Existuje planeta, kterou by sis mohl zvážit stejným pocitem jako krabici od nové televize, je velká svým objemem, ne obsahem uvnitř. Má čtyřikrát větší hmotnost než celá Země. A přesto by klidně plavala na hladině rybníka jako kus polystyrenu vytažený z obalu od ledničky.
Čtyřnásobek Země, který se vejde do dlaně
Jmenuje se Kepler-51 c a obíhá mladou hvězdu podobnou Slunci, Kepler-51, starou podle odhadu z gyrochronologie zhruba 300 milionů let, proti našemu Slunci pořádné mládě. Její hmotnost vychází na 2,389 × 10²⁵ kilogramů, tedy 4,0 ± 0,4 hmotnosti Země. Jenže tahle hmotnost se rozprostírá do poloměru 5,734 × 10⁷ metru, což je asi devítinásobek poloměru Země (přesněji 9,0 s rozpětím +2,8/−1,7). Vyděl jedno druhým a vyjde hustota kolem 30 kilogramů na metr krychlový. Tohle číslo nikdo nezměřil přímo, je to dopočet ze dvou samostatných hodnot, každá se svou vlastní nejistotou. Hustota je tak odhad postavený na odhadu, ne čtení z přístroje.
Blíž vzduchu než skále
Země má průměrnou hustotu 5 514 kilogramů na metr krychlový. Kepler-51 c s třiceti kilogramy na metr krychlový má tak necelé jedno procento zemské hustoty, přesněji asi 0,55 procenta, což z ní dělá planetu zhruba 180krát řidší než ta naše. Pro srovnání: vzduch při hladině moře váží asi 1,2 kilogramu na metr krychlový, voda 1000 kilogramů na metr krychlový. Kepler-51 c leží mnohem blíž vzduchu než vodě, natož skále nebo železu, ze kterých bývají poskládané planety zemského typu. A přímo do stejného pásma spadá běžný stavební polystyren, který se pohybuje mezi 20 a 50 kilogramy na metr krychlový. Hustotou je tahle planeta k nerozeznání od krabice, ve které přijede nová televize.
Jak to víme
Kepler-51 c objevil vesmírný dalekohled Kepler v roce 2012 metodou tranzitní fotometrie: sleduje se, jak pravidelně klesá jas hvězdy, když před ní prolétne planeta, a z hloubky a délky poklesu se spočítá poloměr. Hmotnost ale samotný tranzit neprozradí. U Kepler-51 c ji odhalily takzvané odchylky v časování tranzitů, planety v soustavě se navzájem gravitačně popostrkují, takže jejich přelety před hvězdou nepřicházejí úplně přesně podle rozvrhu. Z velikosti těchto posunů vyšla v analýze z roku 2014 hmotnost všech tehdy známých planet soustavy jako neobvykle nízká vzhledem k jejich velkým poloměrům, které se pohybovaly mezi šesti a deseti poloměry Země. Kepler-51 c v ní skončila jako čtyřnásobek Země, nafouklý do rozměrů, které se ke čtyřnásobku hmotnosti obvykle nepřidávají. Protože jde o dopočet ze dvou nezávislých měření, radia z jasové křivky a hmotnosti z odchylek tranzitu, výsledná hustota nese nejistotu obou vstupů najednou.
Proč se selský rozum plete
Instinkt říká, že čtyřikrát těžší planeta musí být čtyřikrát hutnější balvan. Kepler-51 c dělá pravý opak. Podle odhadů má malé, poměrně husté jádro obalené atmosférou vodíku a helia, která tvoří jen 20 až 40 procent celkové hmotnosti, ale zabírá naprostou většinu objemu planety. Hmotnost roste pomalu, objem roste rychleji, a hustota se propadá tam, kde ji člověk nečeká. Astrofyzička Jessica Libby-Robertsová z Pensylvánské státní univerzity to při komentování pozorování Hubbleova a Webbova teleskopu popsala jinak: hustota všech tří planet v soustavě Kepler-51 vyšla pod 0,1 gramu na centimetr krychlový, tedy blízko sladké cukrové vatě z pouti.
Co se zatím neví
Přesné vnitřní uspořádání, které dovoluje takovou nadýchanost, zůstává otevřené. O slovo se hlásí několik vysvětlení najednou: nafouklá vodíko-heliová atmosféra, ohřívání slapovými silami mateřské hvězdy, prašná atmosféra unikající do okolí, nebo dokonce neviditelný prstenec, který by planetě jen opticky zvětšoval poloměr. Nikdo zatím neví, které z toho platí, ani jak dlouho by si Kepler-51 c mohla tenhle rekord nízké hustoty udržet.
Fotka, která neexistuje
Žádný teleskop Kepler-51 c nevyfotil jako kotouč ani kouli. Soustava leží ve vzdálenosti asi 784 parseků, tedy zhruba 2 557 světelných let od Země, a samotná planeta je na přímé zobrazení příliš malá i příliš daleko. Co skutečně existuje, je křivka jasu hvězdy zachycená Keplerem, pravidelný pokles a návrat světla, ze kterého se počítal poloměr, a umělecká představa soustavy, kterou zveřejnily NASA a ESA s kredity L. Hustaka, J. Olmsteda, D. Playera a F. Summerse ze STScI. Je to ilustrace, ne fotografie, a přesně tak by se s ní mělo zacházet.