211service.com
Planeta Gazer
Jako dítě byla Sara Seager přesvědčena, že ji Měsíc pronásleduje, kamkoli šla. Vzrušení z pozorování dalekohledem, když jí bylo pět, je jednou z jejích prvních vzpomínek.
Sara Seagerová
Když se Seager v roce 1976 poprvé dobře podíval na Měsíc, astronomové z NASA již diskutovali o potřebě vesmírného infračerveného dalekohledu. Když se Spitzerův vesmírný dalekohled dostal na oběžnou dráhu téměř o tři desetiletí později, Seagerová sama byla jedním z vědců, kteří jej používali ke studiu atmosfér planet mimo naši sluneční soustavu – planet, o jejichž existenci si před 10 lety nikdo nebyl jistý.
V roce 1995 následoval Měsíc Seagera na postgraduální školu na Harvardu, kde si vybírala téma doktorandské práce. Toho podzimu švýcarští vědci oznámili, že spatřili planetu obíhající kolem hvězdy v souhvězdí Pegasa – první z planet, které budou brzy detekovány mimo naši sluneční soustavu. Seager napsala svou diplomovou práci o tom, jak jsou atmosféry horkých Jupiterů – extrasolárních planet, které jsou obří a plynné, jako je Jupiter, ale mnohem blíže k jejich hvězdám, a tedy více než 10krát teplejší – ovlivněny zářením jejich hvězd. Dnes je považována za průkopnici ve studiu extrasolárních planet nebo exoplanet. V některých oblastech prostě děláte postupný pokrok směrem k otázkám, které tu byly desítky let, říká. V této oblasti přicházíme s tolika otázkami jako odpovědí.
S více než 200 exoplanetami, které jsou nyní zdokumentovány, jsou výzkumníci pochopitelně nadšení z toho, že mají tolik nových území k prozkoumání a vysvětlení. Lidé jsou nadšení a chtějí prostě dělat nové věci, ale často nejsou tak opatrní, jak by měli být, říká Seager. Je to jako na Divokém západě. Věci se dějí tak rychle, ty prostě děláš věci. Pak odejdete. S touhou přinést do oboru více sofistikovanosti se v lednu připojila k fakultě MIT, aby zahájila nový program pro extrasolární planety a vyvíjí kurz exoplanet, který bude vyučovat na podzim. Přišla jsem sem, abych přinesla některé znalosti a nástroje [atmosférické vědy MIT] do výzkumu atmosféry exoplanet, říká. Jako docentka Ellen Swallow Richardsové na katedře věd o Zemi, atmosféře a planetě se Seager nyní tře s meteorology a vědci z oblasti atmosféry i s kolegy astronomy. Topografické mapy Spojených států a světa rámují dveře její kanceláře Green Building, kde uvažuje o planetách daleko za naší sluneční soustavou.
Seagerova laboratoř se skládá z jejího mozku a počítače, který je zásoben daty shromážděnými nad zemskou atmosférou dalekohledem Spitzer. Její kancelář obsahuje jen málo dalšího. Jednu stěnu lemují krabice se soubory z jejího posledního zaměstnání, kdy byla starší výzkumnou pracovnicí v Carnegie Institution of Washington; jejich rozbalení by jí ubralo čas na výzkum. Na druhé visí tabule pokrytá diagramy znázorňujícími techniky, které ona a další vyvinuli, aby získali vodítka o atmosféře exoplanet.
Když astronomové objevili první exoplanetu, byli šokováni, když ji našli sedmkrát blíže ke své hvězdě, než je Merkur ke Slunci. Jeho blízkost k oslnivě jasné hvězdě ztěžovala studium. Seager ale věděl, že zanedlouho někdo najde exoplanetu, která při pohledu ze Země projde před svou hvězdou a pak za ní zmizí. (Pravděpodobnost, že exoplaneta na blízké oběžné dráze projde svou hvězdou, je asi 10 procent.) Astronomové by pak mohli použít metodu navrženou v polovině 20. století pro studium zákrytových dvojhvězd: měřením mírného poklesu světla hvězdy, když exoplaneta procházela kolem. před ní mohli vypočítat poměr plochy planety k ploše její hvězdy.
Jistě, v roce 1999 astronomové pozorovali sedmou exoplanetu na blízké oběžné dráze procházející svou hvězdou asi 904 bilionů mil od Země. Exoplaneta HD 209458b, plynný obr s teplotami dosahujícími až 1300 °C, je klasifikována jako horký Jupiter. Je to také jedna ze dvou známých tranzitujících exoplanet, jejichž hvězdy vyzařují dostatek světla přes jejich atmosféru, aby astronomům poskytly data, která potřebují k podrobným studiím.
Jediný způsob, jak se astronomové mohou dozvědět o atmosféře jiné planety, je studovat přenos záření planety nebo šíření světla její atmosférou. Ale HD 209458b je tak blízko své hvězdy, že svou oběžnou dráhu dokončí za tři a půl dne, a dokonce ani Spitzer – který detekuje infračervené světlo na úrovni 1 dílu na 1 000 – nedokáže sám o sobě rozlišit světlo planety od hvězdy. Seager a její kolegové tedy jako součást výzkumné skupiny založené v Goddard Space Flight Center NASA použili jednoduchý výpočet k izolaci světla planety. Pomocí Spitzerova infračerveného spektrografu vědci změřili světlo hvězdy a planety společně (když jsou obě viditelné) a odečetli světlo od samotné hvězdy (když zatmění planetu).
Spektrograf, který funguje jako hranol, také rozdělil světlo planety na jednotlivé vlnové délky. Vědci analyzovali světlo na každé vlnové délce a hledali prvky, které by identifikovaly molekuly v atmosféře exoplanety. Ve vydání z 22. února Příroda oznámili shromáždění prvních spektrálních dat z HD 209458b v průběhu dvou zatmění v červenci 2005 – a vysvětlili svá poněkud překvapivá zjištění.
K provedení spektrální analýzy – a dokonce i k rozhodnutí, co hledat v první řadě – výzkumníci použili modely možných atmosfér exoplanet, které vyvinul Seager. Když světlo hvězd svítí na planetu, fotony se setkávají s molekulami v atmosféře; v závislosti na tom, na jakou molekulu zasáhne, může být foton absorbován, rozptýlen nebo reemitován na jiné vlnové délce. Pozorováním fotonů, které vycházejí z atmosféry, může Seager určit, jaké molekuly atmosféra obsahuje. Fotony jsou naše měna, říká.
Aby vytvořila své modely toho, jak by mohl vypadat horký Jupiter, Seager upravila model nikoli jiné planety, ale chladné hvězdy, jako je naše slunce. Nejprve jej upravila, aby se jeho teplota přiblížila teplotě Jupiteru. Pak zvažovala, které atomy a molekuly se najdou na horké planetě v chemické rovnováze. Protože se například sodík zdál být pravděpodobným kandidátem, přidala jeho vlastnosti do svého modelu, aby vytvořila spektrální podpis indikující přítomnost sodíku. Když byl v roce 1999 objeven HD 209458b, Seager, tehdy nově vydaný doktorát, zadala dostupná data o planetě do svých modelů a předpověděla přítomnost sodíku (mimo jiné) v atmosféře, o které se předpokládalo, že má. Pomocí jejích modelů astronomové navrhli experimenty, které měly Hubbleův vesmírný dalekohled hledat sodík. V roce 2001 tyto experimenty přinesly první detekci atmosféry extrasolární planety – a potvrdily Seagerovu předpověď.
Když Seager a její kolegové nechali Spitzer v roce 2005 pozorovat HD 209458b, očekávali, že najdou důkazy o molekulách vody v atmosféře. Žádný takový důkaz se ale neobjevil. Vědci však pozorovali to, o čem se domnívají, že jde o spektrální podpis silikátových mraků, pod nimiž může být zachycena vodní pára. Seager také předpokládá, že na denní straně exoplanety může být teplota v celé atmosféře konstantní, v takovém případě by nastala rovnováha: jakýkoli důkaz absorpce vody by byl zrušen důkazem emise vody.
Seager není překvapená, když experimentální data neodpovídají většině ze stovek modelů, které dosud postavila. Proto je příroda kreativnější než my, říká a je ráda, že je možné s jistotou říci, jaké prvky existují na planetě vzdálené asi 150 světelných let. Ve skutečnosti můžeme charakterizovat atmosféry exoplanet, říká. Před čtyřmi lety by nikdo nevěřil, že to dokážete.
Seager dychtivá po dalších datech, která by mohla zapojit do svých modelů, je součástí úsilí vedeného MIT vyvinout a do roku 2009 vypustit soukromý satelit nazvaný TESS, který rozšíří hledání exoplanet. Spitzer se může dívat pouze na věci, které už známe, a může vidět vždy jen jednu hvězdu, vysvětluje. Toto se podívá na doslova miliony hvězd a bude hledat tento malý pokles jasnosti indikující přechod planety.
Seager doufá, že najde kamenné planety – v ideálním případě obíhající kolem jasných hvězd, aby bylo dostatek světla k jejich studiu. Plynné obří planety jsou nudné, protože mají všechny plyny, se kterými se narodily, říká. Země se však vyvinula; například rané sopky chrlily plyny a rostliny produkovaly hojnost kyslíku. Také plynní obři jsou příliš žhaví pro život. Chceme být schopni najít planety, které mohou podporovat život, říká Seager, který si absolutně myslí, že mimo naši planetu existuje život.
Neuvidíme žádné malé zelené lidi, varuje a dodává, že sama nemá zájem setkat se s žádnými mimozemšťany. S největší pravděpodobností, říká, najdeme bakterie. Ale i to by mohlo být prozrazující. Pokud najdeme život na jiných místech, může to být vodítko k tomu, odkud jsme přišli, říká.
Seager věří, že existuje velká šance, že během jejího života objevíme známky života na jiných planetách. Ale ona vtipkuje, doufám, že budu žít dlouho.