Za astronomijo je to zahtevna noč v observatoriju Lick blizu San Joseja v Kaliforniji. Lučke Silicijeve doline se svetijo pod 4200-metrskim vrhom Mount Hamiltona in izpirajo najlepše zvezde. Oblaki se od severa spuščajo z grožnjo dežja. Na planini je deset kupolov teleskopa, jaz pa se sprehodim po strmi poti do največje. Sliši se mrzel zvok, kot ohlapna zaklona, ki stopi v vetru. To je kupola sama, škripajoča, ko se vrti, da je njena odprtina centrirana nad počasi premikajočim se teleskopom v notranjosti.
Sorodne vsebine
- Gradbeni elementi življenja lahko prihajajo iz vesolja
- Kaj pomeni odkritje sto novih planetov za astronomijo in filozofijo
- Glej, Geminidi
Chris McCarthy, astronom na državni univerzi San Francisco (SFSU), me pozdravi pri stranskih vratih. Z majhno lučjo, privezano na njegovo glavo, me popelje po kovinskih stopniščih skozi notranjost kupole, v črno temnem stanju za nočno opazovanje, in v toplo kontrolno sobo. Tam sta Howard Isaacson, starešina SFSU, in Keith Baker, teleskopski tehnik, sedel za računalniškimi zasloni sredi debelih snopov kablov in regalov starinske elektronike. McCarthy in Isaacson klepetata in srkata vroč čaj, medtem ko Baker s svojo računalniško miško prilagaja teleskop. Pred zoro bodo astronomi zbrali svetlobo iz več deset zvezd. Nekatere zvezde bodo, upajo, ujele nove svetove.
V dobi potapljačev, ki raziskujejo Mars in vesoljske teleskope, ki fotografirajo vesolje od zgoraj mrtvega zemeljskega ozračja, je rutina na Licku - 47-letni teleskop, ki ga stojijo zvezde za zvezdo, še več ur - videti raje čuden. Pa vendar so ti astronomi člani ekipe, ki je najboljša v poslu za lov na planete. S teleskopi na Havajih, v Čilu in Avstraliji ter s tistimi v opazovalnici Lick lahko spremljate približno 2000 zvezd - večina je tihih in srednjih let, kot je naše sonce in dovolj blizu Zemlje, da veliki teleskopi lahko jasno vidijo svoje gibanja - ekipa je našla približno dve tretjini od približno 200 tretjih planetov, odkritih zunaj našega osončja. (Nedavni pest o tem, kako določiti planet v našem osončju ni ogrožal planetarnega statusa teh oddaljenih predmetov.)
Nekateri novonastali ekstrasolarni planeti ali eksoplaneti, kot jih imenujejo, so orjaški svetovi, velikosti Jupitra, ki svoje zvezde krožijo po tesnih, pečenih orbitah, daleč bližje kot orbita Merkurja okoli sonca. Drugi se nagibajo blizu svojih zvezd in se nato odmaknejo daleč po jajčnih poteh, raztresejo manjša telesa, ko gredo. Nekateri novorojeni planeti plavajo svoje planete in sestre v ognjeno smrt ali v globino vesolja.
Nikjer ni zaslediti - vsaj še ne - sončnega sistema, kot je naš, s trdnimi planeti v bližini sonca in planeti velikanskih plinov na urejenih procesijah. Tak sistem je najverjetnejši kraj, da skalnati planet, kot je Zemlja, preživi v stabilni orbiti več milijard let. Mogoče je parohialno, toda astronomi, ki iščejo znake življenja drugje v kozmosu - iskanje, ki animira iskanje eksoplanetov - iščejo planete in sončne sisteme, kot je naš, z planetom, ki ni preveč oddaljen niti preveč blizu zvezde in morda z vodo na njeni površini. Kalifornijska ekipa pravi, da je iskanje planetov, podobnih Zemlji, le vprašanje časa.
Konec koncev je preučevanje eksoplanetov še vedno zelo novo. Že pred desetletjem so astronomi ugotovili, da jih je nemogoče videti pred sijajnim bleščanjem njihovih zvezd. Tako je nekaj astronomov poskušalo najti eksoplanete, tako da so iskali zvezde, ki se zdijo vihtele, vlečene zaradi gravitacije nevidnih teles, ki krožijo okoli njih. Toda večina strokovnjakov je dvomila, da bo pristop deloval. "Ljudje so mislili, da je iskanje planetov ničvredno, " pravi McCarthy. "Bil je en korak nad iskanjem nezemeljske inteligence in to je bil korak nad ugrabitvijo tujcev. Zdaj je to eden največjih znanstvenih dosežkov 20. stoletja."
Prvi eksoplanet, ki sta ga leta 1995 odkrila župan Michel in Didier Queloz z Ženevske univerze v Švici, je bil velikanski objekt, ki je v velikosti Jupitra, vsake štiri dni se je vrtel okoli zvezde, podobne našemu soncu. Zvezda v ozvezdju Pegasus je oddaljena približno 50 svetlobnih let. Več "vročih Jupitrov" ali velikanskih plinastih planetov, ki krožijo blizu zvezd, se hitro pojavijo, čeprav le zato, ker ta velika telesa vsiljujejo najbolj izrazite nihanje svojim matičnim zvezdam.
Čeprav astronomi teh planetov niso opazovali neposredno, sklepajo, da so plinasti glede na velikost in kaj je znano o nastanku planetov. V velikem disku prahu in plina, ki obdaja zvezde, se od naplavin strdi planet. Če doseže določeno velikost - 10 do 15-krat večjo od Zemlje -, tako gravitacijsko potegne in sesa toliko plina, da postane plinski velikan.
Ko so se merilne tehnike izboljševale, so astronomi zaznavali postopno manjše planete - najprej velikosti Saturna, nato pa vse do Neptuna in Urana. Po nekaj letih opažanja eksoplanetov so znanstveniki opazili obetaven trend: ko so velikosti, ki so jih lahko zaznali, manjše, vedno več jih je bilo. Proces, ki gradi planete, se zdi naklonjen malčkom, ne titanom.
V zadnjem letu in pol je kalifornijska ekipa in skupina, ki so jo vodili raziskovalci v Parizu, odkrili najmanjše eksoplanete, ki so jih še videli okoli zvezd, podobnih soncu: dva planeta sta bila le pet do osemkrat večja od mase Zemlje. Astronomi pravijo, da so takšni sveti večinoma sestavljeni iz kovine in kamnin, morda z gosto atmosfero. Eksoplanet, ki ga je našel astronom Geoff Marcy s kalifornijske univerze v Berkeleyju in njegovi sodelavci, je blizu njegove zvezde in verjetno preveč vroč, da bi tekočina obstajala na njeni površini. Drugi planet kroži daleč od blede zvezde in je lahko tako hladen kot Pluton. Kljub temu je bilo spoznanje, da niso vsi eksoplaneti velikanske kroglice s plinom, pomembno za to polje. "To so prvi verjetno kamniti svetovi, " pravi Marcy. "Prvič začenjamo odkrivati svojo planetarno sorodstvo med zvezdami."
Najbolj presenetljiva značilnost eksoplanetov doslej, Marcy pravi, da je nekega dne v svoji pisarni na kampusu Berkeley njihova nenavadna orbita. V klasičnem diagramu "oster pogled" našega sončnega sistema planeti (razen za čudnega Plutona, ki je bil pred kratkim demotiviran na pritlikav planet) zasledujejo vrtoglave koncentrične kroge okoli sonca. Marcy seže za svojo lepo mizo in vzame orli, mehanski model našega osončja. Kovinske kroglice na koncih vreteno ročic se vrtijo okoli sonca. "Vsi smo pričakovali, da bomo videli te fonografske žlebove krožne orbite, " pravi Marcy. "Tako so v učbenikih govorili o planetarnih sistemih. Ko smo leta 1996 prvič začeli videti ekscentrične orbite, so ljudje rekli, da ne morejo biti planeti. A izkazalo se je, da so predsodki stvari, ki prihajajo."
Tik po polnoči v opazovalnici Lik astronomi dobro napredujejo na nočnem kontrolnem seznamu 40 zvezd. Njihove tarče ponavadi niso glavne zvezde ozvezdij, vendar pa so mnoge celo dovolj svetle, da jih vidimo s prostim očesom. "Ko sem zunaj s prijatelji, lahko pokažem na nekaj zvezd, za katere vemo, da imajo planete, " pravi Howard Isaacson. Ena posebej svetla zvezda v ozvezdju Andromeda ima tri.
McCarthy ponuja razkritje skrivnosti uspeha ekipe v vohunjenju eksoplanetov. Stopiva v temno kupolo in greva pod teleskop s svojim deset čevljem širokim zrcalom, ki zbira in fokusira šibke žarke svetlobe oddaljenih zvezd. Ogromen teleskop sem videl med dnevnimi ogledi, ponoči pa je videti veliko bolj vitalno, njegove debele kovinske opornice so pod kotom noge visokih molilnih mantis, ki gledajo v nebesa. McCarthy me vodi v utesnjeno sobo pod dno kupole, kjer se zvezdna svetloba, koncentrirana z ogledalom teleskopa, pretaka v valj, manjši od pločevinke sode. Zavit je v modro peno, na obeh koncih je steklo. V notranjosti je videti prazen, vendar sem rekel, da je poln plina joda, segretega na 122 stopinj Fahrenheita.
To jodno celico sta razvila Marcy in njegov nekdanji študent Paul Butler, zdaj astronom na Carnegie ustanovi v Washingtonu, DC Ko svetloba zvezde prehaja skozi vroč plin, molekule joda absorbirajo določene valovne dolžine svetlobe. Preostalo svetlobo razširi v mavrico instrument, ki deluje kot prizma. Ker je jod odšteval koščke svetlobe, so temne črte razpršene po spektru kot dolga črtna koda supermarketa. Vsaka zvezda nosi svoj lastni podpis valovnih dolžin svetlobe, ki jih je absorbirala atmosfera zvezde. Te valovne dolžine se rahlo pomaknejo, ko se zvezda premakne proti ali stran od nas. Astronomi primerjajo zvezdnikov lastni podpis temnih črt s stabilnimi jodnimi črtami od ene noči do druge ter iz meseca v mesec in iz leta v leto. Ker je toliko natančnih linij, je mogoče zaznati celo minutne premike. "Kot bi držali zvezdo do koščka graf papirja, " pravi McCarthy. "Jodne črte se nikoli ne premikajo. Torej, če se zvezda premika, uporabljamo jodne črte kot ravnilo, na podlagi katerega lahko merimo to gibanje."
Za nekaj tako velikega kot zvezda je edino, kar lahko povzroči reden, ponavljajoč premik, gravitacijski vlačilci druge zvezde - ki bi jih astronomi lahko zlahka zaznali zaradi lastnega svetlobnega podpisa spremljevalne zvezde in njene zajetne mase - ali skritega planeta v orbiti okoli njega. Jodna celica lahko sledi zvezdi, ki se giblje tako počasi kot nekaj metrov na sekundo - človeška hitrost hoje - skozi ogromno praznino trilijonov milj prostora. Ta občutljivost je razlog, zakaj številne ekipe za lov na planete uporabljajo jodno celico.
Pokukam vanj in vidim modro folijo in žice za ogrevanje, ki se pretakajo skozi modro peno. Zdi se, da trakovi kanalnega traku držijo njegove dele skupaj. Ko se vrnemo v nadzorno sobo, se McCarthy nasmehne in opozori slogan na puloverju Keith Bakerja: "Ko postane težje, je treba uporabiti vodilni trak."
Bolj nenavadno oblikovane in nenavadno razporejene orbite, ki jih astronomi najdejo, bolj spoznajo, da naravni proces nastajanja planeta vabi v kaos in nered. "Jasno je postalo, da je bil naš osončje s svojo lepo dinamiko in arhitekturo veliko bolj stabilno kot tisti okoli drugih zvezd, " pravi teoretični astrofizik Greg Laughlin iz kalifornijske univerze v Santa Cruzu, ki sodeluje z Marcyjevo in Butlerjevo ekipo. Poskušanje ugotovitve, kako so novi planeti pridobili svoje čudne poti, je bila zastrašujoča naloga. Laughlin oblikuje računalniške modele orbite eksoplanetov, da bi poskušal na novo ustvariti zgodovine planetov in napovedati njihove usode. Osredotoča se na vlogo gravitacije pri čuječnosti. Na primer, ko se velik planet giblje po ekscentrični orbiti, lahko njegova gravitacija deluje kot na robu in preleti manjše bližnje svetove. "V nekaterih od teh sistemov, " pravi Laughlin, "če v bivalno orbito vstavite zemeljski planet, ga lahko dobesedno izvržemo v nekaj tednih."
Interakcije med planeti so morda v kozmosu pogoste, pravijo Laughlin in njegovi kolegi. Znano je, da skoraj 20 zvezd okoli sebe kroži več kot en planet in nekateri od teh sorodnih eksoplanetov so zaklenjeni v ples, imenovan "resonanca". Na primer, en planet obkroži zvezdo, imenovano Gliese 876, traja 30 dni v orbiti, medtem ko drug planet traja skoraj dvakrat dlje. Laughlinovi izračuni kažejo, da njihovo medsebojno gravitacijsko vlečenje ohranja stabilno razporeditev med uro v obliki ure.
Resonance so močan namig, da so planeti preselili daleč od svojih rojstnih krajev. Disk prahu in plina, ki požene embrionalne planete, ima svojo gravitacijo. Disk se vleče po planetih in jih postopoma potegne navznoter proti zvezdi ali jih v nekaterih primerih prisili navzven. Ko se to selitev dogaja že več sto tisoč let, se nekateri eksoplaneti ujamejo v resonanco s sosedi. Ko se veliki planeti končajo v tesnih četrtinah, se med seboj bičijo in ustvarijo nekaj ekscentričnih orbit, ki jih vidi ekipa. Vsaj to je trenutno najboljše ugibanje.
Drugi planeti niso dolgo za ta svet. Laughlinovi računalniški modeli kažejo, da se bodo nekateri planeti, ki so najbližji njihovim zvezdam, pahnili vanje, ko bodo bolj oddaljeni planeti ustrahovali svojo pot v manjše orbite, morda v nekaj sto letih. Ta raziskava daljnih sončnih sistemov je ustvarila fascinanten scenarij o našem lastnem sončnem sistemu. Nekateri astronomi teoretizirajo, da so Venera, Zemlja in Mars planeti "druge generacije", nasledniki prejšnjih teles, ki so se rodila bližje soncu in so selila navznoter, dokler jih niso zaužili.
Ali ves opaženi kaos v vesolju nosi strašne posledice za majhne skalnate planete? Sploh ne, pravi Laughlin. Tehnika merjenja vrtinčnih zvezd, ki so tako občutljive, bi morala biti približno desetkrat lepša, da bi razkrila predmete velikosti Zemlje. Toda satelitski teleskopi, ki naj bi bili predstavljeni v naslednjih nekaj letih, bi lahko zaznali "sence" tujcev, ko majhni planeti prehajajo pred njihovimi zvezdami. Laughlin napoveduje, da bodo sateliti našli trupla v skupinah, celo okoli zvezd, kjer še niso videli velikih planetov. "Zelo verjetno je, da zvezde, podobne soncu, spremljajo zemeljski planeti, " pravi. "Moj intuitivni občutek je, da naš osončje sploh ni redko."
Berkeleyjev Geoff Marcy se strinja, saj pravi, da se vsaka zvezda rodi z dovolj surovine okoli nje, da ustvari veliko planetov. Veliko trdnih planetov, kot je Zemlja, bi se moral oblikovati, ko se prah združi v kamenčke, ki se znova in znova trčijo v asteroide, lune in planete. "Mogoče so Jupiterji redki, " pravi, "vendar so skalna planeta skoraj zagotovo pogosta. Samo ne vidim, kako bi bilo težko narediti Zemljo."
Majhen eksoplanet, ki sta ga nedavno odkrila Marcyjeva in Butlerjeva ekipa, podpira to stališče. Našli so ga med spremljanjem dveh resonančnih planetov v sistemu Gliese 876, ki je oddaljen 15 svetlobnih let. Nekaj je na orbitah planetov povzročalo subtilne dodatne vlačilce, najboljša razlaga za to pa je tretji planet, ki je morda 7, 5-krat večji od Zemlje. Glede na njegovo velikost je planet verjetno skalnat, kot Zemlja, ne pa plinski velikan. Odkritje je bilo pomemben korak k odgovoru na vprašanje, ki ga imamo vsi v mislih: Ali najdemo potencialne habitate za življenje drugje?
Astronomi so upali, da bo na to vprašanje odgovorila Nasina satelitska misija z imenom Zemeljski iskalnik planetov. Šlo naj bi za preseganje zaznavanja eksoplanetov: posneli bi slike najbolj mučnih eksoplanetov in analizirali njihovo atmosfero. Toda v začetku tega leta je NASA zastavila misijo, predvsem zaradi prekoračitve proračuna vesoljske postaje in vesoljskega shuttlea ter pričakovanih stroškov načrta za pošiljanje ljudi na Mars.
Medtem kalifornijska ekipa še naprej išče več eksoplanetov. Čez nekaj mesecev bosta Marcy in sodelavka Debra Fischer iz SFSU začela delati z novim teleskopom na Licku, imenovanim Automated Planet Finder, ki bo imel najobčutljivejši instrument za analizo svetlobe, ki je bil narejen za iskanje eksoplanetov. Vsak jasni večer bo robotski instrument skeniral približno 25 obetavnih zvezd z možnostjo zaznavanja planetov, majhnih od tri do petkrat večjih od Zemlje. "To bo prvi teleskop na svetu, popolnoma posvečen lovu na planete, " pravi Fischer. "Ljudje so mislili, da bodo potrebovali vesoljske misije v milijard dolarjev, da bi našli druge planete, kot je Zemlja, vendar mislim, da smo nanjo ustrelili s tal."
Marcy pravi, da je iskanje planetov z zemlje šele začetek. "Konec koncev moramo iti z robotskim vesoljskim plovilom in majhnim digitalnim fotoaparatom ter poslati tega malega mladička Tau Cetiju ali Epsilonu Eridaniju, " pravi Marcy in poimenuje dve bližnji zvezdi s posebno obljubo za gostovanje planetov, podobnih Zemlji. Oddaljeni so 12 oziroma 10, 5 svetlobnih let. "Seveda bo minilo 100 let [za razvoj tehnologije], vendar je to čudovit cilj za naše vrste in to je znotraj našega dosežka. Tehnološko je izvedljivo, da dobimo prve slike površja planeta okoli druge zvezde. . Lahko začnemo globalno misijo, poslanca z Zemlje. Napor, ki ga zdaj izvajamo, je preprosto izvidništvo za to misijo, vendar je slavna izvidnica, da v kozmični puščavi opazimo prve oaze. "
Robert Irion vodi program za komunikacijo znanosti na kalifornijski univerzi v Santa Cruzu. Fotograf Peter Menzel je soavtor Hungry Planet: What World Eats .
