211service.com
Planet Gazer
Būdama vaikas, Sara Seager buvo įsitikinusi, kad mėnulis seks ją visur, kur ji eina. Jaudulys žiūrint į tai pro teleskopą, kai jai buvo penkeri, yra vienas iš pirmųjų jos prisiminimų.
Sara Seager
Kai 1976 m. Seager pirmą kartą gerai pažvelgė į mėnulį, NASA astronomai jau diskutavo apie kosminio infraraudonųjų spindulių teleskopo poreikį. Kai beveik po trijų dešimtmečių į orbitą buvo paleistas Spitzerio kosminis teleskopas, pati Seager buvo viena iš mokslininkų, naudojusių jį planetų, esančių už mūsų Saulės sistemos ribų, atmosferoms tirti – planetų, kurių egzistavimu prieš 10 metų niekas nebuvo tikras.
Iki 1995 m. Mėnulis sekė Seager į Harvardo mokyklą, kur ji pasirinko daktaro disertacijos temą. Tą rudenį Šveicarijos mokslininkai paskelbė pastebėję planetą, skriejančią aplink žvaigždę Pegaso žvaigždyne – pirmąją iš kelių planetų, kurios netrukus bus aptiktos už mūsų Saulės sistemos ribų. Seager parašė savo disertaciją apie tai, kaip karštų Jupiterių atmosferą – ekstrasaulinių planetų, kurios yra milžiniškos ir dujinės, kaip ir Jupiteris, bet daug arčiau jų žvaigždžių ir todėl daugiau nei 10 kartų karštesnės – atmosferą veikia jų žvaigždžių spinduliuotė. Šiandien ji laikoma ekstrasaulinių planetų arba egzoplanetų tyrimo pradininke. Kai kuriose srityse jūs tiesiog darote laipsnišką pažangą keldami klausimus, kurie buvo ten jau dešimtmečius, sako ji. Šioje srityje mes pateikiame tiek klausimų, kiek atsakymų.
Dabar dokumentuose užfiksuota daugiau nei 200 egzoplanetų, todėl mokslininkai, suprantama, entuziastingai džiaugiasi turėdami tiek daug naujų teritorijų, kurias reikia ištirti ir paaiškinti. Žmonės yra susijaudinę ir tiesiog nori daryti naujus dalykus, bet dažnai nėra tokie atsargūs, kaip turėtų būti, sako Seager. Tai tarsi laukiniai vakarai. Viskas vyksta taip greitai, tu tiesiog darai dalykus. Tada tu išeini. Norėdama patobulinti šią sritį, sausio mėnesį ji prisijungė prie MIT fakulteto, kad pradėtų naują programą, skirtą ekstrasaulinėms planetoms, ir rengia egzoplanetų kursą, kurį dėstys rudenį. Ji sako, kad atėjau čia tam, kad įneščiau kai kurias [MIT atmosferos mokslo] žinias ir priemones į egzoplanetos atmosferos tyrimus. Būdama Ellen Swallow Richards Žemės, atmosferos ir planetų mokslų katedros docentė, Seager dabar bendrauja su meteorologais ir atmosferos mokslininkais bei kolegomis astronomais. Topografiniai JAV ir pasaulio žemėlapiai sudaro jos Green Building biuro duris, kur ji apmąsto planetas, esančias toli už mūsų saulės sistemos ribų.
Seager laboratoriją sudaro jos smegenys ir kompiuteris, kuriame saugomi duomenys, surinkti virš Žemės atmosferos Spitzerio teleskopu. Jos biure yra nedaug daugiau. Vienoje sienoje rikiuojasi dėžės su bylomis iš paskutinio jos darbo, vyresniojo mokslo darbuotojo Vašingtono Carnegie institute; jų išpakavimas užtruktų jos tyrinėjimui. Ant kitos kabo lenta, padengta diagramomis, iliustruojančiomis jos ir kitų sukurtus metodus, kad gautų užuominų apie egzoplanetų atmosferą.
Kai astronomai atrado pirmąją egzoplanetą, jie buvo šokiruoti pamatę, kad ji septynis kartus arčiau savo žvaigždės nei Merkurijus yra prie Saulės. Jo artumas akinančiai ryškiai žvaigždei labai apsunkino tyrimą. Tačiau Seageris žinojo, kad netrukus kažkas ras egzoplanetą, kuri, žiūrint iš Žemės, pereis priešais savo žvaigždę ir išnyks už jos. (Artimos orbitos egzoplanetos per savo žvaigždę tikimybė yra apie 10 procentų.) Tada astronomai galėjo panaudoti XX a. viduryje sukurtą metodą užtemdančioms dvinarėms žvaigždėms tirti: išmatuoti nedidelį žvaigždės šviesos kritimą, kai egzoplaneta įžengė į vidų. priekyje jie galėjo apskaičiuoti planetos ir jos žvaigždės ploto santykį.
Be abejo, 1999 m. astronomai pastebėjo septintąją artimą orbitą egzoplanetą, skriejančią savo žvaigžde maždaug 904 trilijonus mylių nuo Žemės. Dujinis milžinas, kurio temperatūra gali siekti 1300 °C, egzoplaneta HD 209458b priskiriama karštajam Jupiteriui. Tai taip pat viena iš dviejų žinomų tranzitinių egzoplanetų, kurių žvaigždės per savo atmosferą apšviečia pakankamai šviesos, kad astronomams suteiktų duomenų, reikalingų išsamiems tyrimams atlikti.
Vienintelis būdas astronomams sužinoti apie kitos planetos atmosferą yra ištirti planetos spinduliuotės perdavimą arba šviesos sklidimą per atmosferą. Tačiau HD 209458b yra taip arti savo žvaigždės, kad savo orbitą užbaigia per tris su puse dienos, o net Spitzeris, kuris aptinka infraraudonųjų spindulių šviesą iki 1 dalies iš 1000, pats negali atskirti planetos šviesos nuo žvaigždės. Taigi, kaip NASA Goddardo kosminių skrydžių centro tyrimų grupės dalis, Seager ir jos kolegos naudojo paprastą skaičiavimą, kad izoliuotų planetos šviesą. Spitzerio infraraudonųjų spindulių spektrografu tyrėjai išmatavo žvaigždės ir planetos šviesą kartu (kai abi matomos) ir atėmė šviesą iš vienos žvaigždės (kai ji užtemdo planetą).
Spektrografas, kuris veikia kaip prizmė, taip pat atskyrė planetos šviesą į komponentų bangos ilgius. Tyrėjai išanalizavo kiekvieno bangos ilgio šviesą, ieškodami savybių, kurios identifikuotų egzoplanetos atmosferoje esančias molekules. Vasario 22 d Gamta , jie pranešė surinkę pirmuosius spektrinius duomenis iš HD 209458b per du užtemimus 2005 m. liepos mėn. ir paaiškino savo šiek tiek stebinančius rezultatus.
Norėdami atlikti spektrinę analizę ir netgi nuspręsti, ko pirmiausia ieškoti, mokslininkai naudojo galimų egzoplanetų atmosferų modelius, kuriuos sukūrė Seager. Kai planetą apšviečia žvaigždžių šviesa, fotonai atmosferoje susiduria su molekulėmis; Priklausomai nuo to, į kurią molekulę jis patenka, fotonas gali būti absorbuojamas, išsklaidytas arba pakartotinai išspinduliuotas skirtingu bangos ilgiu. Stebėdamas iš atmosferos atsirandančius fotonus, Seageris gali nustatyti, kokios molekulės yra atmosferoje. Fotonai yra mūsų valiuta, sako ji.
Siekdama sukurti savo modelius, kaip gali atrodyti karštas Jupiteris, Seager pritaikė ne kitos planetos, o šaltos žvaigždės, tokios kaip mūsų saulė, modelį. Pirmiausia ji ją pakeitė, kad temperatūra būtų artimesnė Jupiterio temperatūrai. Tada ji svarstė, kurie atomai ir molekulės būtų rasti karštoje planetoje esant cheminei pusiausvyrai. Kadangi, pavyzdžiui, natris atrodė tikėtinas kandidatas, ji pridėjo jo savybių į savo modelį, kad sukurtų spektrinį parašą, rodantį natrio buvimą. Kai 1999 m. buvo aptiktas HD 209458b, Seager, tuo metu naujai nukaldinta mokslų daktarė, į savo modelius įvedė turimus planetos duomenis ir numatė natrio buvimą (be kita ko) atmosferoje, kuri, kaip manoma, yra. Naudodami jos modelius astronomai sukūrė eksperimentus, kurių metu Hablo kosminis teleskopas ieškojo natrio. 2001 m. šie eksperimentai leido pirmą kartą aptikti ekstrasaulinės planetos atmosferą ir patvirtino Seagerio prognozę.
Kai Seager ir jos kolegos 2005 m. leido Spitzeriui stebėti HD 209458b, jie tikėjosi rasti vandens molekulių atmosferoje įrodymų. Tačiau tokių įrodymų nepasirodė. Tačiau mokslininkai pastebėjo, jų manymu, silikatinių debesų spektrinį požymį, po kuriuo gali būti įstrigę vandens garai. Seageris taip pat kelia hipotezę, kad egzoplanetos dieną temperatūra gali būti pastovi visoje atmosferoje, tokiu atveju būtų pusiausvyra: bet kokie vandens absorbcijos įrodymai būtų panaikinti vandens emisijos įrodymais.
Seager nesistebi, kai eksperimentiniai duomenys neatitinka daugumos šimtų jos iki šiol sukurtų modelių. Taip gamta yra kūrybingesnė nei mes, sako ji ir džiaugiasi, kad galima visiškai tiksliai pasakyti, kokie elementai egzistuoja planetoje, esančioje maždaug už 150 šviesmečių. Iš tikrųjų galime apibūdinti egzoplanetų atmosferas, sako ji. Prieš ketverius metus niekas nebūtų patikėjęs, kad galite tai padaryti.
Norėdama gauti daugiau duomenų, kuriuos galėtų prijungti prie savo modelių, Seager dalyvauja MIT vadovaujamoje pastangoje sukurti ir iki 2009 m. paleisti privatų palydovą TESS, kuris išplės egzoplanetų paieškas. Spitzeris gali žiūrėti tik į dalykus, kuriuos jau žinome, ir vienu metu gali matyti tik vieną žvaigždę, aiškina ji. Tai pažodžiui pažvelgs į milijonus žvaigždžių, ieškant šio nedidelio ryškumo sumažėjimo, rodančio planetos tranzitą.
Seageris tikisi rasti uolėtų planetų – idealiu atveju, jos skrieja aplink ryškias žvaigždes, kad būtų pakankamai šviesos joms tyrinėti. Dujų milžiniškos planetos yra nuobodžios, nes jose yra visos gimusios dujos, sako ji. Tačiau Žemė išsivystė; Pavyzdžiui, ankstyvieji ugnikalniai skleidė dujas, o augalai gamina daug deguonies. Be to, dujų milžinai yra per karšti gyvenimui. Norime rasti planetų, kurios galėtų palaikyti gyvybę, sako Seageris, kuris visiškai mano, kad gyvybė yra ir už mūsų planetos ribų.
Mažų žalių žmogeliukų nematysime, perspėja ji ir priduria, kad jai pačiai nėra įdomu susitikti su jokiais ateiviais. Greičiausiai, sako ji, rasime bakterijų. Bet net ir tai gali atskleisti. Jei galime rasti gyvybės kitose vietose, tai gali būti užuomina, iš kur mes atėjome, sako ji.
Seager mano, kad yra didelė tikimybė, kad per jos gyvenimą aptiksime gyvybės ženklų kitose planetose. Bet, šypteli ji, tikiuosi, kad gyvensiu ilgai.