211service.com
Mans satelīts ietilptu mazā koferī.
Bet tas varētu mums palīdzēt atrast citas pasaules. 2020. gada 18. decembris
Sāra Sīgere ar teleskopu savā pagalmā gaida naksnīgo debesu tumsu. Vebs Čepels
Sāra Sīgere ilgi un smagi domāja par matemātiku: iespēja, ka uz Zemes ir vienīgā dzīvība Visumā, ir gandrīz neiespējama. Lielākais atklājums, ko astronomi varētu izdarīt, ir tas, ka mēs neesam vieni, savā jaunajā memuāros raksta MIT astrofiziķe. Vismazākās gaismas Visumā . Cilvēce gadsimtiem ilgi ir meklējusi debesīs sevis atspulgu; redzēt kādu vai kaut ko citu, kas apdzīvo citu Zemi — tas ir sapnis.
Viņa bija pioniere eksoplanetu vai planētu, kas riņķo ap citām zvaigznēm, meklējumos, un viņa nāca klajā ar tagad standarta praksi planētu atmosfēras pētīšanai, analizējot gaismu, kas filtrējas caur tām. Sīgers, kurš ieguva MacArthur fonda ģēniju stipendiju, ir 1941. gada planetāro zinātņu klases profesors, un viņš ir iecelts arī Fizikas un Aeronautikas un Astronautikas nodaļās. Viņa bija arī zinātnes direktora vietniece MIT vadītajā NASA Explorer misijā TESS (transitējošais eksoplanetu izpētes satelīts) no 2016. līdz 2020. gadam un Starshade Rendezvous, priekšizpētes priekšizpēte kosmosa misijai, lai atrastu un raksturotu Zemei līdzīgu. eksoplanetas. Memuāros viņa dalās ar savu personīgo stāstu par to, ka 40 gadu vecumā viņa kļuva par atraitni, pēkšņi vientuļā divu mazu dēlu māti, vienlaikus skaidrojot zinātni par savu citu pasauļu meklējumiem.
Šis fragments, kas iegūts no dažādām viņas grāmatas sadaļām, apraksta viņas darbu, lai attīstītu ASTERIA. Satelīts maza čemodāna lielumā ASTERIA tika izstrādāts, lai demonstrētu tehnoloģiju, kas nepieciešama nelielam teleskopam, lai meklētu eksoplanetas, atklājot niecīgo zvaigznes gaismas kritumu, kad tai priekšā paiet orbītā planēta. Sīgers uzsāka un izstrādāja ASTERIA MIT, un vēlāk strādāja par galveno pētnieku, kamēr to uzbūvēja un ekspluatēja Reaktīvās dzinējspēka laboratorija no 2017. gada novembra līdz 2019. gada decembrim.
Meklē ēnas, lai atrastu citas pasaules
Pēc būtības astrofizika ir gaismas izpēte. Mēs zinām, ka ir arī citas zvaigznes, izņemot sauli, jo mēs varam redzēt tās spīdam. Bet gaisma ne tikai apgaismo. Gaisma piesārņo. Gaismas žalūzijas. Mazās gaismiņas — eksoplanētas — uz visiem laikiem ir izskalojušas to zvaigžņu lielās gaismas, tāpat kā šīs zvaigznes izskalo mūsu saule. Lai atrastu citu Zemi, mums ir jāatrod mazākās gaismas Visumā.
Ja vismaz šobrīd astronomi nevarētu cīnīties ar zvaigžņu spilgtumu, varbūt mēs varētu izmantot viņu spēku savā labā. Tranzītā esošie korpusi dažkārt izlīdzinās. Ja mums paveicas, starp mums un tās zvaigzni varētu pāriet planēta, radot kaut ko līdzīgu miniatūram aptumsumam. Mēness izskatās milzīgs, kad tas aizsedz sauli. Tranzīta tehnika, kā to varētu saukt, piemēroja to pašu principu eksoplanētām. Mēs tos atrastu nevis pēc gaismas, ko viņi izstaro, bet gan pēc gaismas, ko viņi sabojāja. Nekas neizceļas kā melns plankums.
1999. gada rudenī, kamēr es biju Prinstonas Padziļināto pētījumu institūta pēcdoktorants, tika paziņots par pirmo zināmās planētas — HD 209458b, karstā Jupitera — tranzītu. Tās bija absolūti fantastiskas ziņas, daļēji tāpēc, ka atklājums izdzēsa pēdējās šaubas par eksoplanetu eksistenci.
Zvaigžņu gaismas izpēte dzīvības pazīmēm
Es biju nodevusi ideju — patiesi oriģinālu —, un veiksmīga tranzīta tehnikas izmantošana padarīja to vēl steidzamāku. Liela daļa zinātnes, īpaši novatoriskā zinātne, balstās uz intuīciju. Man nebija nekādu pierādījumu, ka mana ideja darbosies. Bet es šaubījos. Es biju sapratis, ka šī tehnika var palīdzēt atklāt kaut ko vairāk par planētas melno siluetu. Tūlīt ap šo mazo daļējo aptumsumu caur tās atmosfēru izietu tā pati zvaigžņu gaisma, ko bloķēja eksoplaneta. Zvaigžņu gaisma sasniegtu mūs, bet ne tā, kā parastā zvaigžņu gaisma sasniedz mūs. Tas būtu filtrēts, piemēram, ūdens, kas plūst caur ekrānu, vai lukturīša stars, kas cīnās cauri miglai. Ja paskatās uz varavīksni no attāluma, tās daudzās krāsas veido perfektu savienību. Bet, ja paskatās uz varavīksni tuvāk, izmantojot instrumentu, ko sauc par spektrogrāfu, jūs varat redzēt spraugas gaismā, niecīgus pārtraukumus katrā viļņa garumā, piemēram, trūkstošus zobus. Gāzes Saules atmosfērā un pašas Zemes plānais apvalks pārtrauc saules gaismas pārraidi, kā elektropārvades līnijas rada statiskus signālus radio signālā. Dažas gāzes traucē signālu veidā. Viena gāze var iekost indigo, savukārt citai gāzei var būt apetīte pēc dzeltenas vai zilas krāsas. Kāpēc mēs nevarējām izmantot spektrogrāfu, lai aplūkotu zvaigžņu gaismu, kas šķērso tranzīta eksoplanetas atmosfēru? Tādā veidā mēs varētu noteikt, kāda veida gāzes ieskauj šo eksoplanetu. Mēs jau zinājām, ka liels daudzums noteiktu gāzu, iespējams, pastāv tikai dzīvības klātbūtnē. Mēs tās saucam par biosignatūras gāzēm. Skābeklis ir viens; metāns ir cits. Mēs varētu sākt ar karstajiem Jupiteriem, mums jau zināmajām planētām un to vieglāk nosakāmajām atmosfērām. Tāpat kā skunksa aerosols, to nātrija un kālija pēdas izceltos mazāk spēcīgu atomu sabiedrībā. Es paturēju savu ideju pie sevis, jo zināju, ka tā ir lieliska — es biju pirmais, kas ieraudzīja tranzīta tehnikas potenciālu atmosfēru pētīšanai, un arī zināju, ka lieliskas idejas tiek nozagtas. Dimitars Sasselovs, mans bijušais doktorantūras vadītājs, bija vienīgais, kuram pastāstīju par savu teoriju, un viņš piedāvāja man palīdzēt to tuvināt praksei. Kad bijām izstrādājuši detaļas, es publicēju rakstu, kurā slavēju to, ko mēs ar Dimitaru saucām par tranzīta pārraides spektriem — varavīksnes atstarpes nolasīšanu.
Manam darbam tika pievērsta liela uzmanība. NASA pieņēma priekšlikumus izmantot Habla kosmosa teleskopu; Dažu mēnešu laikā pēc publicēšanas viena komanda atsaucās uz manu darbu un ieguva tiesības pētīt gaismu, kas šķērsoja karstā Jupitera atmosfēru. Es biju nikns, ka netiku iekļauts tajā komandā, kas izvēlējās vecāku zinātnieku, nevis mani.
Divu gadu laikā viņu darbs atklāja pirmo eksoplanetu atmosfēru. Tas neapņēma citu Zemi, bet mans priekšnoteikums darbojās. Mēs bijām redzējuši savas pirmās citplanētiešu debesis.
Izspiegot zvaigznes ar maziem satelītiem
Viens no lielākajiem šķēršļiem eksoplanetu meklēšanā ir laiks, kas nepieciešams, lai tās atrastu. Tuvākās un spožākās saulei līdzīgās zvaigznes ir izkaisītas pa debesīm, kas nozīmē, ka neviens teleskops nevar uzņemt vairāk par dažām vienlaikus. Taču ir pārmērīgi dārgi, kā arī nejēdzīgi izmantot kaut ko līdzīgu Hablam vai Špiceram, lai skatītos uz vienu zvaigžņu sistēmu, kas gaida, lai ieraudzītu planētu ēnas, par kurām mēs neesam pārliecināti. Pareiza zvaigžņu sistēmas kartēšana var ilgt vairākus gadus.
Es mēģināju izstrādāt ilgtermiņa plānu, lai atrastu citu Zemi, kad uzzināju par to, ko sabiedrība ir izvēlējusies saukt par kubātiem — maziem satelītiem, kas izstrādāti pēc standarta formas, kas it kā padarīja tos lētākus un vieglāk uzbūvējamus un nogādātus kosmosā. Kā būtu, ja es izveidotu kubiku zvaigznāju, katram no kuriem būtu paredzēts skatīties tikai uz vienu zvaigzni? Es sapņoju par kosmosa teleskopiem maizes klaipa lielumā — nevis vienu, bet armiju, kas izlido orbītā kā tik daudzi izlūki. Katrs varēja iekārtoties un uzraudzīt tai piešķirto saulei līdzīgo zvaigzni tik ilgi, cik man tas būtu vajadzīgs; katrs varētu būt veltīts tam, lai uzzinātu visu iespējamo par vienu gaismu. Habls, Špicers, Keplers — viņi katrs redzēja milzīgi. Varbūt tagad mums vajadzēja desmitiem vai simtiem šaurāku skatienu, izmantojot tranzīta tehniku kā galveno atklāšanas metodi. Cubesats neredzētu to, ko varētu redzēt lielāki kosmosa teleskopi, taču tiem nekad nebūtu jāmirkšķina.
Šī ziemeļu debesu panorāma, kas uzņemta ar TESS (tranzitējošais eksoplanetu izpētes satelīts), ietver Piena ceļa skatu uz malām. Sāra Sīgere no 2016. līdz 2020. gadam bija MIT vadītās NASA Explorer misijas TESS zinātnes direktora vietniece.
NASA/MIT/TESS UN ĪTENS KRUSE (USRA)
Es runāju ar Deividu Milleru, kolēģi un inženierzinātņu profesoru, kurš bija atbildīgs par to, kas kļūs par vienu no manām iecienītākajām nodarbībām: projektēšanas un būves nodarbība ceturtā kursa studentiem. Tas bija revolucionārs, kad tas sākās, jo tas bija tik projektēts; pēc dažām ievadlekcijām studenti ienira reāla satelīta izgatavošanas izaicinājumos. Es jautāju Deividam, vai es varētu izmantot viņa klasi, lai inkubētu savu Cubesat ideju.
Viņš bija entuziasts jau no paša sākuma. Varbūt vislabākais MIT ir tas, ka neatkarīgi no tā, cik traka ir jūsu ideja, neviens nesaka, ka tā nedarbosies, līdz tā izrādīsies nerealizējama. Un iespiest kosmosa teleskopu kaut kas tik mazs kā cubesat bija diezgan traka ideja. Galvenais izaicinājums būtu izveidot kaut ko mazu, kas joprojām būtu pietiekami stabils, lai savāktu skaidrus datus. Tas ir liels pasūtījums, jo mazāki satelīti, tāpat kā mazāki jebkas, tiek izstumti kosmosā vieglāk nekā lielāki objekti. Lai veiktu precīzus zvaigznes spilgtuma mērījumus, mums ir jāspēj noturēt tās spilgtuma centru ar to pašu pikseļa daļu, kas ir daudz smalkāka par cilvēka matu platumu. Mums būtu jāizgatavo kaut kas, kas būtu simts reižu labāks par jebko, kas pašlaik pastāv cubesat masu klasē. Iedomājieties, ka izveidojat automašīnas dzinēju, kas darbojas simts reizes labāk nekā mūsdienu labākais automašīnas dzinējs.
Darīsim to, Deivids teica.
Statistika un kosmosa aparatūra
Cubesat ir daudz lētāki nekā parastie satelīti, jo tie ir mazāki un vieglāk palaižami; tie aizņem daudz mazāk vietas raķetes tilpnē, un maksā 10 000 USD, lai kosmosā nosūtītu mārciņu jebko. Diemžēl to lētā ražošana padara tos pakļautus neveiksmēm. Daudzi no viņiem nekad nestrādā. Mēs par viņiem lietojam to pašu bezcerīgo terminu, ko ārsti lieto pacientiem, kurus viņiem nekad nav bijusi iespēja glābt: DOA.
Viens no mūsu pirmajiem šķēršļiem bija statistikas problēma. (Katra problēma ir statistikas problēma.) Lai izveidotu kubu mākoni, ko varētu saukt par ASTERIA, mums bija jāizdomā, cik satelītu mums vajadzētu, lai dotu mums saprātīgu iespēju atrast citu Zemes izmēra planētu. Tūkstošiem spožu, saulei līdzīgu zvaigžņu bija vērts uzraudzīt, taču mēs nevarētu izveidot un pārvaldīt tūkstošiem satelītu. Mēs arī zinājām, ka, ņemot vērā tranzītu īslaicīgo raksturu, iespēja, ka Zemes izmēra planēta šķērsos Saulei līdzīgu zvaigzni, ir tikai aptuveni 1 pret 200. Arī daži no mūsu satelītiem, bez šaubām, neizdosies vai pazudīs. Ja mēs nosūtītu tikai dažus, mums vajadzētu būt ļoti stratēģiskiem vai ļoti laimīgiem, lai atrastu to, ko meklējām. Bija kāds optimāls satelītu skaits, kas apvienojumā ar gudru mērķa zvaigžņu sarakstu saglabātu mūsu budžetu saprātīgā līmenī, taču joprojām dotu mums labas izredzes gūt panākumus.
Man paveicās, ka man bija lieliska absolventu un pēcdoktorantūras studentu grupa, uz kurām es paļāvos, kad mans vīrs Maiks saslima. Es iestatīju vienu darbam ar ASTERIA optiku, otru precīzai norādīšanai, trešo - sakariem. Ar viņu palīdzību es guvu progresu savu mazo satelītu prototipa izstrādē, izgudrojot un testējot precīzas norādes aparatūru un programmatūru, kā arī pilnveidojot iebūvētā teleskopa un tā aizsargdeflektora dizainu. Es smagi strādāju, lai atbrīvotu atlikušo ceļu, lai ASTERIA kļūtu par īstu. Pēc tam, kad bijām ielikuši pamatus projektēšanas un būvniecības klasē, maniem studentiem un man pievienojās mūsu pūliņiem Kembridžas Draper laboratorija, kurā pētnieki strādā pie tādām lietām kā raķešu vadības sistēmas un zemūdeņu navigācija. Viņi arī daudz strādā pie kosmosa aparatūras. Katru nedēļu mums bija sapulces, cenšoties atrisināt mazo teleskopu problēmas. Mēs varētu izveidot pietiekami mazus komponentus un izvietot satelītu un pateikt, kā rīkoties, taču mēs joprojām nevarējām izdomāt, kā saglabāt to tik stabilu, cik mums vajadzēja. Kamēr mēs mēģinājām atrisināt šo problēmu, es izmantoju savu notiekošo pētījumu par biosignatūras gāzēm, lai noteiktu, kādi eksoplanetu veidi ir pelnījuši mūsu uzmanību. Es domāju, ka manas dzīves laikā mēs varētu izpētīt simts zvaigžņu sistēmas; viņiem bija jābūt īstajiem.
Pārbaudījums tuksnesī
Iestājās nakts, tuksnešaina un melnāka par melnu, kad mēs saspiedāmies kopā uz liela betona pleķa vecā raķešu vietā Ņūmeksikas vidienē, lai izmēģinātu jaunu ASTERIA komponentu. Es biju arvien pārliecinātāks par tā vērtību. Tas nebija Habls, Špicers vai Keplers, un tas, iespējams, nekad nebūs kaut kas tik lielisks. Bet ne katrai gleznai tādai vajadzētu būt vai tā varētu būt Zvaigžņotā nakts . Visumā ir vieta mazākiem darbiem, cita veida mākslai. Keplers varētu atrast tūkstošiem jaunu pasauļu, taču tas neatklās pietiekami daudz nevienas no tām, lai mēs varētu zināt, vai tā ir kāda mājas. Tas slaucīja aci pāri zvaigžņu laukiem, kas bija pārāk tālu, lai astronomi varētu izdarīt kaut ko vairāk par pieņēmumiem par tādām vietām kā Kepler-22b.
Bet, ja es varētu vienkārši likt ASTERIA darboties un pēc tam atrast veidu, kā nosūtīt satelītu floti, tas apvienotu NASA Keplera kosmosa teleskopa labākos rezultātus, kas spēj atrast mazākas planētas ap saulei līdzīgām zvaigznēm, un topošo TESS, ar savu tuvāko meklēšanu un jutību pret sarkanajām pundurzvaigznēm.
Inženieri testē ASTERIA pirms tās izlaišanas 2017. gadā.
NASA/JPL-CALTECHMana komanda izveidoja prototipu iespējamai kamerai, kas bija daudzsološi stabila un varēja darboties siltākā temperatūrā nekā lielākajā daļā satelītu izmantotie detektori. (Lielākā daļa ir jāatdzesē, kas apliek ar nodokli mašīnu.) Es vienkārši nebiju pārliecināts, ka tas redzēs to, ko mums vajadzēja redzēt. Man tajā laikā bija īpaši spilgta un entuziasma pilna studente, vārdā Mērija Knapa; viņa bija studente pirmajā projektēšanas un veidošanas klasē, kuru es mācīju. Viņa mudināja mūs pārbaudīt kameru ārpusē, izmantojot to, lai aplūkotu īstas zvaigznes. Marija ierosināja Ņūmeksikas tuksnešus kā mūsu izmēģinājuma vietu. Tajā aprīlī būs jauns mēness, kas jau tā skaidrās tuksneša debesis padarīs vienmērīgi melnas. Tas jauns mēness sakrita arī ar skolas brīvlaiku maniem dēliem Maksam un Aleksam, kas nozīmēja, ka es varēju viņus ņemt līdzi. Lai kā es gribēju redzēt zvaigznes, es arī gribēju tās redzēt.
Es jautāju vietējam astronomu amatieru klubam, kur varētu būt labākā vieta, kur pārbaudīt mūsu kameru. Tajā vakarā viņi mūs uzaicināja uz savu zvaigžņu skatīšanās ballīti, jaunā mēness svinībām. Mēs ieradāmies krēslā pie vecās raķešu vietas. Es paskatījos uz zvaigznēm un jutu, ka mans bērnišķīgais brīnums atgriežas. Domāju, ka to juta arī zēni.
Mēs uzstādījām kameru. Mums būtu jāgaida, līdz atgriezīsimies MIT, lai analizētu savus datus, taču šķita, ka mūsu jaunais detektora veids, kas vēl netiek izmantots astronomijā, to paveica. Mēs vismaz zinājām, ka mūsu eksperiments nebija pilnīga neveiksme.
Ilgi gaidītā palaišana
2017. gada augustā pēc gadiem ilga darba, cerību un pūļu SpaceX gatavojās palaist kosmosā raķeti Falcon 9. Raķetei nebija apkalpes, bet tajā atradās ASTERIA.
Tas bija grūts ceļojums. Kamera no manas iztēles bija nonākusi mūsu projektēšanas un veidošanas klasē, izmantojot zīmējumus un prototipus, kā arī veco raķešu vietu Ņūmeksikā. Pēc tam MIT mums pietrūka naudas, un Draper Laboratory bija labāk patikusi šī tehnoloģija citām lietām. Jet Propulsion Laboratory, kas vienmēr bija interesējusies par cubesats un jo īpaši ASTERIA iespējām, turpināja tur, kur MIT un Drapers pārtrauca. Trīs MIT absolventi spēlēs vadošās lomas projektā; viņi uztvēra savu darbu nopietni, jo paši redzēja, cik tas ir svarīgi. Viņu aizraušanās un kompetence nodrošināja, ka ASTERIA kļūs par visu, kas var būt, ka tā tika uzbūvēta pareizi un ar mīlestību novietota, beidzot raķetes tilpnē, stenējot uz palaišanas laukuma skaistā vēlā vasaras dienā. Raķete iegriezīsies debesīs un satiktos ar Starptautisko kosmosa staciju. Tur esošie astronauti atbrīvos mūsu mazo satelītu vēlāk rudenī. No čukstiem manos sapņos līdz kosmosam: es nevarēju noticēt, ka mēs tuvojāmies tik ilgas izrēķināšanās beigām.
Es biju plānojis doties uz ASTERIA palaišanu, taču tas tika aizkavēts tik ilgi, lai ceļojumu un bērnu aprūpes plāni izgāztos. Palaišanas dienā es ar vilcienu iebraucu Kembridžā, devos uz Zaļo ēku un ar liftu devos uz savu stāvu. Es iegāju savā birojā garām ceļojumu plakātiem par tālām pasaulēm, aizvēru durvis un izsaucu tiešsaistes video straumi. Palaišana bija liels darījums; visā pasaulē acis bija apmācītas uz šo raķeti, joprojām gaidot uz paliktņa.
Ik pa laikam es paskatījos augšup no nemākoņainajiem Floridas kadriem uz ekrāna un pa logiem, uz manu kristālisko skatu uz Bostonas centru. Visur, kur skatījos, bija skaidras debesis. Es pavadīju varbūt 30 minūtes klusumā, rakstot pateicības e-pastus citiem ASTERIA komandas locekļiem. Pēdējā sekundē nolēmu viņus nesūtīt. Es zinu, ka māņticība ir nezinātniska. Es saprotu, ka visam ir vienalga, vai beisbola spēlētājs valkā savu laimīgo apakšveļu — tas, vai viņš trāpīs, galvenokārt ir atkarīgs no metēja un viņa paša. Bet raķetes ir trauslas, slikti izturētas mašīnas. Pirms krievi palaiž orbītā raķetes no Kazahstānas stepēm, viņi izsauc pareizticīgo priesteri, lai viņš apmestu ar svēto ūdeni, bārdu un apmetni un svēto ūdeni, ko vējš nes uz sāniem. Es negrasījos tik tālu, bet es netaisījos nosūtīt pāris e-pasta ziņojumus, kamēr mēs nebijām droši. Es biju pārsteigts par to, cik nervozs es biju, skatoties, kā atpakaļskaitīšanas pulkstenis tikšķ uz leju, lai palaistu.
Dzinēji uzliesmoja ar lielu tīras uguns lodi. Palaišanas tornis nokrita, un raķete atviegloja ceļu no paliktņa, palielināja ātrumu un virzīja savus mirdzošos plecus uz savu nākotnes orbītu. Borta kameras ierakstīja tā izliekto lidojumu, kad debesis ap to kļuva no zilas līdz purpursarkanai līdz melnai. Raķete bija ielauzusies kosmosā. Pastiprinātāji tika atmesti, un pārējā raķete turpināja kāpšanu iespējami dziļākajā naktī, Zemei aiz muguras zila un gaiša, priekšā neiespējams melnums. Vajadzētu nedaudz laika, lai tas panāktu kosmosa staciju, kas savā orbītā skrēja ar ātrumu 17 000 jūdžu stundā, apmēram piecas jūdzes katrā sekundē. Taču raķete un mūsu satelīts jau bija ceļā.
Visam drosmīgajam kaut kur jāsāk, nodomāju.
Vai es ticu citai dzīvei Visumā?
Jā, es ticu.
Labāks jautājums: ko mūsu meklējumi saka par mums? Tas saka, ka mēs esam ziņkārīgi. Tas saka, ka mēs ceram. Tas saka, ka mēs esam spējīgi uz brīnumiem un brīnišķīgām lietām.
Pielāgots un pārpublicēts no Vismazākās gaismas Visumā . Autortiesības 2020 pieder Sara Seager. Izdevējs Crown, Random House Publishing Group, Penguin Random House nodaļas nospiedums.