Ze všeho nejdříve trochu upřesnění po špatných tiskových zprávách zaplavujících média: Ne, ještě jsme novou planetu neobjevili. Máme ale silný teoretický základ k intenzivnímu pátrání po ní. Opakovat tvrzení o "nejplanetovější ze všech planet ve sluneční soustavě" bez kontextu je také nanejvýš pošetilý způsob, jak o práci Konstantina Batygina a Mika Browna z kalifornského Caltechu informovat.

Záhy si povíme, proč to vlastně zaznělo. Přejděme tedy k faktům: Batygin a Brown zveřejnili velmi důsledný a zajímavý matematický model vyvozující existenci planety z jejího gravitačního efektu na známá tělesa za drahou Neptunu. Zdá se vám to podivné? Naopak; hledání nových planet díky jejich vlivu na jiné objekty má dlouhou tradici. Začalo to velikým úspěchem – objevem Neptunu…

Hon na nové planety

Astronomové si už v raném 19. století byli vědomi, že pohyb planety Uran, objevené v roce 1781 Williamem Herschelem, vykazuje nepravidelnosti patrně vyvolané gravitačním působením dalšího, dosud neznámého světa. Na podzim 1846 byla záhada vyřešena: Francouzský matematik Urbain Le Verrier na základě známých dat z pozorování Uranu vypočítal pravděpodobnou pozici planety, jež na něj působí svou gravitací.

V dopisu požádal o ověření předpovědi berlínského astronoma Johanna Gottfrieda Galla, který nový svět spolu se svým studentem objevil ještě tentýž večer po obdržení dopisu. Planeta se nacházela velmi blízko předpovězeného místa. Na sklonku roku dostala i jméno – Neptun.

Záhy po objevu Neptunu však nadešla éra hledání další "planety X". Zdálo se totiž, že oběh Uranu vykazuje další drobné nepravidelnosti, které může vysvětlit jedině přítomnost jiné velké planety. Šlo o nepravidelnosti zhruba stokrát slabší než ty přičítané Neptunu, a tak se už tehdy někteří astronomové domnívali, že může jít jen o chybu při pozorování. Bylo by však chybou tuto možnost neprověřit.

Jiní vyvozovali existenci dalších planet z drah tehdy známých komet, někteří předpokládali až dalších sedm planet. Žádné z těchto předpovědí se však neukázaly jako opodstatněné a často postrádaly silný základ.

Nejvíce se snahou nalézt "Planetu X" proslavil výstřední americký matematik a astronom Percival Lowell. Ač Lowell zemřel roku 1916, činnost jím založené observatoře pokračovala a v roce 1930 mladý astronom Clyde Tombaugh skutečně objevil novou planetu – Pluto – nedaleko jedné z lokalit předpovězených Lowellovými propočty. Nalezené těleso však bylo i pomocí silného teleskopu vidět jen jako nepatrná tečka, což naznačovalo malé rozměry nebo nízkou odrazivost povrchu. Zpočátku se názor ustálil na rozměrech o něco menších než Země a hmotnosti zhruba odpovídající Zemi, i když ne všichni s ním souhlasili.

Jak se postupně odhady na základě pozorování zpřesňovaly, daly pochybovačům za pravdu a Pluto se smrsklo z hmotnosti Země na desetinovou, setinovou, a nakonec přibližně pětisetinovou. Nejvíce pomohlo jeho hmotnost stanovit objevení jeho měsíce Charonu roku 1978. Díky jejich vzájemnému pohybu už nebylo pochyb, že Pluto má daleko menší hmotnost, než se předpokládalo původně.

Rozhodně nemohlo být zodpovědné za nepravidelnosti v oběhu Uranu. Na nějaký čas hledání Planety X opět trochu ožilo, ale po průletu Voyageru 2 kolem Neptunu se ukázalo, že dřívější odhad jeho hmotnosti a tím pádem i gravitačního vlivu na Uran byl mírně nepřesný. Vysvětlení oběhu ledových obrů již žádnou Planetu X nevyžadovalo.

Výstřední Sedna naznačuje historii sluneční soustavy

Od počátku 90. let byla objevována další ledová tělesa v oblasti, jež vešla ve známost jako Kuiperův pás. Počátkem 21. století již bylo zřejmé, že Pluto není ojedinělé těleso. Dnes ve vzdálených výspách naší soustavy známe jednu hmotnější (byť menší) trpasličí planetu, Eris, a více než deset těles alespoň polovičních rozměrů Pluta. Celkový počet známých transneptunických těles je výrazně vyšší; jde i o řadu menších planetek, asteroidů či kometárních jader.

V roce 2003 byla objevena trpasličí planeta na velice excentrické dráze, s periheliem okolo 76 AU a aféliem bezmála 950 AU daleko. Jeden oběh jí trvá více než 11 tisíc let. Překvapivé těleso bylo pojmenováno Sedna a donedávna zůstávalo jediným objektem svého druhu – dokud nebyl před dvěma lety ohlášen objev 2012 VP113, další trpasličí planety na výrazně excentrické dráze.

Objev Sedny rozvířil spekulace o tom, co ji mohlo na tak výstřednou dráhu "postrčit". Byl to průchod jiné hvězdy v relativní blízkosti Slunce (kolem 800 AU či dál), což je zejména v dobách krátce po zrodu Slunce v jeho zárodečné mlhovině dobře představitelný scénář? Mohlo jít o vliv více blízkých průchodů hvězd? Mohla by dokonce Sedna být zachyceným tělesem, které se zformovalo u jiné hvězdy? Nebo jde o gravitační vliv dosud neznámého většího tělesa v naší soustavě? Relevantních hypotéz existuje celá řada.

Objevitelé 2012 VP113, Chad Trujillo a Scott Sheppard, navrhli na základě matematických simulací možnou existenci superzemě s velkou poloosou dráhy více než 200 AU jako vysvětlení dráhy těchto těles. V exoplanetárních systémech jsou superzemě (zjednodušeně řečeno planety s hmotností mezi Zemí a Neptunem) běžnou záležitostí. V naší soustavě však žádnou takovou planetu nemáme – nebo o ní alespoň zatím nevíme. Modely vzniku soustavy naznačují, že se taková mohla zformovat a být gravitací plynných a ledových obrů vyvržena buď na periferii soustavy, nebo zcela mimo ni.

Nyní vzbudil rozruch článek Konstantina Batygina a Mika Browna, jejichž model vysvětluje shluknutí perihelií šesti excentrických transneptunických těles, podivnou dráhu Sedny i 2012 VP113 a dokonce (což oba vědci původně neočekávali) i přítomnost známých excentrických těles s vysokou inklinací (vysokým úhlem dráhy vůči rovině soustavy).

Vysvětlením by mohla být planeta o hmotnosti zhruba deseti Zemí (proto onen přenesený výraz "nejplanetovatější") s výstřednou drahou a periheliem přes 200 AU, aféliem až okolo 1200 AU. Průzkum oblohy sondou WISE v infračervené oblasti dříve vyloučil přítomnost plynných obrů o hmotnosti Saturnu do 10 000 AU a o hmotnosti Jupiteru do 26 000 AU, velkou terestrickou planetu nebo malého ledového obra by však ani ve vzdálenosti stovek AU pravděpodobně nezachytil.

Velkou výhodou práce Batygina a Browna je testovatelnost jejich předpovědi – víme přibližně, kde hypotetickou planetu hledat. I kdyby byla planeta nyní blízko afélia, tedy nejvzdálenějšího bodu své dráhy vůči Slunci, mohly by ji potenciálně zachytit silné teleskopy jako Keck a Subaru, bude-li v jejich poli pozorování. Část potenciálních lokalit je již vyloučena předchozími pozorováními.

Proto se můžeme domnívat, že se planeta nenachází blíž Slunci a že bychom ji nyní zřejmě mohli pozorovat v oblasti, do níž se promítá Mléčná dráha – rovina naší galaxie. To činí pozorování obtížnějším, ne však nemožným. V roce 2023 by měl být spuštěn provoz Large Synoptic Survey Telescope (LSST), jenž by měl být schopen i detekce planet o velikosti Země ve vzdálenosti do cca 500 AU.

Jak by případná nová planeta mohla vypadat?

Pozorování průletovou sondou se ani v případě objevení planety hned tak nedočkáme. Stovky astronomických jednotek jsou na naše poměry obrovská vzdálenost. V blízké budoucnosti sice nikoli nepřekonatelná, ale na výsledky mise bychom čekali alespoň několik desetiletí. A pokud se planeta skutečně nachází blízko afélia, potřebovali bychom pro rozumnou dobu trvající misi daleko výkonnější pohon sondy, než jaké se momentálně používají.

Při hmotnosti kolem deseti Zemí by podle svých rozměrů mohla mít nižší i vyšší povrchovou gravitaci než Země. Bez atmosféry by se tam teplota i poblíž perihelia mohla pohybovat kolem dvaceti stupňů nad absolutní nulou. Ovšem s hustou atmosférou s dostatečným podílem skleníkových plynů by si i takto vzdálený svět mohl potenciálně udržet na povrchu podmínky přijatelné například pro existenci kapalné vody.

U superzemě zformované ve vzdálenější části oblasti disku, kde vznikaly planety, a v raných dobách soustavy vyvržené gravitačním pošťouchnutím od ledových obrů na periferii, bychom mohli očekávat i hustou, převážně vodíkovou atmosféru nabranou z plynu primordiálního disku kolem Slunce, a molekulární vodík je velmi účinným skleníkovým plynem.

Klimatu na terestrických planetách s hustou vodíkovou atmosférou se ve svých pracích nedávno věnovali například astronomka Sara Seagerová s kolegy a geofyzik Dorian Abbot. Ale bude to relevantní pro případnou devátou planetu, existuje-li? Nechme se překvapit. Více bychom měli vědět zhruba během příští dekády.