Ovo je izazovna noć za astronomiju u opservatoriju Lick u blizini San Josea, u Kaliforniji. Svjetla Silicijske doline svjetlucaju ispod vrha planine Hamilton, visok 4200 metara, ispirajući najsjajnije zvijezde. Oblaci se približavaju sa sjevera uz prijetnju kiše. Na vrhu planine je deset kupola teleskopa, a ja se uspinjem strmim prilazom najvećem. Čuje se jeziv zvuk, poput labave rolete koja viri na vjetru. To je sama kupola koja škripi dok se okreće kako bi otvor bio centriran iznad teleskopa koji se polako kreće.
Povezani sadržaj
- Građevni blokovi života mogu poticati iz svemira
- Što Otkriće stotina novih planeta znači astronomiju - i filozofiju
- Evo, Geminidi
Chris McCarthy, astronom sa Državnog sveučilišta San Francisco (SFSU), pozdravlja me uz bočna vrata. Noseći malu svjetlost privezanu za glavu, vodi me metalnim stubištima kroz unutrašnjost kupole, držeći tamno tamno za noćna promatranja, i u toplu kontrolnu sobu. Tamo Howard Isaacson, stariji član SFSU-a, i Keith Baker, tehničar za teleskope, sjede za računalnim ekranima usred debelih snopova kabela i regala antikvarirane elektronike. McCarthy i Isaacson razgovaraju i pijuckaju vrući čaj dok Baker koristi svoj računalni miš za podešavanje teleskopa. Prije zore astronomi će sakupljati svjetlost s desetaka zvijezda. Neke zvijezde, nadaju se, pružaju nove svjetove.
U doba rovera koji su istraživali Mars i svemirske teleskope koji su vrtoglavo slikali kosmos iznad mraka Zemljine atmosfere, rutina u Licku - pokazujući 47-godišnjeg teleskopa sat u zvijezdu satima nakon kraja - osjeća se radije čudan. Ipak, ti su astronomi članovi tima koji je najbolji u poslu na lovu na planetu. Koristeći teleskope na Havajima, u Čileu i Australiji, kao i one na opservatoriju Lik, za nadgledanje oko 2.000 zvijezda - većina njih tihih i sredovječnih poput našeg sunca i dovoljno blizu Zemlje da bi veliki teleskopi mogli jasno vidjeti svoje pokreti - tim je do sada pronašao otprilike dvije trećine od 200 ili više planeta otkrivenih izvan našeg Sunčevog sustava. (Nedavno glasovanje o tome kako definirati planet u našem sunčevom sustavu nije prijetilo planetarnom statusu tih udaljenih objekata.)
Neki od novootkrivenih ekstrasolarnih planeta ili egzoplaneta, kako ih nazivaju, divovski su svjetovi veličine Jupitera koji kruže svoje zvijezde na tijesnim orudama pečenja, daleko bližim od orbite Merkura oko sunca. Drugi se naglo približavaju svojim zvijezdama, a zatim se naglo okreću po stazama u obliku jaja, razbacujući manja tijela dok idu. Neki novorođeni planeti bacaju svoje braće i sestre u vatrenu propast ili u dubine svemira.
Nigdje se ne vidi - barem još ne - solarni sustav poput našeg, s čvrstim planetima blizu sunca i planetima divovskim plinovima na urednim povorkama. Takav je sustav najvjerojatnije mjesto za kameniti planet poput Zemlje koji može preživjeti u stabilnoj orbiti milijarde godina. Možda je parohijalno, ali astronomi koji traže znakove života drugdje u kozmosu - potraga koja animira potragu za egzoplanetima - traže planete i solarne sustave poput našeg, s planetom koji nije ni predaleko ni previše blizu zvijezdi., a možda i s vodom na površini. Kalifornijski tim kaže da je pronalazak planeta sličnih Zemlji samo pitanje vremena.
Na kraju krajeva, proučavanje egzoplaneta i dalje je vrlo novo. Ranije prije deset godina astronomi su smatrali da ih je nemoguće vidjeti protiv sjajnog sjaja njihovih zvijezda. Tako je nekoliko astronoma pokušalo pronaći egzoplanete tražeći zvijezde koje kao da se zamahnu, uvučene gravitacijom nevidljivih tijela koja kruže oko njih. No, većina stručnjaka sumnjala je da će pristup djelovati. "Ljudi su mislili da je traženje planeta beskorisno", kaže McCarthy. "Bio je to jedan korak iznad potrage za izvanzemaljskom inteligencijom, a to je bio i jedan korak iznad što su ga oteli vanzemaljci. Sada je to jedan od najvećih znanstvenih dostignuća 20. stoljeća."
Prvi egzoplanet, koji su 1995. godine otkrili gradonačelnik Michela i Didier Queloz sa sveučilišta u Ženevi, bio je džinovski objekt upola manji od Jupitera, koji se svakih četiri dana vrti oko zvijezde slične našem suncu u užarenoj orbiti. Zvijezda se nalazi u zviježđu Pegasus udaljena oko 50 svjetlosnih godina. Više "vrućih Jupitera" ili divovskih plinovitih planeta koji se kreću u blizini zvijezda, brzo su se pojavili, makar samo zato što ta velika tijela nameću najizraženije titranje njihovim matičnim zvijezdama.
Iako astronomi direktno nisu promatrali te planete, zaključuju da su plinoviti od njihove velike veličine i onoga što se zna o formiranju planeta. Planet se koali iz krhotina u velikim diskovima prašine i plinova koji okružuju zvijezde. Ako dosegne određenu veličinu - 10 do 15 puta veću od Zemlje - stvara takav gravitacijski potez i usisava toliko plina da postaje plinski div.
Kako su se mjere mjerenja poboljšavale, astronomi su razabrali postupno manje planete - prvo veličine Saturna, a zatim sve do Neptuna i Urana. Nakon nekoliko godina uočavanja egzoplaneta, znanstvenici su vidjeli obećavajući trend: kako su veličine koje su mogle detektirati bile sve manje, bilo ih je sve više i više. Čini se da proces koji gradi planete favorizira malene, a ne titane.
U posljednjih godinu i pol, kalifornijski tim i skupina predvođeni istraživačima u Parizu otkrili su najmanju egzoplanetu koja se još vidjela oko zvijezda sunčanih sunca: dva planeta bila su samo pet do osam puta veća od Zemljine mase. Astronomi kažu da se takvi svjetovi uglavnom sastoje od metala i stijena, možda s gustom atmosferom. Egzoplanet koji je pronašao astronom Geoff Marcy sa Kalifornijskog sveučilišta u Berkeleyu i njegovi kolege blizu je njegove zvijezde i vjerojatno je previše vruće da bi tekućina mogla postojati na njenoj površini. Drugi planet kruži daleko od blijede zvijezde i može biti hladan poput Plutona. Ipak, saznanje da nisu sve egzoplanete divovske kugle plina bilo je orijentir za to polje. "Ovo su prvi uvjerljivo stjenoviti svjetovi", kaže Marcy. "Prvi put počinjemo otkrivati našu planetarnu srodnicu među zvijezdama."
Do sada je najčudnija karakteristika egzoplaneta, kaže Marcy, da je jednoga dana u svom uredu u kampusu u Berkeleyu njihova neobična orbita. U klasičnom dijagramu "pogled odozgo" našeg sunčevog sustava, planete (osim neparnog Plutona, nedavno demotiviranog na patuljasti planet) prate sjajne koncentrične krugove oko sunca. Marcy posegne za urednim stolom i izvadi ormar, mehanički model našeg sunčevog sustava. Metalne kuglice na krajevima vreteno ruke se okreću oko sunca. "Svi smo očekivali da ćemo vidjeti ove kružne orbite fonografskih žljebova", kaže Marcy. "To je ono što su udžbenici rekli o planetarnim sustavima. Pa kada smo prvi put započeli viđati ekscentrične orbite 1996. godine, ljudi su rekli da ne mogu biti planete. Ali pokazalo se da su prethodnik stvari koje dolaze."
Nešto iza ponoći u opservatoriju Lik, astronomi dobro napreduju na noćnom popisu od 40 zvijezda. Njihove mete obično nisu glavne zvijezde zviježđa, ali, čak i toliko, mnoge su dovoljno svijetle da se vide golim okom. "Kad budem vani s prijateljima, mogu vam ukazati na nekoliko zvijezda za koje znamo da imaju planete", kaže Howard Isaacson. Jedna posebno svijetla zvijezda u zviježđu Andromeda ima tri.
McCarthy nudi otkriti tajnu uspjeha tima u špijuniranju egzoplaneta. Ulazimo u tamnu kupolu i prolazimo ispod teleskopa, sa svojim zrcalom širokim deset stopa koje sakuplja i fokusira slabe zrake svjetlosti udaljenih zvijezda. Vidio sam golemi teleskop tijekom dnevnih obilazaka, ali noću izgleda mnogo vitalnije, njegove debele metalne potpornice kutne poput nogu visokog molitva koji gleda u nebo. McCarthy me vodi u skučenu sobu ispod poda kupole, gdje se zvijezda koncentrirana ogledalom teleskopa struji u cilindar manji od limenke sode. Umotan je u plavu pjenu, sa staklima na oba kraja. Iznutra je prazan, ali rečeno mi je da je pun joda koji je zagrijan na 122 stupnja Fahrenheita.
Ovu jodnu ćeliju razvili su Marcy i njegov bivši student Paul Butler, sada astronom u Carnegie instituciji u Washingtonu, DC Kad svjetlost iz zvijezde prolazi kroz vrući plin, molekuli joda apsorbiraju određene valne duljine svjetlosti. Preostalo svjetlo širi se u dugu instrumentom koji djeluje poput prizme. Budući da jod oduzima djeliće svjetlosti, tamne su linije raštrkane u spektru poput dugog bar koda supermarketa. Svaka zvijezda nosi svoj vlastiti potpis svjetlosnih duljina koje je apsorbirala atmosfera zvijezde. Te se valne duljine pomalo pomiču kada se neka zvijezda pomiče prema ili dalje od nas. Astronomi uspoređuju vlastiti potpis tamne crte zvijezde sa stabilnim jodnim linijama iz noći u noć i iz mjeseca u mjesec i iz godine u godinu. Budući da postoji toliko finih linija, moguće je otkriti čak i minutne pomake. "To je poput držanja zvijezde do komada graf papira", kaže McCarthy. "Jodne linije se nikad ne kreću. Dakle, ako se zvijezda pomiče, mi koristimo jodne crte kao ravnalo protiv kojeg možemo mjeriti to kretanje."
Za nešto veliko poput zvijezde, jedino što može uzrokovati redovit, ponavljajući pomak su gravitacijski tegljači druge zvijezde - koje astronomi mogu lako otkriti zbog vlastitog svjetlosnog potpisa popratne zvijezde i njezine ogromne mase - ili skrivene planete u orbiti okolo toga. Jodna ćelija može pratiti zvijezdu koja se kreće polako kao nekoliko stopa u sekundi - ljudsku brzinu hodanja - nepreglednom prazninom od trilijuna milja prostora. Upravo je ta osjetljivost razlog zašto mnogi timovi za lov na planete koriste jodnu stanicu.
Zavirim unutra i vidim kako se u plavu pjenu provlači svjetlucava folija i žice za grijanje. Čini se da trake kanalne trake drže dijelove zajedno. Nakon što se vratimo u kontrolnu sobu, McCarthy se nasmije i istakne slogan na znojnoj košulji Keitha Bakera: "Kad vam se dogodi teško, tvrda uporaba vrpce."
Što su više neobično oblikovane i neobično raspoređene orbite astronomi, to više shvaćaju da prirodni proces formiranja planeta poziva na kaos i nered. "Postalo je jasno da je naš sunčev sustav, svojom prekrasnom dinamikom i arhitekturom, bio mnogo stabilniji od onih oko drugih zvijezda", kaže teoretski astrofizičar Greg Laughlin sa kalifornijskog sveučilišta u Santa Cruzu koji surađuje s Marcyjevim i Butlerovim timom. Pokušaj shvatiti kako novi planeti dobivaju svoje čudne putove bio je zastrašujući zadatak. Laughlin dizajnira računalne modele orbite egzoplaneta kako bi pokušao ponovno stvoriti povijest planeta i predvidjeti njihove sudbine. Usredotočio se na ulogu gravitacije u pustošu. Na primjer, kada se veliki planet kreće ekscentričnom orbitom, njegova gravitacija može djelovati poput praćke i bacati manje obližnje svjetove. "U nekim od tih sustava, " kaže Laughlin, "ako umetnete planetu sličnu Zemlji u obitavajuću orbitu, ona se može doslovno izbaciti u roku od nekoliko tjedana."
Interakcije među planetima mogu biti česte u kozmosu, kažu Laughlin i njegovi kolege. Poznato je da gotovo 20 zvijezda ima više planeta u orbiti oko njih, a neki od tih bračnih egzoplaneta zaključani su u plesu koji se zove "rezonanca". Primjerice, jednom planetu koji kruži zvijezdom zvanom Gliese 876 potrebno je 30 dana u orbiti, dok drugom planetu treba gotovo točno dvostruko duže. Laughlinovi izračuni pokazuju da njihovo međusobno gravitacijsko povlačenje čuva stabilan raspored, koji djeluje nalik na sat, između dva planeta.
Resonancije su snažni tragovi da su planeti migrirali daleko od svojih mjesta rođenja. Disk prašine i plina koji rađa embrionalne planete ima svoju gravitaciju. Disk se povlači na planete, postupno ih povlačeći prema unutra prema zvijezdi ili ih, u nekim slučajevima, tjera prema van. Kako ova seoba traje stotinama tisuća godina, neki egzoplaneti postaju zarobljeni u rezonanci sa svojim susjedima. Kad veliki planeti završe u bliskim četvrtima, oni se vrte oko sebe i stvaraju neke ekscentrične orbite koje vidi tim. Barem, to je trenutno najbolja pretpostavka.
Ostali planeti nisu dugo za ovaj svijet. Laughlin računalni modeli sugeriraju da će neki planeti najbliži njihovim zvijezdama uroniti u njih kao udaljeniji planeti koji silovito putuju u manje orbite, možda za stotine tisuća godina. Ovo istraživanje udaljenih solarnih sustava stvorilo je fascinantan scenarij o našem solarnom sustavu. Neki astronomi teoretiziraju da su Venera, Zemlja i Mars planeti "druge generacije", nasljednici ranijih tijela koja su se rodila bliže suncu i migrirala prema unutra dok ih nisu progutali.
Ima li sav promatrani kaos u svemiru strašne posljedice za male kamenite planete? Nikako, kaže Laughlin. Tehnika mjerenja lebdećih zvijezda naprijed i natrag, osjetljiva kakva jest, trebala bi biti desetak puta finija da bi se otkrili objekti veličine Zemlje. No, satelitski teleskopi predviđeni za pokretanje u sljedećih nekoliko godina mogli bi moći otkriti "sjene" izvanzemaljskih zemalja dok mali planeti prolaze ispred njihovih zvijezda. Laughlin predviđa da će sateliti naći takva tijela u skupinama, čak i oko zvijezda na kojima još nisu vidjeli velike planete. "Vrlo je vjerojatno da [zvijezde nalik suncu] prate zemaljske planete, " kaže on. "Moj intuitivni osjećaj je da naš sunčev sustav uopće nije neuobičajeno."
Berkeleyev Geoff Marcy se slaže, jer kaže da se svaka zvijezda rodi s dovoljno sirovina oko sebe da stvori mnogo planeta. Mnogo čvrstih planeta poput Zemlje trebalo bi se stvoriti, kaže on, dok se prašina stapa u šljunak, koji se sudara iznova i iznova, kako bi stvorio asteroide i mjesečeve i planete. "Možda su Jupiteri rijetki, " kaže, "ali stjenovite planete su gotovo sigurno česte. Jednostavno ne vidim kako bi stvaranje Zemlje moglo biti teško."
Mala egzoplaneta koju su nedavno otkrili Marcyjev i Butlerov tim podržava takvo stajalište. Pronašli su ga dok su nadzirali dva rezonantna planeta u sustavu Gliese 876, udaljenom 15 svjetlosnih godina. Nešto je istreniralo suptilne dodatne tegljače na orbiti planeta, a najbolje objašnjenje za to je treća planeta koja je možda 7, 5 puta veća od Zemlje. S obzirom na svoju veličinu, planeta je vjerojatno kamenita, poput Zemlje, a ne plinski div. Otkriće je predstavljalo glavni korak ka odgovoru na pitanje na koje svakome padaju na pamet: Možemo li pronaći potencijalna staništa za život drugdje?
Astronomi su se nadali da će na to pitanje odgovoriti NASA-ina satelitska misija nazvana Zemaljski pronalazač planeta. Trebala je nadići otkrivanje egzoplaneta: snimila bi slike najviše mučnih egzoplaneta i analizirala njihovu atmosferu. Ali početkom ove godine NASA je misiju stala na čekanje, uglavnom zbog prekoračenja proračuna od svemirske stanice i svemirskog šatla i očekivanih troškova plana za slanje ljudi na Mars.
U međuvremenu, kalifornijski tim neprestano traži više egzoplaneta. Za nekoliko mjeseci Marcy i suradnica Debra Fischer iz SFSU-a počet će raditi s novim teleskopom na Licku nazvanim Automatizirani pretraživač planeta koji će sadržavati najosjetljiviji instrument za analizu svjetla do sada napravljen za pretragu egzoplaneta. Robotski će instrument svake jasne noći skenirati oko 25 obećavajućih zvijezda, s potencijalom da otkrije planete male i tri do pet puta veće od Zemlje. "Ovo će biti prvi svjetski teleskop u potpunosti posvećen lovu na planete", kaže Fischer. "Ljudi su mislili da će trebati svemirske misije vrijedne milijarde dolara da pronađemo druge planete poput Zemlje, ali mislim da ćemo to pokušati pogoditi iz zemlje."
Marcy kaže da je pronalazak planeta sa zemlje tek početak. "Konačno, moramo ići s robotskom svemirskom letjelicom i malom digitalnom kamerom te poslati to malo štene Tau Cetiju ili Epsilonu Eridaniju", kaže Marcy, imenujući dvije obližnje zvijezde s posebnim obećanjima da će ugostiti planete slične Zemlji. Udaljene su 12, odnosno 10, 5 svjetlosnih godina. "Sigurno će biti potrebno 100 godina [da razviju tehnologiju], ali to je prekrasan cilj za naše vrste i to je unutar našeg razumijevanja. To je potpuno tehnološki izvedivo dobiti prve slike površine planeta oko druge zvijezde . Možemo pokrenuti globalnu misiju, izaslanika sa Zemlje. Napor koji sada ulažemo jednostavno je izviđanje te misije, ali je sjajno izviđanje da se u kozmičkoj pustinji uoče prve oaze. "
Robert Irion upravlja znanstvenim komunikacijskim programom na Sveučilištu Kalifornija u Santa Cruzu. Fotograf Peter Menzel koautor je Hungry Planet: What World Eats .
