Това е предизвикателна нощ за астрономията в обсерваторията Лик в близост до Сан Хосе, Калифорния. Светлините на Силиконовата долина сияят под върха на 3200 фута на планината Хамилтън, измивайки най-слабите звезди. Облаците се спускат по-близо от север със заплаха от дъжд. На върха на планината са десет купола на телескопа, а аз вървя по стръмна алея към най-големия. Има зловещ звук, като рохкав затвор, стенещ на вятъра. Това е самият купол, скърцащ, докато се върти, за да запази отвора си в центъра над бавно движещия се телескоп вътре.
Свързано съдържание
- Строителните блокове на живота може да дойдат от космоса
- Какво означава откриването на стотици нови планети за астрономията и философията
- Ето, Близнаците
Крис Маккарти, астроном от Държавния университет в Сан Франциско (SFSU), ме посреща на странична врата. Носейки малка светлина, прикована към главата му, той ме води по метални стълби през вътрешността на купола, държан тъмно тъмен за нощни наблюдения, и в топлата контролна зала. Там Хауърд Исааксон, старши от SFSU, и Кийт Бейкър, техник по телескопи, седят на компютърни екрани сред дебели снопове кабели и стелажи с антикварна електроника. Маккарти и Исааксон разговарят и отпиват горещ чай, докато Бейкър използва компютърната си мишка, за да регулира телескопа. Преди зазоряване астрономите ще съберат светлина от десетки звезди. Някои от звездите, надяват се, носят нови светове.
В епоха на роувъри, изследващи Марс и космически телескопи, правещи ослепителни снимки на Космоса от горе на земната атмосфера, рутината в Лик - посочва 47-годишен телескоп в звезда след звезда с часове наред - се чувства по-скоро старомоден. И все пак тези астрономи са членове на екип, който е най-добрият в бизнеса за лов на планети. Използвайки телескопи на Хаваите, Чили и Австралия, както и тези в обсерваторията Лик, за да наблюдава около 2000 звезди - повечето от тях тихи и на средна възраст като нашето слънце и достатъчно близо до Земята за големи телескопи, за да получат ясна представа за своите движения - екипът е открил около две трети от общо 200-те планети, открити извън Слънчевата ни система досега. (Неотдавнашният хъб за това как да определим планета в нашата Слънчева система не е застрашил планетарния статус на тези далечни обекти.)
Някои от новооткритите екстрасоларни планети или екзопланети, както ги наричат, са гигантски светове с размерите на Юпитер, които обикалят звездите си по стегнати, печени орбити, далеч по-близо от орбитата на Меркурий около слънцето. Други се спускат близо до звездите си и след това се извиват далеч по пътеки с форма на яйца, разпръсквайки по-малки тела, докато вървят. Някои новородени планети хвърлят своите планети за близки до огнена гибел или в дълбините на космоса.
Никъде не се вижда - поне още не - слънчева система като нашата, със солидни планети в близост до слънцето и газогенетични планети на подредени процесии по-далеч. Такава система е най-вероятното място за скалиста планета като Земята да оцелее в стабилна орбита в продължение на милиарди години. Може би е парахиално, но астрономите, търсещи знаци на живот другаде в Космоса - търсене, което оживява търсенето на екзопланети - търсят планети и слънчеви системи, по-скоро като нашата, с планета, която не е нито твърде далеч, нито твърде близо до звезда и може би с вода на повърхността си. Екипът на Калифорния казва, че намирането на планети, подобни на Земята, е само въпрос на време.
Проучването на екзопланети все още е много ново. По-рано от десетилетие астрономите прецениха, че би било невъзможно да ги видят срещу блестящите отблясъци на техните звезди. Така няколко астрономи се опитаха да намерят екзопланети, като търсят звезди, които сякаш се клатят, придърпани от гравитацията на невидими тела, орбитиращи около тях. Но повечето експерти се съмняваха, че подходът ще работи. "Хората смятаха, че търсенето на планети е безполезно", казва Маккарти. "Това беше една стъпка над търсенето на извънземна интелигентност и това беше една стъпка над отвличането на извънземни. Сега това е един от най-големите научни постижения на 20 век."
Първата екзопланета, открита през 1995 г. от кмета на Мишел и Дидие Келоз от Университета в Женева, в Швейцария, беше гигантски обект, наполовина по-малък от Юпитер, въртящ се около звезда, подобна на нашето слънце, в ожесточена орбита на всеки четири дни. Звездата, в съзвездието Пегас, е на около 50 светлинни години. По-"горещите юпитери" или гигантски газообразни планети, орбитиращи близо до звезди, бързо изплуват, дори само защото тези големи тела налагат най-силно изразените колебания на родителските си звезди.
Въпреки че астрономите не са наблюдавали директно тези планети, те заключават, че те са газообразни от техните големи размери и какво се знае за формирането на планетата. Планетата се слива от отломките в големите дискове от прах и газ, заобикалящи звезди. Ако достигне определен размер - 10 до 15 пъти по-голям от Земята - той упражнява такова гравитационно дърпане и изсмуква толкова много газ, че се превръща в газов гигант.
Тъй като измервателните техники се подобряват, астрономите различават постепенно по-малки планети - първо размерите на Сатурн, а след това надолу към Нептун и Уран. След няколко години забелязване на екзопланети, учените видяха обещаваща тенденция: тъй като размерите, които можеха да открият, станаха все по-малки, имаше все повече и повече. Процесът, който изгражда планети, изглежда благоприятства малките, а не титаните.
През последната година и половина екипът на Калифорния и група, ръководени от изследователи в Париж, откриха най-малките екзопланети, които все още се виждат около звезди, подобни на слънце: двете планети бяха само пет до осем пъти по-големи от масата на Земята. Астрономите казват, че такива светове може да се състоят предимно от метал и скала, може би с дебела атмосфера. Екзопланетата, открита от астронома Джеф Марси от Калифорнийския университет в Бъркли и колеги, е близо до звездата си и вероятно е твърде гореща, за да съществува течност на повърхността му. Другата планета орбитира далеч от слаба звезда и може да е толкова студена, колкото Плутон. Все пак научаването, че не всички екзопланети са гигантски топки с газ, бе забележителна за полето. „Това са първите, правдоподобно скалисти светове“, казва Марси. "За първи път започваме да откриваме планетарния си род между звездите."
Най-изненадващата характеристика на екзопланетите досега, казва Марси един ден в кабинета си в кампуса в Бъркли, са техните необичайни орбити. В класическата диаграма „изглед отгоре“ на нашата Слънчева система, планетите (с изключение на странния Плутон, наскоро демотиран на планета джудже) проследяват прекрасни концентрични кръгове около слънцето. Марси посяга зад чистия си бюро и изважда орел, механичен модел на нашата слънчева система. Метални топки в краищата на въртящи се ръце се въртят около слънцето. „Всички очаквахме да видим тези кръгови орбити от фонографни канали“, казва Марси. "Това казва учебниците за планетарните системи. Затова, когато за първи път започнахме да виждаме ексцентрични орбити през 1996 г., хората казаха, че не могат да бъдат планети. Но те се оказаха предвестник на предстоящите неща."
Точно след полунощ в обсерваторията Лик астрономите постигат добър напредък в нощния контролен списък от 40 звезди. Целите им обикновено не са най-големите звезди на съзвездията, но въпреки това много от тях са достатъчно ярки, за да се видят с просто око. "Когато съм навън с приятелите си, мога да посоча няколко звезди, за които знаем, че имат планети", казва Хауърд Исаксон. Една особено ярка звезда в съзвездието Андромеда има три.
Маккарти предлага да разкрие тайната на успеха на екипа в шпионирането на екзопланети. Влизаме в тъмния купол и минаваме под телескопа, с огледалото му широко десет фута, което събира и фокусира слабите лъчи на светлината от далечни звезди. Бях виждал масивния телескоп по време на дневни обиколки, но през нощта той изглежда много по-жизнен, дебелите му метални подпори са под ъгъл като краката на висок молещ се богомолник, гледащ към небето. Маккарти ме води в тясна стая под пода на купола, където звездна светлина, концентрирана от огледалото на телескопа, се влива в цилиндър, по-малък от съда със сода. Той е обвит в синя пяна, със стъкло от двата края. Изглежда празно отвътре, но ми казват, че е пълен с йоден газ, загрят до 122 градуса по Фаренхайт.
Тази йодна клетка е разработена от Марси и бившия му ученик Пол Бътлър, сега астроном от институцията Карнеги във Вашингтон, окръг Колумбия. Когато светлина от звезда преминава през горещия газ, йодните молекули поглъщат определени дължини на вълната на светлината. Останалата светлина се разпространява в дъга чрез инструмент, който действа като призма. Тъй като йодът е извадил късчета светлина, тъмните линии са разпръснати по целия спектър като дълъг баркод в супермаркета. Всяка звезда носи собствен подпис на светлинни дължини на вълните, които са били погълнати от атмосферата на звездата. Тези дължини на вълните леко се изместват, когато звезда се движи към или далеч от нас. Астрономите сравняват собствения подпис на тъмните линии на звездата със стабилните йодни линии от една нощ до следващата и от месец на месец и година на година. Тъй като има толкова много фини линии, е възможно да се открият дори минутни смени. „Това е все едно да държите звездата до лист хартия с графики“, казва Маккарти. "Йодните линии никога не се движат. Така че, ако звездата се движи, ние използваме йодните линии като линийка, срещу която да измерваме това движение."
За нещо толкова голямо като звезда, единствените неща, които могат да причинят редовно, повтарящо се изместване, са гравитационните влекачи на друга звезда - които астрономите биха могли да открият лесно поради собствения светлинен подпис на придружител и огромната му маса - или скрита орбита на планетата около него. Йодната клетка може да проследи звезда, движеща се толкова бавно, колкото няколко фута в секунда - човешка скорост на ходене - през огромната празнота на трилиони мили пространства. Тази чувствителност е причината много екипи за лов на планети да използват йодната клетка.
Взирам се в него и виждам някакво свити фолио и нагревателни проводници, които се промъкват през синята пяна. Появяват се ленти от лента за канали, които държат части от нея заедно. След като се върнем в контролната зала, Маккарти се изкикотява и посочва лозунга върху потната риза на Кийт Бейкър: „Когато тръгва трудно, трудната лента се използва“.
Колкото по-странно оформени и странно разположени орбити откриват астрономите, толкова повече осъзнават, че естественият процес на формиране на планетата кани хаос и разстройство. „Стана ясно, че нашата Слънчева система, с красивата си динамика и архитектура, е много по-стабилна от тези около други звезди“, казва теоретичният астрофизик Грег Лафлин от Калифорнийския университет в Санта Крус, който си сътрудничи с екипа на Марси и Бътлър. Опитът да разбера как новите планети придобиха странните си пътеки беше обезсърчаваща задача. Лафлин проектира компютърни модели на орбита на екзопланета, за да се опита да пресъздаде историите на планетите и да предвиди съдбите им. Той се съсредоточава върху ролята на гравитацията в хаос. Например, когато голяма планета се движи по ексцентрична орбита, нейната гравитация може да действа като прашка и да хвърля по-малки близки светове. "В някои от тези системи", казва Лафлин, "ако поставите планета, подобна на Земята, в обитаема орбита, тя може буквално да бъде изхвърлена в рамките на седмици."
Взаимодействията между планетите може да са често срещани в Космоса, казват Лофлин и неговите колеги. Известно е, че почти 20 звезди имат повече от една орбита около тях, а някои от тези екзопланети на братята са заключени в танц, наречен "резонанс". Например, една планета, обикаляща звезда, наречена Gliese 876, отнема около 30 дни в орбита, докато друга планета отнема почти точно два пъти повече. Изчисленията на Лафлин показват, че взаимното им гравитационно издърпване запазва стабилна подредба на часовника между двете планети.
Резонансите са силни улики, че планетите са мигрирали далеч от родните си места. Дискът от прах и газ, който поражда ембрионални планети, притежава собствена гравитация. Дискът се влачи върху планетите, постепенно ги издърпва навътре към звездата или в някои случаи ги принуждава навън. Докато тази миграция продължава стотици хиляди години, някои екзопланети стават в капан в резонанс със съседите си. Когато големите планети се озовават в близки помещения, те се размахват и създават някои от ексцентричните орбити, които се виждат от екипа. Поне това е най-доброто предположение за сега.
Други планети не са дълги за този свят. Компютърните модели на Лафлин предполагат, че някои от най-близките до звездите им планети ще се потопят в тях, тъй като по-далечни планети насилват пътя си в по-малки орбити, може би за стотици хиляди години. Това изследване на далечни слънчеви системи породи увлекателен сценарий за нашата собствена слънчева система. Някои астрономи теоретизират, че Венера, Земята и Марс са планети от второ поколение, приемници на по-ранни тела, които са се родили по-близо до слънцето и са мигрирали навътре, докато не бъдат консумирани.
Всички наблюдавания хаос във Вселената предвещават ли ужасни последици за малките скалисти планети? Изобщо не, казва Лафлин. Техниката за измерване на колебанията на звезди отзад и напред, така чувствителна, би трябвало да бъде около десет пъти по-фина, за да се разкрият обектите с размерите на Земята. Но сателитните телескопи, планирани за изстрелване през следващите няколко години, може да могат да открият „сенки“ на извънземни земи, докато малките планети преминават пред своите звезди. Лафлин прогнозира, че спътниците ще открият такива тела в групи, дори около звезди, където все още не са виждани големи планети. "Много е вероятно звездите [подобни на слънце] да са придружени от земни планети", казва той. "Моето интуитивно усещане е, че нашата Слънчева система изобщо не е рядкост."
Джеф Марси от Беркли се съгласява, защото казва, че всяка звезда се ражда с достатъчно суровина около нея, за да създаде много планети. Много твърди планети като Земята трябва да се образуват, казва той, когато прахът се слива в камъчета, които се сблъскват отново и отново, за да направят астероиди, луни и планети. "Може би Юпитери са рядкост, " казва той, "но скалистите планети почти сигурно са често срещани. Просто не виждам как правенето на Земя би могло да бъде трудно."
Малката екзопланета, открита наскоро от екипа на Марси и Бътлър, поддържа това мнение. Те са го открили, докато наблюдават двете резонансни планети в системата Gliese 876, която е на 15 светлинни години. Нещо изпитваше фини допълнителни влекачи по орбитите на планетите и най-доброто обяснение за това е трета планета, може би 7, 5 пъти по-масивна от Земята. Предвид размерите си, планетата вероятно е скалиста, като Земята, а не газов гигант. Откритието беше основна стъпка към отговора на въпроса за съзнанието на всеки: Можем ли да намерим потенциални местообитания за живот другаде?
Астрономите се надяваха, че този въпрос ще бъде отговорен от сателитна мисия на НАСА, наречена наземна планета Finder. Трябваше да надхвърли откриването на екзопланети: щеше да направи снимки на най-изтръпващите екзопланети и да анализира тяхната атмосфера. Но в началото на тази година НАСА постави мисията в задържане, най-вече заради превишаване на бюджета от космическата станция и космическата совалка и очакваната цена на плана за изпращане на хора на Марс.
Междувременно екипът, базиран в Калифорния, продължава да търси повече екзопланети. След няколко месеца Марси и колегата му Дебра Фишер от SFSU ще започнат работа с нов телескоп в Лик, наречен Automated Planet Finder, който ще включва най-чувствителния инструмент за анализиране на светлината досега, направен за търсене на екзопланети. Роботизираният инструмент ще сканира около 25 обещаващи звезди всяка ясна нощ с потенциал да открие планети, малки до три до пет пъти по-големи от Земята. „Това ще бъде първият телескоп в света, изцяло посветен на лов на планети“, казва Фишер. „Хората смятаха, че ще са необходими космически мисии на милиарди долари, за да се намерят други планети като Земята, но мисля, че имаме изстрел към нея от земята“.
Марси казва, че намирането на планети от земята е само началото. "В крайна сметка трябва да отидем с роботизиран космически кораб и малък цифров фотоапарат и да изпратим това малко кученце в Тау Сети или Епсилон Еридани", казва Марси, като посочва две близки звезди с особено обещание за хостинг на планети, подобни на Земята. Те са съответно на 12 и 10.5 светлинни години. „Сигурно ще отнеме 100 години [за разработването на технологията], но това е чудесна цел за нашия вид и това е в рамките на нашето разбиране. Напълно технологично е възможно да се получат първите снимки на повърхността на планета около друга звезда . Можем да стартираме глобална мисия, емисар от Земята. Усилията, които полагаме сега, са просто разузнаване за тази мисия, но е славно разузнаване да забележим първите оазиси в космическата пустиня. "
Робърт Ириън ръководи програмата за комуникация на науката в Калифорнийския университет в Санта Крус. Фотографът Питър Мензел е съавтор на Hungry Planet: What the World Eats .
