Planeettametsästäjät

Se on haastava tähtitieteen yö Lickin observatoriossa lähellä San Josea, Kalifornia. Piilaakson valot kimaltelevat Hamilton-vuoren 4200 metrin huippukokouksen alapuolella, pestäen kaikkein tyhjimmät tähdet. Pilvet ajautuvat lähemmäksi pohjoista sateen uhalla. Vuoren huipulla on kymmenen teleskooppikupolia, ja kävelen jyrkän ajotien yli suurimpaan. Siellä on aavemainen ääni, kuten löysä ikkunaluukku, joka huuisee tuulessa. Itse kupoli rapistuu pyöriessään pitäen aukonsa keskitettynä hitaasti liikkuvan kaukoputken yläpuolelle.

Asiaan liittyvä sisältö

• Elämän rakennuspalikat ovat saattaneet tulla ulkoavaruudesta
• Mitä satojen uusien planeettojen löytö tarkoittaa tähtitieteen ja filosofian kannalta
• Katso, geminidit

Chris McCarthy, San Franciscon osavaltion yliopiston (SFSU) tähtitieteilijä, tervehtii minua siviovella. Yllään päähänsä ollessaan pieni valo, hän vie minut metallirappuilla kupolin sisäpuolen läpi, pitäen hämärän pimeänä yöllisiä havainnointia varten, ja lämpimään valvontahuoneeseen. Siellä istuvat SFSU: n vanhempi Howard Isaacson ja teleskooppiteknikko Keith Baker tietokoneiden näytöillä paksujen kaapelipakettien ja vanhennetun elektroniikan telineiden keskellä. McCarthy ja Isaacson keskustelevat ja siemailevat kuumaa teetä, kun taas Baker käyttää tietokoneen hiirtä kaukoputken säätämiseen. Ennen aamunkoittoa tähtitieteilijät keräävät valoa kymmeniltä tähdet. Jotkut tähdet, he toivovat, satamaan uusia maailmoja.

Aikana, jolloin rovers etsivät Marsia ja avaruudessa toimivia teleskooppeja, jotka ottavat häikäiseviä kuvia kosmosta maan ilmakehän murhan yläpuolelta, Lickin rutiini - osoittaen 47-vuotiaan kaukoputken tähtiä tähden tuntien päästä - tuntuu pikemminkin viehättävä. Nämä tähtitieteilijät ovat kuitenkin ryhmän jäseniä, joka on paras maapallon metsästysliiketoiminnassa. Käyttämällä teleskooppeja Havaijilla, Chilessä ja Australiassa, samoin kuin Lickin observatorion kohteita, seuraamme noin 2000 tähteä - suurin osa niistä on hiljaisia ​​ja keski-ikäisiä kuin aurinko ja riittävän lähellä maata, jotta suuret kaukoputket saavat selkeän kuvan liikkeet - joukkue on löytänyt noin kaksi kolmasosaa noin 200 planeetasta, jotka on toistaiseksi havaittu aurinkokunnan ulkopuolella. (Äskettäinen keskustelu siitä, kuinka määritellä aurinkojärjestelmässä oleva planeetta, ei ole uhannut näiden kaukaisten esineiden planeettatilaa.)

Jotkut uusista löydetyistä ekstrasolaarisista planeetoista tai eksoplaneetoista, kuten niitä kutsutaan, ovat Jupiterin kokoisia jättiläismaailmia, jotka ympyrätävät tähtensä tiiviillä, paahtavilla kiertoradoilla, paljon lähempänä kuin Mercuryn kiertorata auringon ympärillä. Toiset swoop lähellä tähtiä ja heiluttavat sitten kauas muna-muotoisia polkuja, sironta pienempiä kappaleita kuin ne menevät. Jotkut vastasyntyneet planeetat pakenevat sisar planeettojensa tuliseen tuomioon tai avaruuden syvyyksiin.

Missään näkemästä - ainakaan ei vielä - ei ole meidän kaltaista aurinkokuntaa, jolla on kiinteät planeetat lähellä aurinkoa ja kaasu jättiläisiä planeettoja järjestetyissä prosessoissa kauempana. Tällainen järjestelmä on todennäköisin paikka maan kaltaiselle kiviselle planeetalle selviytyä vakaalla kiertoradalla miljardeja vuosia. Ehkä se on parokiaalinen, mutta tähtitieteilijät, jotka etsivät elämän merkkejä muualta kosmosta - etsintä, joka animoi eksoplaneettojen etsintää - etsivät planeettoja ja aurinkokuntaa mieluummin kuin meidän, planeetalla, joka ei ole liian kaukana tai liian lähellä tähteä ja kenties vedellä sen pinnalla. Kalifornian joukkueen mukaan maapallon kaltaisten planeettojen löytäminen on vain ajan kysymys.

Eksoplaneettojen tutkimus on loppujen lopuksi vielä hyvin uutta. Aikaisemmin kuin kymmenen vuotta sitten, tähtitieteilijät arvelivat, että olisi mahdotonta nähdä heitä tähtiänsä loistavalla häikäisyllä. Joten muutama tähtitieteilijä yritti löytää eksoplaneettoja etsimällä tähtiä, jotka näyttivät heiluttavan, heidän ympärillään kiertävien näkymättömien kappaleiden painovoiman vetämänä. Mutta suurin osa asiantuntijoista epäili lähestymistavan toimivuutta. "Ihmisten mielestä planeettojen etsiminen oli arvoton", McCarthy sanoo. "Se oli yksi askel maapallon ulkopuolisen älykkyyden etsinnän yläpuolella, ja ulkomaalaisten sieppaukset olivat askeleen edellä. Nyt se on yksi 1900-luvun suurimmista tieteellisistä edistyksistä."

Ensimmäinen eksoplaneetta, jonka Michel Mayor ja Didier Queloz löysivät vuonna 1995 Geneven yliopistosta, Sveitsistä, oli Jupiterin kokoinen jättiläinen esine, joka pyörii aurinkomme kaltaisen tähden ympärillä raivostuneella kiertoradalla joka neljäs päivä. Tähti Pegasuksen tähdistössä on noin 50 valovuoden päässä. Lisää "kuumia Jupitereita" tai tähtiä lähellä kiertäviä jättiläisiä kaasumaisia ​​planeettoja nousi nopeasti esiin, jos vain siksi, että nuo suuret elimet asettavat korostetumimmat huojuntat vanhemmilleensa.

Vaikka tähtitieteilijät eivät ole tarkkailleet näitä planeettoja suoraan, he päättelevät olevansa kaasumaisia ​​pelkästään niiden koon ja planeetan muodostumisen tietenkin. Tähtien ympäröivien suurten pöly- ja kaasulevyjen joukosta kohoaa planeetta. Jos se saavuttaa tietyn koon - 10-15-kertainen maapallon koon kanssa -, se vetää niin painovoiman ja imee niin paljon kaasua, että siitä tulee kaasu jättiläinen.

Mittaustekniikoiden parantuessa tähtitieteilijät havaitsivat vähitellen pienemmät planeetat - ensin Saturnuksen koon, sitten Neptunuksen ja Uranuksen. Muutaman vuoden eksoplaneettojen tarkistamisen jälkeen tutkijat näkivät lupaavan suuntauksen: koska heidän havaitsemansa koot pienenivät, niitä oli yhä enemmän. Planeetteja rakentava prosessi näyttää suosivan pikkulaisia, ei titaaneja.

Viimeisen puolentoista vuoden aikana Kalifornian joukkue ja tutkijoiden johtama ryhmä Pariisissa löysivät pienimmät eksoplaneetat, joita on vielä nähty auringonmukaista tähtiä ympäröivissä planeetoissa: nämä kaksi planeettaa olivat vain viisi-kahdeksankertainen maan massaan nähden. Tähtitieteilijät sanovat, että tällaiset maailmat voivat koostua enimmäkseen metallista ja kivestä, kenties paksulla ilmakehällä. Kalifornian yliopiston Berkeleyn yliopiston tähtitieteilijän Geoff Marcyn ja kollegoiden löytämä eksoplaneetta on lähellä tähtiä ja todennäköisesti liian kuuma, jotta nestettä voi esiintyä sen pinnalla. Toinen planeetta kiertää kaukana heikosta tähdestä ja voi olla yhtä kylmä kuin Pluto. Silti oppiminen siitä, että kaikki eksoplaneetit eivät ole jättiläismäisiä kaasupalloja, oli kentän maamerkki. "Nämä ovat ensimmäiset todennäköisesti kiviset maailmat", Marcy sanoo. "Me olemme ensimmäistä kertaa löytämässä planeettayhteisömme tähdet."

Marcip sanoo eräänä päivänä eksoplaneettojen yllättävimpänä piirteenä Berkeleyn kampuksella toimistossaan olevan heidän epätavallisten kiertoratojensa. Aurinkokuntamme klassisessa "ylhäältä katsottuna" -diagrammissa planeetat (lukuun ottamatta paritonta Plutoa, joka on äskettäin demotattu kääpiöplaneettaksi) jäljittävät hauskoja samankeskisiä ympyröitä auringon ympärillä. Marcy saavuttaa siisti työpöydänsä taakse ja ottaa tilauksen, mekaanisen mallin aurinkokuntamme. Metalliset pallot kara-aseiden päissä kääntyvät auringon ympäri. "Odotimme kaikkien näkevän nämä fonografin uran pyöreät kiertoradat", Marcy sanoo. "Se mitä oppikirjat sanoivat planeettajärjestelmistä. Joten kun aloimme nähdä epäkeskeiset kiertoradat vuonna 1996, ihmiset sanoivat, etteivät ne voi olla planeettoja. Mutta ne osoittautuivat tulevien asioiden esiintyjäksi."

Heti keskiyön jälkeen Lickin observatoriossa tähtitieteilijät etenevät hyvin yön 40 tähteä -luettelossa. Heidän kohteensa eivät yleensä ole tähdistöjen suurimpia tähtiä, mutta silti monet ovat riittävän kirkkaita nähdäkseen paljain silmin. "Kun olen ystävieni kanssa, voin osoittaa parille tähdelle, joilla tiedetään olevan planeettoja", Howard Isaacson sanoo. Yhdellä erityisen kirkkaalla tähdellä Andromedan tähdistössä on kolme.

McCarthy tarjoaa paljastaa joukkueen menestyksen salaisuuden eksoplaneettojen vakoilussa. Kävelemme pimeään kupoliin ja kuljemme kaukoputken alla sen kymmenen jalkaa leveällä peilillä, joka kerää ja tarkentaa kaukojen tähtien heikot valonsäteet. Olin nähnyt massiivisen kaukoputken päiväretkien aikana, mutta yöllä se näyttää paljon elintärkeämmältä, sen paksut metalliset tuet ovat kulmassa kuin taivaasta katselevan korkean rukoilevan mantisin jalat. McCarthy johtaa minut ahdasan huoneeseen kupolin lattian alla, missä kaukoputken peilin keskittämä tähtivalo virtaa sylinteriin, joka on pienempi kuin soodapurkki. Se on kääritty siniseen vaahtoon, lasin molemmissa päissä. Se näyttää tyhjältä sisäpuolella, mutta minulle sanotaan, että se on täynnä jodikaasua, joka on lämmitetty 122 asteeseen Fahrenheit.

Tämän jodisolun ovat kehittäneet Marcy ja hänen entinen opiskelija Paul Butler, joka on nyt Washingtonin DC: n Carnegie-instituutin tähtitieteilijä. Tähden valo kulkee kuuman kaasun läpi, jodimolekyylit absorboivat tietyt valon aallonpituudet. Jäljelle jäävä valo levitetään sateenkaareksi instrumentilla, joka toimii prismana. Koska jodi on vähentänyt bittiä valoa, tummat viivat ovat hajallaan spektrissä kuin pitkä supermarketin viivakoodi. Jokainen tähti kantaa omaa allekirjoitustaan ​​valon aallonpituuksista, jotka tähden ilmapiiri on absorboinut. Nämä aallonpituudet muuttuvat hieman, kun tähti siirtyy kohti meitä tai poispäin. Tähtitieteilijät vertaavat tähtiä omilla tummien viivojen allekirjoituksella vakaisiin jodijohtoihin yöstä toiseen ja kuukaudesta toiseen ja vuodesta toiseen. Koska hienoja viivoja on niin paljon, on mahdollista havaita jopa minuutin muutokset. "Se on kuin pitämällä tähtiä jopa paperikappaleella", McCarthy sanoo. "Jodilinjat eivät koskaan liiku. Joten jos tähti liikkuu, käytämme jodijohtimia viivaimena, jota vastaan ​​voidaan mitata liikettä."

Jollekin yhtä suurelle kuin tähti, ainoat asiat, jotka voivat aiheuttaa säännöllisen, toistuvan muutoksen, ovat toisen tähden painovoimahakut - jotka tähtitieteilijät pystyivät havaitsemaan helposti seuraseudun tähden oman valon allekirjoituksen ja sen mojovan massan takia - tai piilossa olevan planeetan, joka kiertää sen ympärillä. Jodisolu pystyy seuraamaan tähtiä, joka liikkuu yhtä hitaasti kuin useita jalkoja sekunnissa - ihmisen kävelynopeus - yli biljoonien mailien avaruuden valtavan tyhjyyden. Tämän herkkyyden vuoksi monet planeettametsästysjoukot käyttävät jodisolua.

Kiihdyn sen sisällä ja näen rypistyneen folion ja lämmityslankojen kiemurtelevan sinisen vaahdon läpi. Kanavateipin nauhat näyttävät pitävän sen osia yhdessä. Palattuaan ohjaushuoneeseen McCarthy naurahtaa ja osoittaa iskulauseen Keith Bakerin hikipaitaan: "Kun menossa tulee kovaa, kova käyttää kanavan nauhaa."

Mitä kummallisemmin muotoillut ja omituisilla etäisyyksillä kiertoradat astronomit löytävät, sitä enemmän he ymmärtävät, että planeetan muodostumisen luonnollinen prosessi herättää kaaosta ja häiriötä. "Kävi selväksi, että aurinkokuntamme, kauniilla dynamiikalla ja arkkitehtuurilla, oli paljon vakaampi kuin muiden tähtiä ympäröivät", sanoo teoreettinen astrofysiikka Greg Laughlin Kalifornian yliopistosta Santa Cruzissa, joka tekee yhteistyötä Marcyn ja Butlerin joukkueen kanssa. Yritä selvittää, kuinka uudet planeetat saivat omat polunsa, on ollut pelottava tehtävä. Laughlin suunnittelee tietokonepohjaisia ​​malleja eksoplaneettojen kiertoradasta yrittääkseen luoda uudelleen planeettojen historiaa ja ennustaa niiden kohtaloita. Hän keskittyy painovoiman rooliin tuhoamisessa. Esimerkiksi, kun iso planeetta liikkuu epäkeskeisellä kiertoradalla, sen painovoima voi toimia kuin rintakuva ja paeta pienempiä lähellä olevia maailmoja. "Joissakin näistä järjestelmistä, " Laughlin sanoo, "jos asetat maapallomaisen planeetan asuttavalle kiertoradalle, se voidaan kirjaimellisesti karkottaa viikkojen sisällä."

Laughlin ja hänen kollegansa sanovat, että planeettojen välinen vuorovaikutus voi olla yleinen kosmossa. Lähes 20 tähdellä tiedetään, että niiden ympärillä kiertää useampi kuin yksi planeetta, ja jotkut näistä sisaruksen eksoplaneetoista lukitaan tanssiin, jota kutsutaan "resonanssiksi". Esimerkiksi yhden planeetta, joka kiertää Gliese 876-tähtää, vie kiertoradalle 30 päivää, kun taas toinen planeetta vie melkein kaksi kertaa niin kauan. Laughlinin laskelmat osoittavat, että niiden keskinäinen painovoimaveto säilyttää vakaan kellojen mukaisen järjestelyn kahden planeetan välillä.

Resonanssit ovat vahvoja vihjeitä siitä, että planeetat muuttivat kaukana syntymäpaikoistaan. Pöly- ja kaasukerralla, joka kutistaa alkion planeettoja, on oma painovoimansa. Levy vetää planeettoja vetämällä niitä vähitellen sisäänpäin kohti tähtiä tai joissain tapauksissa pakottamalla ne ulospäin. Kun muuttoliike jatkuu satojen tuhansien vuosien ajan, jotkut eksoplaneetit jäävät loukkuun resonansseissa naapureidensa kanssa. Kun suuret planeetat päätyvät läheisiin osiin, ne piiskaavat toisiaan ympäri ja luovat osan joukkueen näkemistä epäkeskeisistä kiertoradaista. Ainakin se on nykyinen paras arvaus.

Muut planeetat eivät ole kauan tässä maailmassa. Laughlinin tietokonemallit viittaavat siihen, että jotkut tähtiä lähinnä olevista planeetoista sukeltavat niihin, kun kaukaisemmat planeetat kiusaavat tiensä pienempiin kiertoratoihin, kenties satojen tuhansien vuosien aikana. Tämä etäisten aurinkokuntien tutkimus on herättänyt kiehtovan skenaarion omasta aurinkokuntajärjestelmästämme. Jotkut tähtitieteilijät väittävät, että Venus, Maa ja Mars ovat "toisen sukupolven" planeettoja, seuraajien aikaisemmille ruumiille, jotka syntyivät lähempänä aurinkoa ja muuttivat sisäänpäin, kunnes ne kuluivat.

Suorittaako kaikki havaittu kaaos maailmankaikkeudessa vakavia seurauksia pienille kivisille planeetoille? Ei ollenkaan, Laughlin sanoo. Tähtien edestakaisin heilahtelujen, joiden herkkyys sellaisenaan on, mittaustekniikan olisi oltava noin kymmenen kertaa hienompaa, jotta paljastetaan esineet, jotka ovat maan kokoisia. Mutta lähivuosina avattavien satelliittiteleskooppien avulla pystytään ehkä havaitsemaan vieraiden maapallon "varjoja" pienten planeettojen kulkiessa tähtiensä edessä. Laughlin ennustaa, että satelliitit löytävät tällaisia ​​ruokia droveissa, jopa tähtien ympäriltä, ​​joille ei vielä ole nähty suuria planeettoja. "On erittäin todennäköistä, että [auringonmukaista] tähtiä seuraa maanpäälliset planeetat", hän sanoo. "Intuitiivinen mieleni on, että aurinkokuntamme ei ole ollenkaan harvinainen."

Berkeleyn Geoff Marcy on samaa mieltä, koska hänen mukaansa jokaisella tähdellä on syntynyt riittävästi raaka-ainetta ympärilleen, jotta voidaan luoda monia planeettoja. Hänen mukaansa pitäisi muodostua paljon kiinteitä planeettoja, kuten Maata, kun pöly kohoaa kiviksi, jotka törmäävät yhä uudelleen asteroidien, kuiden ja planeettojen muodostamiseen. "Ehkä Jupiterit ovat harvinaisia", hän sanoo, "mutta kallioiset planeetat ovat melkein varmasti yleisiä. En vain tiedä kuinka maapallon luominen voisi olla vaikeaa."

Marcyn ja Butlerin joukkueen äskettäin havaitsema pieni eksoplaneetta tukee tätä näkemystä. He löysivät sen tarkkaileessaan kahta resonanssiplaneettaa Gliese 876 -järjestelmässä, joka on 15 valovuoden päässä. Jotain aiheutti hienovaraisia ​​ylimääräisiä hinaajia planeettojen kiertoradalla, ja paras selitys siihen on kolmas planeetta, joka on ehkä 7, 5 kertaa yhtä massiivinen kuin Maa. Koko huomioon ottaen planeetta on todennäköisesti kivinen, kuten Maa, kuin kaasu jättiläinen. Löytö oli tärkeä askel kohti kaikkien mielenkiintoisten kysymysten vastaamista: Voimmeko löytää potentiaalisia elinympäristöjä muualle?

Tähtitieteilijät toivoivat, että NASA: n satelliittioperaatio, nimeltään Terrestrial Planet Finder, vastaa tähän kysymykseen. Sen piti ylittää eksoplaneettojen havaitseminen: se otti kuvia houkuttelevimmista eksoplaneetoista ja analysoi niiden ilmakehää. Mutta tämän vuoden alussa NASA keskeytti operaation lähinnä avaruusaseman ja avaruussukkulan budjettien ylityksen ja odotetuista kustannuksista, jotka aiheutuvat suunnitelmasta lähettää ihmiset Marsiin.

Sillä välin Kalifornian joukkue etsii edelleen eksoplaneetteja. Muutaman kuukauden kuluttua Marcy ja SFSU: n työtoveri Debra Fischer aloittavat työskentelyn Lickissä uuden kaukoputken kanssa, nimeltään Automated Planet Finder, joka on herkin valoanalyysilaite, joka on vielä tehty eksoplaneettahakuihin. Robotti instrumentti skannaa noin 25 lupaavaa tähteä jokaisen selkeän yön aikana potentiaalin avulla havaita planeettoja, jotka ovat niin pieniä kuin kolme tai viisi kertaa suurempia kuin Maapallon. "Tämä on maailman ensimmäinen kaukoputkeen täysin omistettu kaukoputki", Fischer sanoo. "Ihmiset ajattelivat, että muiden planeettojen, kuten Maan, löytämiseen tarvitaan miljardin dollarin avaruusoperaatioita, mutta mielestäni meillä on ampunut sitä maasta."

Marcy sanoo, että planeettojen löytäminen maasta on vasta alkua. "Viime kädessä meidän on mentävä robotti-avaruusaluksella ja pienellä digitaalikameralla ja lähetettävä tuo pieni koiranpentu Tau Cetiin tai Epsilon Eridaniin", Marcy sanoo nimeäen kaksi lähistöllä olevaa tähteä, joilla on erityinen lupaus maapallon kaltaisten planeettojen ylläpitämiseen. Ne ovat 12 ja 10.5 valovuoden päässä. "Tietenkin, että [tekniikan kehittäminen] kestää 100 vuotta, mutta se on lajillemme upea tavoite ja se on käsillämme. On täysin teknisesti mahdollista saada ensimmäiset kuvat planeetan pinnasta toisen tähden ympärille. . Voimme käynnistää maailmanlaajuisen operaation, maan päästölähetyksen. Pyrkimykset, joita nyt teemme, on yksinkertaisesti tiedustelu kyseiselle operaatiolle, mutta se on loistava tiedustelu ensimmäisten oaasien havaitsemiseksi kosmisessa autiomaassa. "

Robert Irion johtaa tiedeviestintäohjelmaa Kalifornian yliopistossa Santa Cruzissa. Valokuvaaja Peter Menzel on kirjoittanut Hungry Planet: mitä maailma syö .