jde o zachycené těleso podobné Plutu, které původně obíhalo kolem Slunce jako trpasličí planeta.

Obři na obzoru

Okolo jiných hvězd jsme zachytili už celé stovky obřích planet podobných těmto čtyřem, které obíhají okolo různých hvězd, v různých vzdálenostech od nich a po různě výstředných drahách. Veškerá logika ukazuje, že tyto planety musejí mít také nějaké oběžnice, které mohou být podobně exobiologicky zajímavé jako ty právě jmenované, nebo v některých případech ještě zajímavější.

Měsíce podobné Europě, Ganymedu a Enceladu můžeme předpokládat u prakticky kterékoli obří planety, pokud je dost chladná, aby se na povrchu jejích oběžnic stabilně udržel led. Takových planet je mezi známými exoplanetami 15-20%, (Scharf, 2006) ve skutečnosti jich bude podstatně víc, protože naše detekční metody se k odhalování chladných světů příliš nehodí. Zmrzlá H₂O na povrchu malých satelitů je stabilní proti sublimaci, pokud teplota nepřekročí 170 K (-100°C) (Scharf, 2006), což ve Sluneční soustavě odpovídá vzdálenosti 1,5 – 2 AU od Slunce. Co si ale budeme povídat, Europa a Ganymed sice mohou být obyvatelné pro bakterie nebo snad i jednoduché makroskopické organismy, ale za pravděpodobné útočiště inteligentních mimozemšťanů je nemůžeme považovat ani omylem. Pokud vyloučíme skutečně exotické formy rozumného života, měli bychom se zaměřit hlavně na měsíce poněkud podobnější Zemi: větší, teplejší, s hustou atmosférou a oceány s alespoň částečně nezamrzlou hladinou. Právě ty zde budeme označovat jako obyvatelné měsíce – případní Europané prominou.

Mnohé exoplanety obíhají v obyvatelné zóně své hvězdy – oblasti, kde panují teploty příznivé pro výskyt kapalné vody (nejnadějnější z nich naleznete v tabulce). Pokud se na jejich oběžné dráze nacházejí měsíce splňující všechna potřebná kritéria, mohly by se více nebo méně podobat naší matičce Zemi. Neexistuje důvod, proč by se na některém z těchto těles nemohl objevit vyspělý život.

Je dokonce možné, že počet obyvatelných měsíců v Galaxii převyšuje počet obyvatelných planet. Klasická planeta může být v obyvatelné zóně jen jedna, možná dvě nebo v extrémním případě tři. Každá obří planeta v obyvatelné zóně by však teoreticky mohla mít hned několik obyvatelných měsíců (v extrémním případě snad i 4 nebo 5), a je víc než jisté, že v obyvatelné zóně mohou být zároveň dvě obří planety (příkladem jsou exoplanetární systémy HD 45364, HD 202206, HD 108874 a Gliese 876 - více viz tabulka). Protože zatím neznáme reálnou četnost obyvatelných planet a tím méně obyvatelných měsíců, musíme brát obě skupiny těles stejně vážně (i když z praktického hlediska nesmíme opominout fakt, že klasické planety bude patrně trochu snazší objevit než měsíce plynných obrů).