211service.com
Planēta Gazer
Bērnībā Sāra Sīgere bija pārliecināta, ka mēness viņai seko visur, kur viņa dotos. Aizraušanās, vērojot to caur teleskopu, kad viņai bija pieci gadi, ir viena no viņas agrākajām atmiņām.
Sāra Sīgere
Kamēr Sīgers 1976. gadā pirmo reizi labi aplūkoja Mēnesi, NASA astronomi jau apsprieda nepieciešamību pēc kosmosa infrasarkanā teleskopa. Kad Spicera kosmiskais teleskops tika palaists orbītā gandrīz trīs gadu desmitus vēlāk, pati Sīgere bija viena no zinātniecēm, kas to izmantos, lai pētītu planētu atmosfēru ārpus mūsu Saules sistēmas — planētām, par kurām pirms 10 gadiem neviens nebija pārliecināts.
Līdz 1995. gadam Mēness sekoja Sīgerai, lai viņa absolvētu skolu Hārvardā, kur viņa izvēlējās doktora disertācijas tēmu. Tajā rudenī Šveices zinātnieki paziņoja, ka ir pamanījuši planētu, kas riņķo ap zvaigzni Pegaza zvaigznājā — pirmo no planētām, kas drīzumā tiks atklātas ārpus mūsu Saules sistēmas. Sīgere rakstīja savu disertāciju par to, kā zvaigžņu starojums ietekmē karsto Jupiteru atmosfēru — ārpus Saules planētām, kas ir milzu un gāzveida, piemēram, Jupiters, bet ir daudz tuvāk to zvaigznēm un tādējādi vairāk nekā 10 reizes karstākas. Mūsdienās viņa tiek uzskatīta par ārpus Saules planētu jeb eksoplanetu izpētes pionieri. Dažās jomās jūs tikai pakāpeniski virzāties uz jautājumiem, kas pastāv jau gadu desmitiem, viņa saka. Šajā jomā mums ir tikpat daudz jautājumu, cik atbilžu.
Tā kā tagad ir dokumentētas vairāk nekā 200 eksoplanetu, pētnieki ir saprotami entuziastiski par to, ka viņiem ir tik daudz jaunas teritorijas, ko izpētīt un izskaidrot. Cilvēki ir satraukti un vienkārši vēlas darīt jaunas lietas, bet bieži vien nav tik uzmanīgi, kā vajadzētu, saka Sīgers. Tas ir kā mežonīgie Rietumi. Lietas notiek tik ātri, jūs vienkārši darāt lietas. Tad tu aizej. Vēloties ieviest šajā jomā vairāk izsmalcinātības, viņa janvārī pievienojās MIT fakultātei, lai uzsāktu jaunu programmu ekstrasolārajām planētām, un izstrādā eksoplanetu kursu, ko viņa mācīs rudenī. Viņa saka, ka es šeit ierados, lai ieviestu dažas [MIT atmosfēras zinātnes] zināšanas un rīkus eksoplanetu atmosfēras izpētē. Būdams Ellenas Swallow Richards asociētais profesors Zemes, atmosfēras un planētu zinātņu katedrā, Sīgers tagad sadarbojas ar meteorologiem un atmosfēras zinātniekiem, kā arī citiem astronomiem. Amerikas Savienoto Valstu un pasaules topogrāfiskās kartes ierāmē viņas Green Building biroja durvis, kur viņa domā par planētām, kas atrodas tālu ārpus mūsu Saules sistēmas.
Sīgeres laboratorija sastāv no viņas smadzenēm un datora, kurā ir dati, kas savākti virs Zemes atmosfēras ar Spicera teleskopu. Viņas birojā ir maz citu. Pie vienas sienas rindojas kastes ar failiem no viņas pēdējā darba, kā vecākais pētnieks Vašingtonas Kārnegi institūtā; to izpakošana prasītu laiku no viņas izpētes. Uz otras karājas tāfele, pārklāta ar diagrammām, kas ilustrē paņēmienus, ko viņa un citi izstrādājuši, lai gūtu norādes par eksoplanetu atmosfēru.
Kad astronomi atklāja pirmo eksoplanetu, viņi bija šokēti, atklājot, ka tā ir septiņas reizes tuvāk savai zvaigznei nekā Merkurs ir Saulei. Tā tuvums apžilboši spožai zvaigznei apgrūtināja pētniecību. Taču Sīgers zināja, ka drīzumā kāds atradīs eksoplanetu, kas, skatoties no Zemes, tranzītos savas zvaigznes priekšā un pēc tam pazudīs aiz tās. (Varbūtība, ka eksoplaneta, kas atrodas tuvu orbītai, šķērsos savu zvaigzni, ir aptuveni 10 procenti.) Pēc tam astronomi varēja izmantot metodi, kas tika izstrādāta 1900. gadu vidū, lai pētītu bināro zvaigžņu aptumsumu: mērot nelielu zvaigznes gaismas kritumu, kad eksoplaneta iebrauca. tās priekšā viņi varēja aprēķināt planētas laukuma attiecību pret tās zvaigznes laukumu.
Protams, 1999. gadā astronomi novēroja septīto tuvu orbītas eksoplanetu, kas šķērsoja savu zvaigzni aptuveni 904 triljonus jūdžu attālumā no Zemes. Gāzveida gigants, kura temperatūra var sasniegt 1300 °C, eksoplanēta HD 209458b ir klasificēta kā karstais Jupiters. Tā ir arī viena no tikai divām zināmajām tranzīta eksoplanētām, kuru zvaigznes atmosfērā izstaro pietiekami daudz gaismas, lai sniegtu astronomiem datus, kas nepieciešami detalizētu pētījumu veikšanai.
Vienīgais veids, kā astronomi var uzzināt par citas planētas atmosfēru, ir izpētīt planētas starojuma pārnesi vai gaismas izplatīšanos tās atmosfērā. Taču HD 209458b ir tik tuvu savai zvaigznei, ka savu orbītu pabeidz trīsarpus dienās, un pat Špicers, kas uztver infrasarkano gaismu līdz 1 daļai uz 1000, pats par sevi nespēj atšķirt planētas gaismu no zvaigznes. Tāpēc kā daļa no NASA Godāras kosmosa lidojumu centra pētniecības grupas Sīgere un viņas kolēģi izmantoja vienkāršu aprēķinu, lai izolētu planētas gaismu. Izmantojot Spicera infrasarkano spektrogrāfu, pētnieki mērīja zvaigznes un planētas gaismu kopā (ja abas ir redzamas) un atņēma gaismu tikai no zvaigznes (kad tā aptumšo planētu).
Spektrogrāfs, kas darbojas kā prizma, arī sadalīja planētas gaismu tā komponentu viļņu garumos. Pētnieki analizēja gaismu katrā viļņa garumā, meklējot pazīmes, kas identificētu molekulas eksoplanetas atmosfērā. gada 22. februāra numurā Daba , viņi ziņoja, ka ir apkopojuši pirmos spektrālos datus no HD 209458b divu aptumsumu laikā 2005. gada jūlijā, un paskaidroja savus nedaudz pārsteidzošos atklājumus.
Lai veiktu spektrālo analīzi un pat izlemtu, ko meklēt, pētnieki izmantoja iespējamo eksoplanetu atmosfēru modeļus, ko bija izstrādājis Sīgers. Kad uz planētas spīd zvaigžņu gaisma, fotoni atmosfērā sastopas ar molekulām; atkarībā no tā, kādai molekulai tas saskaras, fotons var tikt absorbēts, izkliedēts vai atkārtoti izstarots citā viļņa garumā. Novērojot fotonus, kas izplūst no atmosfēras, Sīgers var noteikt, kādas molekulas satur atmosfēra. Fotoni ir mūsu valūta, viņa saka.
Lai izveidotu savus modeļus par to, kā varētu izskatīties karstais Jupiters, Sīgere pielāgoja nevis citas planētas, bet vēsas zvaigznes, piemēram, mūsu saules, modeli. Vispirms viņa to mainīja, lai tā temperatūra būtu tuvāk Jupitera temperatūrai. Tad viņa apsvēra, kuri atomi un molekulas varētu atrasties uz karstas planētas ķīmiskā līdzsvarā. Tā kā, piemēram, nātrijs šķita ticams kandidāts, viņa savam modelim pievienoja tā īpašības, lai izveidotu spektrālu parakstu, kas liecina par nātrija klātbūtni. Kad 1999. gadā tika atklāts HD 209458b, Sīgere, toreiz nesen ieguvusi doktora grādu, savos modeļos ievadīja pieejamos datus par planētu un paredzēja nātrija klātbūtni (cita starpā) atmosfērā, kas tika uzskatīta par to. Izmantojot viņas modeļus, astronomi izstrādāja eksperimentus, kuros Habla kosmiskais teleskops meklēja nātriju. 2001. gadā šie eksperimenti ļāva pirmo reizi atklāt ārpussolāras planētas atmosfēru un apstiprināja Sīgera prognozi.
Kad Sīgere un viņas kolēģi 2005. gadā lika Spiceram novērot HD 209458b, viņi cerēja atrast pierādījumus par ūdens molekulām atmosfērā. Bet tādi pierādījumi neparādījās. Tomēr pētnieki novēroja, viņuprāt, silikātu mākoņu spektrālo parakstu, zem kura var būt iesprostoti ūdens tvaiki. Sīgers arī izvirza hipotēzi, ka eksoplanetas dienas pusē temperatūra var būt nemainīga visā atmosfērā, un tādā gadījumā pastāvētu līdzsvars: jebkādi ūdens absorbcijas pierādījumi tiktu atcelti ar ūdens emisijas pierādījumiem.
Sīgere nav pārsteigta, ja eksperimentālie dati neatbilst lielākajai daļai no simtiem viņas līdz šim izveidoto modeļu. Tādā veidā daba ir radošāka nekā mēs, viņa saka, priecājoties, ka vispār ir iespējams droši pateikt, kādi elementi pastāv uz planētas, kas atrodas aptuveni 150 gaismas gadu attālumā. Mēs faktiski varam raksturot eksoplanetu atmosfēru, viņa saka. Pirms četriem gadiem neviens nebūtu ticējis, ka jūs to varat izdarīt.
Vēloties iegūt vairāk datu, ko pievienot saviem modeļiem, Sīgere ir daļa no MIT vadītajiem centieniem izstrādāt un līdz 2009. gadam palaist privātu satelītu ar nosaukumu TESS, kas paplašinās eksoplanetu meklēšanu. Špicers var skatīties tikai uz lietām, kuras mēs jau zinām, un vienlaikus var redzēt tikai vienu zvaigzni, viņa skaidro. Tas aplūkos burtiski miljoniem zvaigžņu, meklējot šo nelielo spilgtuma kritumu, kas liecina par planētas tranzītu.
Sīgers cer atrast akmeņainas planētas — ideālā gadījumā tās riņķo ap spilgtām zvaigznēm, lai būtu pietiekami daudz gaismas to pētīšanai. Gāzes milzu planētas ir garlaicīgas, jo tajās ir visas gāzes, ar kurām tās ir dzimušas, viņa saka. Zeme tomēr ir attīstījusies; piemēram, agrīnie vulkāni izplūda gāzes, un augi ražo daudz skābekļa. Arī gāzes giganti ir pārāk karsti dzīvei. Mēs vēlamies atrast planētas, kas var atbalstīt dzīvību, saka Sīgers, kurš absolūti domā, ka ārpus mūsu planētas ir dzīvība.
Mēs neredzēsim nekādus mazus zaļus cilvēciņus, viņa brīdina, piebilstot, ka viņu neinteresē satikt ar citplanētiešiem. Visticamāk, viņa saka, mēs atradīsim baktērijas. Bet pat tas varētu būt atklājošs. Ja mēs varam atrast dzīvību citās vietās, tas var būt pavediens, no kurienes esam nākuši, viņa saka.
Sīgere uzskata, ka pastāv liela iespēja, ka viņas dzīves laikā mēs pamanīsim dzīvības pazīmes uz citām planētām. Bet, viņa attrauc, es ceru nodzīvot ilgi.