|
|
|
||
|
Přednáška se zaměřuje na dvě stěžejní témata moderní fyziky exoplanet: výzkum exoplanetárních atmosfér a teorii
vzniku exoplanetárních soustav. Je tedy doplňujícím rozšířením předmětu “Exoplanety” (NAST041). Hlavní náplní
první části kurzu bude charakterizace atmosfér exoplanet a studium Rossiter-McLaughlinova efektu, který slouží k
určení sklonu oběžných drah a přispívá k pochopení mechanismů orbitální migrace. V rámci teorie vzniku planet
se zaměříme na vývoj prachové složky protoplanetárního disku, akreční procesy a interakce planet s jejich
zárodečným diskem.
Poslední úprava: Ďurech Josef, doc. Mgr., Ph.D. (02.06.2025)
|
|
||
|
Studium exoplanet je relativně mladou disciplínou planetárních věd. Pochopení vzniku exoplanet a jejich fyzikálních vlastností je jedním z hlavních vědeckých cílů předních světových observatoří (ALMA, Keck, Gemini, ...) a vesmírných misí (TESS, PLATO, JWST, ...). Cílem tohoto cyklu přednášek je představit studentům scénáře vzniku planet a nejnovější poznatky týkající se akrečních procesů a raného orbitálního vývoje. Studenti se naučí moderní metody detekce a analýzy exoplanet, porozumí fyzikálním a chemickým procesům v jejich atmosférách, a získají přehled o současných i budoucích výzkumných projektech a otevřených otázkách v této oblasti astronomie. Poslední úprava: Ďurech Josef, doc. Mgr., Ph.D. (02.06.2025)
|
|
||
|
Studenti mohou závěrečnou zkoušku absolvovat ve dvou možných variantách: A/ klasická zkouška na základě témat sylabu; B/ vypracování semestrálního projektu pomocí některého z volně dostupných numerických kódů pro charakterizaci atmosfér a studium R-M jevu (TauREx, petitRADTRANS, allesfitter, apod) nebo modelování vzniku planet (Fargo3D, Rebound, DustPy, apod). Poslední úprava: Ďurech Josef, doc. Mgr., Ph.D. (02.06.2025)
|
|
||
|
[1] Armitage P.J., 2020, Astrophysics of planet formation (2nd ed), Cambridge University Press, ISBN 9781108344227 [2] Protostars and planets VII, 2023, Astronomical Society of the Pacific Conference Series, eds. Inutsuka S., Aikawa Y., Muto T., Tomida K., and Tamura M., ISBN 978-1-58381-955-5 [3] Perryman, M., 2018, The Exoplanet Handbook (2nd ed), Cambridge University Press, ISBN 9781108304160 [4] Raymond S. and Morbidelli A, 2022, Planet Formation: Key Mechanisms and Global Models, in Demographics of Exoplanetary Systems (ISBN: 978-3-030-88123-8) [5] Lanza A.F., 2022, The Role of Interactions Between Stars and Their Planets, in Demographics of Exoplanetary Systems (ISBN: 978-3-030-88123-8) [6] Johansen A. and Lambrechts M., 2017, Forming planets via pebble accretion, Annual Review of Earth and Planetary Sciences, vol. 45, issue 1, pp. 359-387 [7] Kley W. and Nelson R.P., 2012, Planet-Disk Interaction and Orbital Evolution, Annual Review of Astronomy and Astrophysics, vol. 50, p.211-249 [8] Heng, K., 2017, Exoplanetary Atmospheres: Theoretical Concepts and Foundations (ISBN 978-0-691-16698-8) [9] Madhusudhan, N., 2019, Exoplanetary Atmospheres: Key Insights, Challenges, and Prospects, Annual Review of Astronomy and Astrophysics, vol. 57, p.617-663 [10] Seager, S., 2010, Exoplanet Atmospheres: Physical Processes (ISBN: 978-1-4008-3530-0) [11] Dawson, R., Johnson, J. A., 2018, Origins of Hot Jupiters, Annual Review of Astronomy and Astrophysics, vol. 56, p.175-221 [12] Albrecht, S., Dawson, R., Winn, J., 2022, Stellar Obliquities in Exoplanetary Systems, PASP Review, vol. 134, p. 082001 Poslední úprava: Ďurech Josef, doc. Mgr., Ph.D. (02.06.2025)
|
|
||
|
Atmosféry exoplanet
1) Metody detekce a charakterizace exoplanet - Představení metod detekce (radiální rychlosti, tranzity, přímé zobrazení, mikročočky, astrometrie, časování tranzitů - TTVs). Určování parametrů: hmotnost, poloměr, hustota. Vztah hmotnost-poloměr (Mass-Radius relationship). Stavové rovnice (EoS - Equation of State). Otevřené otázky a výzvy v detekci a charakterizaci exoplanet.
2) Demografie exoplanet a interakce hvězda-planeta - Statistika a distribuce exoplanet, typy exoplanet (horcí Jupiteři, super-Země, mini-Neptuni atd.). "Radius valley" a jeho interpretace. Princip "Know thy star, know thy planet" - vliv vlastností hostitelské hvězdy. Interakce hvězda-planeta: Vliv stáří hvězdy a metalicity prostředí, Slapové síly a jejich důsledky (např. vázaná rotace, vývoj oběžné dráhy), Urychlování rotace hvězd (spin-up) vlivem planet, Hvězdná aktivita a její dopad na planety a jejich atmosféry. Nástroje pro studium dynamiky a stability (např. SPOCK, MEGNO, NAMD).
3) Stelární a planetární inklinace - Rossiterův-McLaughlinův efekt (RMe). Princip Rossiterova-McLaughlinova efektu. Měření RMe a interpretace (progradní, retrográdní, polární dráhy). Dopplerovská tomografie. Degenerace a nejednoznačnosti v měření RMe. Studium planetárních systémů s dvojhvězdami. Vliv diferenciální rotace hvězd a hvězdné konvekce. Planetární sklon rotační osy (planetary obliquity).
4) Exoplanetární atmosféry - Základní teorie atmosfér, vertikální struktura. Teplotně-tlakový profil (T-P profil). Opacita. Chemické složení: rovnovážná a nerovnovážná chemie. Globální cirkulační modely (GCM - General Circulation Models). Typy pozorování atmosfér: Tranzitní spektroskopie, Spektroskopie sekundárních zákrytů (eclipse spectroscopy), Fázové křivky. Charakterizace atmosfér pomocí dat s nízkým spektrálním rozlišením (low-resolution spectroscopy).
5) Exoplanetární atmosféry - Aerosoly: formace, složení, vliv na pozorování. Charakterizace atmosfér pomocí dat s vysokým spektrálním rozlišením (high-resolution spectroscopy): Detekce jednotlivých molekulárních a atomárních druhů, Měření rychlostí větru, rotace planety. Efekty asymetrie v atmosféře (denní/noční strana, terminátor). Odstranění telurické kontaminace z pozorování. Význam izotopů a izotopologů pro pochopení formování a evoluce atmosfér. Atmosférický únik a jeho mechanismy.
6) Planetární evoluce a migrační mechanismy - Spojitost mezi současnými vlastnostmi planet a jejich evoluční historií. Mechanismy migrace planet: Migrace v protoplanetárním disku, Gravitační rozptyl (planet-planet scattering), Kozai-Lidovův mechanismus a sekulární evoluce. Planety v rezonanci a jejich význam pro dynamickou historii systémů. Degenerace v modelech planetární evoluce. Hnědí trpaslíci.
7) Obyvatelnost, biosignatury a budoucnost výzkumu - Koncept obyvatelné zóny a faktory ovlivňující obyvatelnost. Biosignatury: hledání známek života v atmosférách exoplanet. Fermiho paradox a jeho možná řešení. Připravované a budoucí mise pro výzkum exoplanet ( ARIEL, PLATO, HWO). Přínos výzkumu planet Sluneční soustavy pro studium exoplanet.
Formování exoplanet
8) Od prachu k planetesimálám - role prachu v protoplanetárních discích, dynamika prachu v plynu, usazování v rovině disku, radiální drift, koagulace, materiálové a dynamické bariéry pro růst zrn, modelování rozdělení velikostí, nestability směsi prach-plyn.
9-10) Akreční procesy - akrece planetesimál, akrece balvanů, obří impakty, vznik jader obřích planet, akrece plynu, gravitační nestabilita.
11-12) Migrace planet v protoplanetárním disku - základy lineární poruchové analýzy hydrodynamických rovnic, principy studia migračních momentů sil, pojem termální hmotnosti, hlavní momenty síly (Lindbladův a korotační), typy migrace (I, II, III), role struktury a vlastností protoplanetárního disku (turbulentní viskozita, termofyzikální procesy, přenos tepla), vývoj excentricity a sklonu, pokroky v modelování migrace planet.
13) Projevy protoplanet vnořených v disku - vytvoření mezery v prachu a v plynu, kinematické poruchy v proudění plynu, cirkumplanetární obálka a disk, vztah k pozorováním (sub-mm tepelné kontinuum, emise CO molekul, světlo rozptýlené na prachu).
14) Možné scénáře původu hlavních exoplanetárních populací - scénář formování “zevnitř ven”, scénář “roztržení rezonančních řetězců”, role vnitřního okraje disku (sublimační fronta prachových zrn, magnetosferická dutina), role tlakových maxim, rozplynutí protoplanetárního disku, migrace vyvolaná vysokou excentricitou dráhy. Poslední úprava: Ďurech Josef, doc. Mgr., Ph.D. (02.06.2025)
|