Este o noapte provocatoare pentru astronomie la Lick Observatory, lângă San Jose, California. Luminile din Silicon Valley strălucesc sub vârful muntelui Hamilton de 4.200 de metri, spălând stelele cele mai slabe. Norii se abate mai aproape de nord cu o amenințare de ploaie. Pe munte se află zece cupole ale telescopului și merg pe un drum abrupt până la cea mai mare. Se aude un sunet înspăimântător, ca un obloană dezlănțuit care gemu în vânt. Este cupola în sine, crepând în timp ce se rotește pentru a-și menține deschiderea centrată deasupra telescopului în mișcare lentă din interior.
Continut Asemanator
- Blocurile de viață pot veni din spațiul exterior
- Ce înseamnă descoperirea a sute de planete noi pentru astronomie și filozofie
- Iată, Geminidele
Chris McCarthy, astronom la Universitatea de Stat din San Francisco (SFSU), mă întâmpină la o ușă laterală. Purtând o lumină mică legată de capul lui, el mă conduce pe scările metalice prin interiorul cupolei, păstrat întunecat la culoare pentru observații nocturne și în camera caldă de control. Acolo, Howard Isaacson, un senior SFSU, și Keith Baker, un tehnician de telescop, stau la ecranele computerului în mijlocul unor grămezi groase de cabluri și rafturi de electronice antichizate. McCarthy și Isaacson vorbesc și beau ceai fierbinte în timp ce Baker își folosește mouse-ul pentru computer pentru a regla telescopul. Înainte de zori, astronomii vor aduna lumina din zeci de stele. Unele dintre stele, speră, adăpostesc noi lumi.
Într-o epocă a călătorilor care explorează Marte și telescoape spațiale, făcând imagini orbitoare ale cosmosului de deasupra tenebrei atmosferei Pământului, rutina de la Lick - indicând un telescop în vârstă de 47 de ani, stea după stea, ore întregi, se simte mai degrabă ciudat. Cu toate acestea, acești astronomi sunt membri ai unei echipe care este cea mai bună în activitatea de vânătoare a planetei. Folosind telescoape în Hawaii, Chile și Australia, precum și cele de la Lick Observatory, pentru a monitoriza aproximativ 2.000 de stele - majoritatea liniștite și de vârstă mijlocie ca soarele nostru și suficient de aproape de Pământ pentru ca telescoapele mari să poată avea o vedere clară a lor mișcări - echipa a găsit aproximativ două treimi din cele 200 de planete descoperite până acum în afara sistemului nostru solar. (Hubbub-ul recent despre cum să definiți o planetă în sistemul nostru solar nu a amenințat starea planetară a acestor obiecte îndepărtate.)
Unele dintre planetele extrasolare noi, sau exoplanetele, cum sunt numite, sunt lumi uriașe de dimensiunea Jupiterului care își înconjoară stelele pe orbite strâmte, care prăjesc, mult mai aproape de orbita lui Mercur în jurul soarelui. Alții se apropie de stelele lor și apoi se balansează departe pe cărările în formă de ou, împrăștiau corpuri mai mici pe măsură ce merg. Unele planete nou-născuți își aruncă planetele fratelui într-un doom înflăcărat sau în adâncurile spațiului.
Nicăieri nu se vede - cel puțin nu încă - nu este un sistem solar ca al nostru, cu planete solide în apropierea soarelui și planetele gigantice pe gaz în procesiuni ordonate mai departe. Un astfel de sistem este cel mai probabil loc pentru o planetă stâncoasă precum Pământul să supraviețuiască pe o orbită stabilă miliarde de ani. Poate că este parohial, dar astronomii care caută semne de viață în altă parte a cosmosului - o căutare care animă căutarea exoplanetelor - caută planete și sisteme solare mai degrabă ca ale noastre, cu o planetă care nu este nici prea departe, nici prea aproape de o stea, și poate cu apă la suprafața sa. Echipa din California spune că găsirea unor planete similare Pământului este doar o problemă de timp.
Studiul exoplanetelor este încă foarte nou, până la urmă. Cu mai bine de un deceniu în urmă, astronomii au considerat că ar fi imposibil să-i vedem împotriva strălucirii strălucitoare a stelelor lor. Așa că câțiva astronomi au încercat să găsească exoplanete căutând stele care păreau să se fluture, smulgute de gravitatea corpurilor nevăzute care orbitează în jurul lor. Dar majoritatea experților se îndoiau că abordarea va funcționa. „Oamenii credeau că căutarea planetelor nu are valoare”, spune McCarthy. "A fost cu un pas peste căutarea inteligenței extraterestre și acesta a fost cu un pas de a fi răpit de extratereștri. Acum, este unul dintre cele mai mari progrese științifice ale secolului XX".
Primul exoplanet, descoperit în 1995 de Michel Mayor și Didier Queloz, de la Universitatea Geneva, în Elveția, a fost un obiect uriaș la jumătatea dimensiunii lui Jupiter, care se învârtea în jurul unei stele asemănătoare soarelui nostru într-o orbită frenetică la fiecare patru zile. Steaua, aflată în constelația Pegasus, se află la aproximativ 50 de ani lumină. Mai multe „Jupitere fierbinți” sau planete gazoase uriașe care orbitează aproape de stele, au ieșit rapid la suprafață, doar dacă aceste corpuri mari impun cele mai pronunțate căluțe pe stelele lor părinte.
Deși astronomii nu au observat direct aceste planete, ei deduc că sunt gazoși de la dimensiunea lor pură și ce se știe despre formarea planetei. O planetă se extinde din moloz în marile discuri de stele care înconjoară praf și gaz. Dacă atinge o anumită dimensiune - de 10 până la 15 ori mai mare decât Pământul - exercită o atracție gravitațională și aspiră atât de mult gaz, încât devine un gigant gazos.
Pe măsură ce tehnicile de măsurare s-au îmbunătățit, astronomii au descoperit planete mai mici treptat - mai întâi de dimensiunea lui Saturn, apoi până la Neptun și Uranus. După câțiva ani de depistare a exoplanetelor, oamenii de știință au văzut o tendință promițătoare: pe măsură ce dimensiunile pe care le-au putut detecta au devenit mai mici, au existat din ce în ce mai multe. Procesul care construiește planete pare să-i favorizeze pe cei mici, nu pe titani.
În ultimul an și jumătate, echipa din California și un grup condus de cercetători din Paris au descoperit cele mai mici exoplanete încă văzute în jurul stelelor asemănătoare soarelui: cele două planete au fost de doar cinci până la opt ori mai mult decât masa Pământului. Astronomii spun că astfel de lumi pot consta în cea mai mare parte din metal și rock, poate cu atmosfere groase. Exoplaneta găsită de astronomul Geoff Marcy de la Universitatea California din Berkeley și colegii săi este aproape de steaua ei și probabil prea caldă pentru ca lichidul să existe pe suprafața sa. Cealaltă planetă orbitează departe de o stea slabă și poate fi la fel de rece ca Pluto. Totuși, a afla că nu toate exoplanetele sunt bile gigantice de gaz a fost un reper pentru câmp. "Acestea sunt primele lumi plauzibil de stâncoase", spune Marcy. "Pentru prima dată, începem să ne descoperim rudele planetare printre stele."
Cea mai surprinzătoare caracteristică a exoplanetelor de până acum, Marcy spune că într-o zi în biroul său din campusul Berkeley, sunt orbitele lor neobișnuite. În schema clasică „vedere aeriană” a sistemului nostru solar, planetele (cu excepția lui Pluto ciudat, recent retras pe o planetă pitică) urmăresc cercuri concentrice în jurul soarelui. Marcy ajunge în spatele biroului său îngrijit și scoate o oră, un model mecanic al sistemului nostru solar. Bile metalice de la capetele brațelor spinoase se învârt în jurul soarelui. „Ne-am așteptat cu toții să vedem aceste orbite circulare fonograf-groove”, spune Marcy. „Așa au spus manualele despre sistemele planetare. Așa că, atunci când am început să vedem orbite excentrice în 1996, oamenii au spus că nu pot fi planete. Dar s-au dovedit a fi un adept al lucrurilor viitoare."
Chiar după miezul nopții la Observatorul Lick, astronomii înregistrează progrese bune pe lista de verificare a nopții de 40 de stele. Obiectivele lor nu sunt de obicei stelele majore ale constelațiilor, dar, chiar și așa, mulți sunt suficient de strălucitori pentru a vedea cu ochiul liber. „Când ies cu prietenii mei, pot indica un cuplu de stele pe care știm că le au planete”, spune Howard Isaacson. O stea deosebit de strălucitoare din constelația Andromeda are trei.
McCarthy se oferă să dezvăluie secretul succesului echipei la spionarea exoplanetelor. Intrăm în cupola întunecată și trecem sub telescop, cu oglinda sa lată de zece metri care colectează și focalizează razele slabe de lumină de la stele îndepărtate. Văzusem telescopul masiv în timpul excursiilor în timpul zilei, dar noaptea pare mult mai vital, cu oțelurile sale groase de metal unghiate ca picioarele unui înalt mantis rugător care privea spre cer. McCarthy mă conduce într-o cameră înghesuită de sub podeaua cupolei, unde lumina stelei concentrată de oglinda telescopului curge într-un cilindru mai mic decât o cutie de sodă. Este învelit în spumă albastră, cu sticlă pe ambele capete. Pare gol în interior, dar mi s-a spus că este plin de gaz iod încălzit la 122 grade Fahrenheit.
Această celulă de iod a fost dezvoltată de Marcy și fostul său student Paul Butler, acum astronom la Instituția Carnegie din Washington, DC Când lumina dintr-o stea trece prin gazul fierbinte, moleculele de iod absorb anumite lungimi de undă ale luminii. Lumina rămasă este răspândită într-un curcubeu de un instrument care acționează ca o prismă. Deoarece iodul a scăzut biți de lumină, liniile întunecate sunt împrăștiate în spectru ca un cod de bare lung al supermarketului. Fiecare stea poartă propria semnătură a lungimilor de undă ale luminii care au fost absorbite de atmosfera stelei. Aceste lungimi de undă se schimbă ușor atunci când o stea se îndreaptă spre sau departe de noi. Astronomii compară semnătura stelei cu linii întunecate cu liniile stabile de iod de la o noapte la alta, și de la lună la lună și de la an la an. Deoarece există atât de multe linii fine, este posibil să se detecteze schimburi chiar minute. "Este ca și cum ai ține steaua până la o bucată de hârtie grafică", spune McCarthy. "Liniile de iod nu se mișcă niciodată. Așadar, dacă steaua se mișcă, folosim liniile de iod ca o riglă împotriva căreia să măsurăm această mișcare."
Pentru ceva la fel de mare ca o stea, singurele lucruri care pot provoca o schimbare regulată, repetată, sunt remorcherele gravitaționale ale unei alte stele - pe care astronomii le-ar putea detecta cu ușurință din cauza semnăturii luminoase a unei stele de companie și a masei sale grele - sau a unei planete ascunse care orbitează în jurul ei. Celula de iod poate urmări o stea care se mișcă la fel de lent, la câțiva metri pe secundă - viteza de mers a omului - de-a lungul golului vast de miliarde de kilometri de spațiu. Această sensibilitate este motivul pentru care multe echipe de vânătoare de planete folosesc celula de iod.
Privesc în interiorul ei și văd niște folii încrețite și fire de încălzire care se strecoară prin spuma albastră. Benzi de bandă conductă par să țină părți ale acesteia. După ce ne întoarcem în camera de control, McCarthy chicotește și sublinia sloganul de pe tricoul de transpirație al lui Keith Baker: „Când lucrurile devin dure, banda ductă de utilizare.”
Cu cât orbitele sunt mai ciudat și mai ciudat distanțate pe care le găsesc astronomii, cu atât își dau seama că procesul natural de formare a planetei invită haosul și dezordinea. "A devenit clar că sistemul nostru solar, cu dinamica și arhitectura sa frumoasă, a fost mult mai stabil decât cei din jurul altor stele", spune astrofizicianul teoretic Greg Laughlin de la Universitatea California din Santa Cruz, care colaborează cu echipa lui Marcy și Butler. A încerca să descopăr cum au dobândit planetele noi căile ciudate a fost o sarcină descurajantă. Laughlin proiectează modele computerizate de orbite ale exoplanetelor pentru a încerca să re-creeze istoriile planetelor și să prezică soarta acestora. El se concentrează pe rolul gravitației în naufragierea. De exemplu, atunci când o planetă mare se deplasează pe o orbită excentrică, gravitația ei poate acționa ca un slingshot și aruncând lumi mai mici din apropiere. "În unele dintre aceste sisteme", spune Laughlin, "dacă inserați o planetă asemănătoare Pământului într-o orbită locuibilă, ea poate fi ejectată literalmente în câteva săptămâni."
Interacțiunile dintre planete pot fi frecvente în cosmos, spun Laughlin și colegii săi. Se știe că aproape 20 de stele au mai multe planete orbitând în jurul lor, iar unele dintre aceste exoplanete ale fraților sunt blocate într-un dans numit „rezonanță”. De exemplu, o planetă care înconjoară o stea numită Gliese 876 durează 30 de zile pentru a orbita, în timp ce o altă planetă durează aproape exact de două ori. Calculele lui Laughlin arată că tracțiunea lor gravitațională reciprocă păstrează un aranjament stabil, ceasornic, între cele două planete.
Rezonanțele sunt indicii puternice despre care planetele au migrat departe de locurile lor de naștere. Discul de praf și gaz care generează planetele embrionare are o gravitate proprie. Discul trage pe planete, trăgându-le treptat spre interior spre stea sau, în unele cazuri, forțându-le spre exterior. Pe măsură ce această migrație continuă timp de sute de mii de ani, unii exoplanete devin prinși în rezonanțe cu vecinii. Când planetele mari se termină în sferturile apropiate, se biciuiesc unii pe alții și creează unele dintre orbitele excentrice văzute de echipă. Cel puțin, aceasta este cea mai bună presupunere actuală.
Alte planete nu sunt lungi pentru această lume. Modelele computerizate ale lui Laughlin sugerează că unele dintre planetele cele mai apropiate de stelele lor se vor cufunda în ele, pe măsură ce planetele mai îndepărtate își bombardează drumul pe orbitele mai mici, poate în câteva sute de mii de ani. Această cercetare asupra sistemelor solare îndepărtate a ridicat un scenariu fascinant despre propriul nostru sistem solar. Unii astronomi teoretizează că Venus, Pământ și Marte sunt planete „de a doua generație”, succesoare ale unor corpuri anterioare care s-au născut mai aproape de soare și au migrat spre interior până au fost consumate.
Oare tot haosul observat din univers prezintă consecințe grave pentru micile planete stâncoase? Deloc, spune Laughlin. Tehnica de măsurare a vâlcelilor din stele, sensibile așa cum este, ar trebui să fie de aproximativ zece ori mai fină pentru a dezvălui obiectele de dimensiunea Pământului. Dar telescoapele prin satelit programate pentru lansare în următorii ani ar putea fi capabile să detecteze „umbre” de pământuri extraterestre pe măsură ce micile planete trec în fața stelelor lor. Laughlin prezice că sateliții vor găsi astfel de cadavre în mers, chiar în jurul stelelor unde încă nu au fost văzute planete mari. „Este foarte probabil ca stelele [asemănătoare soarelui] să fie însoțite de planete terestre”, spune el. "Sensul meu intuitiv este că sistemul nostru solar nu este deloc neobișnuit."
Geoff Marcy de la Berkeley este de acord, pentru că spune că fiecare stea se naște cu suficientă materie primă în jurul ei pentru a crea multe planete. Spune el, o mulțime de planete solide ca Pământul ar trebui să se formeze, în timp ce praful se încolăcește în pietricele, care se ciocnesc din nou și din nou pentru a face asteroizi, luni și planete. "Poate că Jupiters sunt rare", spune el, "dar planetele stâncoase sunt cu siguranță comune. Nu văd cum să faci un Pământ să fie greu."
Micul exoplanet detectat recent de echipa lui Marcy și Butler susține această părere. Au găsit-o în timp ce monitorizau cele două planete rezonante din sistemul Gliese 876, care se află la 15 ani-lumină. Ceva exercita remorcheruri subtile în plus pe orbitele planetelor, iar cea mai bună explicație pentru aceasta este o a treia planetă, de 7, 5 ori mai masivă decât Pământul. Având în vedere dimensiunea sa, planeta este probabil stâncoasă, ca Pământul, mai degrabă decât un gigant pe gaz. Descoperirea a fost un pas major către răspunsul la întrebarea din mintea tuturor: Putem găsi habitate potențiale pentru viață în altă parte?
Astronomii sperau că la această întrebare li se va răspunde de o misiune de satelit NASA numită Terrestrial Planet Finder. Trebuia să depășească depistarea exoplanetelor: avea să ia imagini cu cele mai tentante exoplanete și să analizeze atmosfera lor. Dar la începutul acestui an, NASA a pus misiunea în așteptare, în mare parte din cauza depășirii bugetului de la stația spațială și a navetei spațiale și a costurilor preconizate ale planului de a trimite oamenii pe Marte.
Între timp, echipa din California continuă să caute mai multe exoplanete. În câteva luni, Marcy și co-lucrătorul Debra Fischer, de la SFSU, vor începe să lucreze cu un nou telescop la Lick, numit Automated Planet Finder, care va prezenta instrumentul de analiză a luminii cel mai sensibil încă făcut pentru căutările exoplanetelor. Instrumentul robotic va scana aproximativ 25 de stele promițătoare în fiecare noapte limpede, cu potențialul de a detecta planetele cu o dimensiune de trei până la cinci ori mai mare decât Pământul. "Acesta va fi primul telescop din lume dedicat complet vânătorii de planete", spune Fischer. "Oamenii au crezut că va fi nevoie de misiuni spațiale de miliarde de dolari pentru a găsi alte planete precum Pământul, dar cred că avem o lovitură de la sol".
Marcy spune că găsirea planetelor de pe pământ este doar începutul. „În cele din urmă, trebuie să mergem, cu nave spațiale robotizate și o cameră digitală mică, și să trimitem acel mic cățeluș la Tau Ceti sau Epsilon Eridani”, spune Marcy, numind două stele din apropiere, cu o promisiune specială pentru găzduirea planetelor asemănătoare Pământului. Sunt la 12 și, respectiv, la 10, 5 ani-lumină. "Sigur că va dura 100 de ani [pentru a dezvolta tehnologia], dar este un obiectiv minunat pentru specia noastră și este în înțelegerea noastră. Este complet posibil din punct de vedere tehnologic să obținem primele imagini ale suprafeței unei planete din jurul altei stele. Putem lansa o misiune globală, un emisar de pe Pământ. Efortul pe care îl facem acum este pur și simplu recunoașterea pentru misiunea respectivă, dar este o recunoaștere glorioasă pentru a vedea primele oaze din deșertul cosmic. "
Robert Irion dirijează Programul de comunicare științifică la Universitatea din California, la Santa Cruz. Fotograful Peter Menzel este coautor Hungry Planet: What the World Manats .
