Je to náročná noc pro astronomii v Lick Observatory poblíž San Jose v Kalifornii. Světla Silicon Valley se třpytí pod vrcholem hory Mount Hamilton s výškou 4 200 stop, čímž vymývá nejslabší hvězdy. Mraky se přibližují od severu s hrozbou deště. Na vrcholu hory je deset dalekohledů a já jdu po strmé příjezdové cestě k největší. Ozývá se děsivý zvuk, jako by ve větru zavírala volná závěrka. Je to kopule samotná, když se otáčí, aby se její otvor soustředil nad pomalu se pohybujícím dalekohledem uvnitř.
Související obsah
- Stavební bloky života mohou pocházet z vesmíru
- Co znamená objev stovek nových planet pro astronomii a filozofii
- Hle, Blíženci
Chris McCarthy, astronom na Státní univerzitě v San Franciscu (SFSU), mě vítá u vedlejších dveří. Měl na sobě malé světlo připoutané k hlavě a vedl mě kovovými schody dovnitř kupole, udržoval inkoustové tmy pro noční pozorování a do teplé kontrolní místnosti. Howard Isaacson, senior SFSU, a Keith Baker, dalekohlední technik, seděli u počítačových obrazovek uprostřed tlustých svazků kabelů a stojanů zastaralé elektroniky. McCarthy a Isaacson si povídají a popíjejí horký čaj, zatímco Baker pomocí své počítačové myši upravuje dalekohled. Před úsvitem astronomové shromáždí světlo z desítek hvězd. Doufají, že některé z hvězd mají nové světy.
V éře roverů, kteří zkoumají Mars a kosmické dalekohledy, které oslňují obrázky kosmu z hloubky zemské atmosféry, se rutina u Licka - směřování 47-letého dalekohledu na hvězdu na hodiny na konci - cítí spíše kuriózní. Přesto jsou tito astronomové členy týmu, který je nejlepší v oboru lovu planet. Pomocí dalekohledů na Havaji, v Chile a Austrálii, jakož i na hvězdné observatoři, sledujte asi 2 000 hvězd - většina z nich je tichá a středního věku jako naše slunce a je dostatečně blízko Země, aby mohly velké dalekohledy získat jasný pohled na jejich dalekohledy. pohyby - tým našel asi dvě třetiny z asi 200 planet objevených mimo naši sluneční soustavu. (Nedávný náboj o tom, jak definovat planetu v naší sluneční soustavě, neohrožoval planetární stav těchto vzdálených objektů.)
Některé z nově objevených extrasolárních planet nebo exoplanet, jak se jim říká, jsou obří světy o velikosti Jupiteru, které zakroužkují své hvězdy na těsných oběžných drahách, daleko blíže orbitě Merkurovy dráhy kolem Slunce. Jiní se kroutili blízko ke svým hvězdám a pak se houpali daleko po vejcích ve tvaru vejce a rozptylovali menší těla. Některé novorozené planety odhodily své sourozenecké planety na ohnivý osud nebo do hlubin vesmíru.
Nikde není vidět - přinejmenším ještě ne - je taková sluneční soustava, jako je ta naše, s pevnými planetami poblíž Slunce a planetami s obřím plynem na řádných procesích dále. Takový systém je nejpravděpodobnějším místem pro to, aby skalní planeta, jako je Země, přežila na stabilní oběžné dráze po miliardy let. Možná je to farní, ale astronomové hledající známky života jinde ve vesmíru - hledání, které oživuje hledání exoplanet - hledají spíše planety a sluneční soustavy jako naše, s planetou, která není ani příliš daleko od hvězdy, ani příliš blízko ní, a možná s vodou na jeho povrchu. Kalifornský tým říká, že nalezení planet podobných Zemi je jen otázkou času.
Studie exoplanet je přece jen velmi nová. Dříve než před deseti lety astronomové usoudili, že je nebude možné vidět proti záři jejich zářivých hvězd. Několik astronomů se tedy pokusilo najít exoplanety hledáním hvězd, které vypadaly, že se zakolísaly, zatahané gravitací neviditelných těl obíhajících kolem nich. Většina odborníků však pochybovala, že přístup bude fungovat. „Lidé si mysleli, že hledání planet je zbytečné, “ říká McCarthy. "Byl to jeden krok nad hledáním mimozemské inteligence, a to byl jeden krok nad tím, než byli uneseni mimozemšťany. Teď je to jeden z největších vědeckých pokroků 20. století."
Prvním exoplanetem, objeveným v roce 1995 Michelem Mayorem a Didierem Quelozem z Ženevské univerzity ve Švýcarsku, byl obrovský objekt poloviční velikosti Jupiteru, který se každé čtyři dny otáčel kolem hvězdy podobné našemu slunci na zběsilé oběžné dráze. Hvězda v souhvězdí Pegasus je vzdálena asi 50 světelných let. Více "horkých Jupiterů" nebo obřích plynných planet obíhajících blízko hvězd, rychle se vynořilo, i když jen proto, že tato velká těla ukládají nejvýraznější vlny na své mateřské hvězdy.
Ačkoli astronomové tyto planety přímo nepozorovali, usoudili, že jsou plynní z jejich naprosté velikosti a toho, co je známo o formování planety. Planeta se shlukuje z trosek na velkých discích prachu a plynu obklopujících hvězd. Pokud dosáhne určité velikosti - 10 až 15krát větší než Země - vyvíjí takový gravitační tah a nasává tolik plynu, že se z něj stane plynový gigant.
Jak se měřicí techniky zlepšovaly, astronomové rozeznávali postupně menší planety - nejprve velikost Saturn, pak až k Neptunu a Uranu. Po několika letech pozorování exoplanet viděli vědci slibný trend: s tím, jak se zmenšily velikosti, jich bylo stále více. Zdá se, že proces budování planet upřednostňuje ty malé, nikoli titány.
V posledním roce a půl objevil kalifornský tým a skupina vedená vědci v Paříži nejmenší exoplanety, které byly dosud pozorovány kolem slunečních hvězd: obě planety byly pětkrát až osmkrát hmotnější než Země. Astronomové tvrdí, že takové světy se mohou skládat většinou z kovu a horniny, snad se silnou atmosférou. Exoplanet nalezený astronomem Geoffem Marcym z University of California v Berkeley a jeho kolegy je blízko své hvězdy a pravděpodobně příliš horký na to, aby na jeho povrchu existovala tekutina. Druhá planeta obíhá daleko od slabé hvězdy a může být stejně studená jako Pluto. Přesto, učení, že ne všechny exoplanety jsou obří koule plynu, bylo pro pole dominantním bodem. „Toto jsou první věrohodné skalní světy, “ říká Marcy. "Poprvé začneme objevovat naši planetární rodinu mezi hvězdami."
Nejpřekvapivějším rysem dosud exoplanet, říká Marcy jednoho dne ve své kanceláři v areálu Berkeley, jsou jejich neobvyklé oběžné dráhy. V klasickém diagramu „zpětného pohledu“ naší sluneční soustavy planety (s výjimkou oddball Pluto, nedávno degradovaného na trpasličí planetu) sledují šikovné soustředné kruhy kolem Slunce. Marcy sáhne za svůj úhledný stůl a vytáhne orrery, mechanický model naší sluneční soustavy. Kovové koule na koncích spindly paže otočné kolem slunce. „Všichni jsme čekali, že uvidíme kruhové oběžné dráhy fonografu, “ říká Marcy. „To říkaly učebnice o planetárních systémech. Když jsme poprvé začali vidět výstřední dráhy v roce 1996, lidé říkali, že nemohou být planetami. Ukázalo se však, že jsou předzvěstí věcí, které přijdou.“
Těsně po půlnoci v Lick Observatory astronomové dosahují dobrého pokroku v nočním kontrolním seznamu 40 hvězd. Jejich cíle obvykle nejsou hlavními hvězdami souhvězdí, ale i tak jsou mnohé dost jasné, aby je bylo vidět pouhým okem. „Když jsem venku se svými přáteli, můžu poukázat na pár hvězd, o kterých víme, že mají planety, “ říká Howard Isaacson. Jedna zvláště jasná hvězda v souhvězdí Andromedy má tři.
McCarthy nabízí odhalit tajemství úspěchu týmu při špehování exoplanet. Vcházíme do temné kupole a míjíme pod dalekohledem se zrcadlem širokým deset stop, které shromažďuje a zaostřuje slabé paprsky světla od vzdálených hvězd. Během denních prohlídek jsem viděl mohutný dalekohled, ale v noci to vypadá mnohem životně důležitější, jeho silné kovové vzpěry se sklonily jako nohy vysoké modlící se kudlanky vzhlížející k nebesům. McCarthy mě vede do stísněné místnosti pod podlahou kupole, kde hvězdné světlo soustředěné zrcadlem dalekohledu proudí do válce menšího než plechovka sody. Je zabalen do modré pěny se sklem na obou koncích. Vypadá to uvnitř prázdné, ale je mi řečeno, že je plný jódového plynu zahřátého na 122 stupňů Fahrenheita.
Tato jódová buňka byla vyvinuta Marcy a jeho bývalým studentem Paulem Butlerem, nyní astronomem v Carnegieho Instituci ve Washingtonu, DC Když světlo z hvězdy prochází horkým plynem, jodové molekuly absorbují určité vlnové délky světla. Zbývající světlo je rozprostřeno do duhy pomocí nástroje, který působí jako hranol. Protože jód odečítal kousky světla, jsou tmavé čáry rozptýleny po celém spektru jako dlouhý čárový kód supermarketu. Každá hvězda nese svůj vlastní podpis vlnových délek světla, které byly pohlceny atmosférou hvězdy. Tyto vlnové délky se mírně posouvají, když se hvězda pohybuje směrem k nám nebo od nás. Astronomové porovnávají vlastní podpis tmavých čar hvězdy se stabilními liniemi jódu od jedné noci do druhé a od měsíce po měsíc a rok od roku. Protože existuje tolik jemných linek, je možné detekovat i drobné posuny. „Je to jako držet hvězdu na kousku milimetrového papíru, “ říká McCarthy. "Jódové čáry se nikdy nepohybují. Takže pokud se hvězda pohybuje, použijeme jodové čáry jako pravítko, proti kterému změříme tento pohyb."
Pro něco tak velkého jako hvězda jsou jedinými věcmi, které mohou způsobit pravidelný, opakující se posun, gravitační tahy jiné hvězdy - které astronomové snadno detekují kvůli vlastnímu světelnému podpisu doprovodné hvězdy a její mohutné hmotnosti - nebo skryté planetě obíhající kolem kolem toho. Jódová buňka může sledovat hvězdu pohybující se tak pomalu jako několik stop za sekundu - lidská rychlost chůze - napříč obrovskou prázdnotou bilionů kilometrů vesmíru. Tato citlivost je důvodem, proč mnoho týmů lovících planetu používá jodovou buňku.
Nahlédl jsem dovnitř a viděl jsem zmačkanou fólii a ohřívací dráty, jak se plazí modrou pěnou. Zdá se, že proužky lepicí pásky drží části dohromady. Poté, co se vrátíme do velínu, se McCarthy smíchy a upozorní na slogan na potem košili Keitha Bakera: „Když to bude těžké, bude těžké použít lepicí pásku.“
Čím více podivně tvarovaných a podivně rozmístěných drah, které astronomové najdou, tím více si uvědomují, že přirozený proces formování planety vyvolává chaos a nepořádek. „Bylo jasné, že naše sluneční soustava je díky své krásné dynamice a architektuře mnohem stabilnější než ta u jiných hvězd, “ říká teoretický astrofyzik Greg Laughlin z Kalifornské univerzity v Santa Cruz, který spolupracuje s týmem Marcy a Butler. Pokusit se zjistit, jak nové planety získaly své podivné cesty, byl skličující úkol. Laughlin navrhuje počítačové modely oběžných drah exoplanet, aby se pokusil znovu vytvořit historii planet a předpovídat jejich osudy. Zaměřuje se na roli gravitace v rozrušení. Například, když se velká planeta pohybuje na excentrické oběžné dráze, její gravitace může působit jako prak a hodit menší blízké světy. „V některých z těchto systémů, “ říká Laughlin, „pokud vložíte planetu podobnou Zemi na obyvatelnou oběžnou dráhu, může být doslova vypuzena během několika týdnů.“
Interakce mezi planetami mohou být ve vesmíru běžné, říká Laughlin a jeho kolegové. Téměř 20 hvězd je známo, že kolem nich obíhá více než jedna planeta, a některé z těchto sourozeneckých exoplanet jsou zamčeny v tanci zvaném „rezonance“. Například, jedna planeta krouží hvězdu zvanou Gliese 876 trvá 30 dní na oběžné dráze, zatímco jiná planeta trvá téměř přesně dvakrát tak dlouho. Laughlinovy výpočty ukazují, že jejich vzájemný gravitační tah udržuje stabilní, hodinové uspořádání mezi oběma planetami.
Rezonance jsou silné stopy, že planety migrovaly daleko od svých rodných míst. Disk prachu a plynu, který vytváří plodové planety, má vlastní gravitaci. Disk se táhne po planetách a postupně je tlačí dovnitř směrem ke hvězdě nebo v některých případech je tlačí ven. Jak tato migrace trvá stovky tisíc let, některé exoplanety se stávají uvězněnými v rezonancích se svými sousedy. Když velké planety skončí v těsných čtvrtích, vzájemně se bičují a vytvářejí některé výstřední dráhy, které tým vidí. Aspoň, to je ten nejlepší nejlepší odhad.
Jiné planety nejsou pro tento svět dlouho. Laughlinovy počítačové modely naznačují, že některé planety, které jsou nejblíže jejich hvězdám, se do nich ponoří, protože vzdálenější planety se dostanou do menších oběžných drah, snad za několik stovek tisíc let. Tento výzkum vzdálených solárních systémů vyvolal fascinující scénář naší vlastní sluneční soustavy. Někteří astronomové se domnívají, že Venuše, Země a Mars jsou planety „druhé generace“, nástupci dřívějších těl, která se narodila blíže ke slunci a migrovala dovnitř, dokud nebyly spotřebovány.
Představují všechny pozorované chaosy ve vesmíru zlé důsledky pro malé skalnaté planety? Vůbec ne, říká Laughlin. Technika měření záhybů hvězd tam a zpět, citlivých, jak je, by musela být asi desetkrát jemnější k odhalení objektů velikosti Země. Satelitní satelity naplánované na spuštění v příštích několika letech by však mohly být schopny detekovat „stíny“ mimozemských planet, když malé planety procházejí před jejich hvězdami. Laughlin předpovídá, že satelity najdou taková těla v houfech, dokonce i kolem hvězd, kde dosud nebyly vidět žádné velké planety. „Je velmi pravděpodobné, že hvězdy podobné slunci jsou doprovázeny pozemskými planetami, “ říká. "Můj intuitivní pocit je, že naše sluneční soustava není vůbec neobvyklá."
Beroffey's Geoff Marcy souhlasí, protože říká, že každá hvězda se narodila s dostatkem suroviny kolem ní, aby vytvořila mnoho planet. Spousta pevných planet, jako je Země, by se měla tvořit, jak se prach spojuje do oblázků, které se znovu a znovu střetávají, aby vytvořily asteroidy, měsíce a planety. „Možná jsou Jupitery vzácné, “ říká, „ale skalnaté planety jsou téměř jistě běžné. Prostě nechápu, jak může být výroba Země těžká.“
Malý exoplanet, který nedávno odhalil tým Marcy a Butler, tento názor podporuje. Našli to při sledování dvou rezonančních planet v systému Gliese 876, který je 15 světelných let daleko. Na oběžných drahách planet bylo něco jemného tahání a nejlepším vysvětlením je třetí planeta možná 7, 5krát větší než Země. Vzhledem k jeho velikosti je planeta pravděpodobně skalnatá, jako Země, spíše než plynový gigant. Objev byl významným krokem k zodpovězení otázky na mysli každého: Můžeme najít potenciální stanoviště pro život jinde?
Astronomové doufali, že na tuto otázku odpoví družicová mise NASA s názvem Hledač pozemských planet. Měl jít nad rámec odhalování exoplanet: pořizoval by se snímky nejvíce tantalizujících exoplanet a analyzoval jejich atmosféru. Ale začátkem tohoto roku NASA pozastavila misi, hlavně kvůli překročení rozpočtu z vesmírné stanice a raketoplánu a očekávaným nákladům na plán, který má poslat lidi na Mars.
Mezitím tým v Kalifornii stále hledá více exoplanet. Za několik měsíců začne Marcy a spolupracovnice Debra Fischer ze SFSU pracovat s novým dalekohledem Lick s názvem Automated Planet Finder, který bude obsahovat nejcitlivější nástroj pro analýzu světla, který byl dosud vytvořen pro vyhledávání exoplanet. Robotický nástroj bude skenovat asi 25 slibných hvězd každou jasnou noc, s potenciálem detekovat planety malé až třikrát až pětkrát větší než Země. „Bude to první dalekohled na světě, který se zcela věnuje lovu planet, “ říká Fischer. "Lidé si mysleli, že nalezení dalších planet, jako je Země, bude vyžadovat vesmírné mise v hodnotě miliard dolarů, ale myslím, že na to máme výstřel ze země."
Marcy říká, že nalezení planet ze Země je jen začátek. „Nakonec musíme jít s robotickou kosmickou lodí a malým digitálním fotoaparátem a poslat to malé štěně Tau Ceti nebo Epsilon Eridani, “ říká Marcy a jmenuje dvě blízké hvězdy se zvláštním příslibem pro hostování planet podobných Zemi. Jsou vzdálené 12, respektive 10, 5 světelných let. "Jistě, bude to trvat 100 let [vývoj technologie], ale je to skvělý cíl pro náš druh a je to v našem dosahu. Je zcela technologicky možné získat první snímky povrchu planety kolem jiné hvězdy." "Můžeme zahájit globální misi, vyslance ze Země. Úsilí, které nyní děláme, je pro tuto misi jednoduše průzkum, ale je slavnou průzkumnou cestou najít první oázy v kosmické poušti."
Robert Irion řídí vědní komunikační program na University of California v Santa Cruz. Fotograf Peter Menzel spoluautor Hungry Planet: What the World Eats .
