Malam yang mencabar untuk astronomi di Lick Observatory berhampiran San Jose, California. Lampu-lampu Lembah Silicon berkilat di bawah puncak puncak 4, 200 kaki Gunung Hamilton, menghilangkan bintang-bintang yang paling pucat. Awan hanyut lebih dekat dari utara dengan ancaman hujan. Di puncak gunung adalah sepuluh kubah teleskop, dan saya berjalan di jalan masuk yang curam untuk yang terbesar. Terdapat bunyi yang menakutkan, seperti pengatup yang longgar mengerang dalam angin. Ia kubah itu sendiri, berderak kerana ia berputar untuk memastikan pembukaannya berpusat di atas teleskop bergerak perlahan.
Kandungan Terkait
- Blok Bangunan Kehidupan Mungkin Datang Dari Ruang Luar
- Apa Penemuan Beratus Rangkaian Baru Bermakna untuk Astronomi dan Falsafah
- Lihatlah, Geminids
Chris McCarthy, seorang ahli astronomi di San Francisco State University (SFSU), menyambut saya di sebelah pintu. Memakai cahaya kecil yang diikat ke kepalanya, dia memimpin saya tangga tangga logam di dalam kawasan kubah, yang kelihatan gelap untuk pemerhatian malam, dan masuk ke bilik kawalan panas. Di sana, Howard Isaacson, seorang senior SFSU, dan Keith Baker, seorang juruteknik teleskop, duduk di layar komputer di tengah bundel tebal kabel dan rak elektronik kuno. McCarthy dan Isaacson berbual dan minum teh panas manakala Baker menggunakan tetikus komputernya untuk menyesuaikan teleskop. Sebelum fajar, para astronom akan mengumpulkan cahaya dari berpuluh-puluh bintang. Beberapa bintang, mereka berharap, pelabuhan dunia baru.
Dalam zaman pencerobohan menjelajah Marikh dan teleskop berasaskan ruang yang mengambil gambar-gambar yang menakjubkan dari kosmos di atas suasana bumi, rutin di Lick-pointing teleskop berusia 47 tahun di bintang selepas bintang selama berjam-jam, aneh. Namun ahli astronomi ini adalah ahli pasukan yang paling baik dalam perniagaan memburu planet ini. Menggunakan teleskop di Hawaii, Chile dan Australia, serta di Observatorium Lick, untuk memantau kira-kira 2, 000 bintang-kebanyakan mereka yang tenang dan pertengahan umur seperti matahari kita dan cukup dekat ke Bumi untuk teleskop besar untuk mendapatkan pandangan yang jelas tentang mereka pergerakan-pasukan telah menemui kira-kira dua pertiga daripada 200 atau lebih planet yang ditemui di luar sistem suria kita setakat ini. (Kejutan baru-baru ini mengenai cara menentukan planet di dalam sistem solar kita tidak mengancam status planet objek-objek ini jauh.)
Beberapa planet ekstrasolar yang baru dijumpai, atau exoplanets, seperti yang dipanggil, adalah dunia gergasi saiz Musytari yang melingkari bintang-bintang mereka di atas orbit yang ketat, memancarkan, jauh lebih dekat daripada orbit Mercury mengelilingi matahari. Lain-lain swoop dekat dengan bintang mereka dan kemudian swing jauh di jalan berbentuk telur, berselerak badan yang lebih kecil ketika mereka pergi. Sesetengah planet yang baru dilahirkan melemparkan planet adik mereka ke azab yang berapi-api atau ke kedalaman ruang.
Tidak dapat dilihat-sekurang-kurangnya belum-adalah sebuah sistem solar seperti kita, dengan planet-planet padat berhampiran matahari dan planet gergasi gas pada prosesi yang teratur lebih jauh. Sistem sedemikian adalah tempat yang paling menarik untuk planet berbatu seperti Bumi untuk bertahan hidup di orbit yang stabil selama berbilion tahun. Mungkin ia adalah parochial, tetapi ahli astronomi mencari tanda-tanda kehidupan di tempat lain di alam semesta-pencarian yang menghidupkan pencarian untuk exoplanets-sedang mencari planet dan sistem suria seperti kita, dengan planet yang tidak terlalu jauh dari atau terlalu dekat dengan bintang, dan mungkin dengan air di permukaannya. Pasukan California berkata mencari planet seperti Bumi hanyalah masa.
Kajian exoplanets masih sangat baru, selepas semua. Terdahulu dari satu dekad yang lalu, para astronom menganggapnya mustahil untuk melihat mereka menentang silap mata cemerlang bintang mereka. Jadi beberapa ahli astronomi cuba mencari eksoplanet dengan mencari bintang-bintang yang seakan goyah, ditarik oleh graviti badan-badan yang tidak kelihatan yang mengelilingi mereka. Tetapi kebanyakan pakar meragui pendekatan itu akan berfungsi. "Orang berfikir mencari planet tidak bernilai, " kata McCarthy. "Ia adalah satu langkah di atas mencari kecerdasan luar angkasa, dan itu adalah satu langkah di atas yang diculik oleh orang asing. Kini, ia adalah salah satu kemajuan saintifik terbesar abad ke-20."
Eksoplanet pertama, yang ditemui pada tahun 1995 oleh Michel Mayor dan Didier Queloz dari University of Geneva, di Switzerland, adalah objek gergasi separuh saiz Musytari, berputar-putar di sekitar bintang yang mirip dengan sinar matahari kami dalam orbit terpanas setiap empat hari. Bintang itu, dalam pergunungan Pegasus, adalah kira-kira 50 tahun cahaya jauh. Lebih banyak "Jupiter panas, " atau planet gergasi gergasi yang mengarahkan dekat dengan bintang-bintang, dengan cepat muncul, jika hanya kerana badan-badan besar itu mengenakan gumpalan yang paling ketara pada bintang ibu bapa mereka.
Walaupun ahli astronomi tidak menerokai planet-planet itu secara langsung, mereka menyimpulkan bahawa ia adalah gas dari saiz semata-mata dan apa yang diketahui tentang pembentukan planet. Sebuah planet menyusun dari puing-puing di cakera besar debu dan gas di sekeliling bintang. Sekiranya ia mencapai ukuran tertentu-10 hingga 15 kali saiz Bumi-ia menimbulkan tarikan graviti dan menghisap begitu banyak gas sehingga menjadi gas gergasi.
Apabila teknik mengukur bertambah baik, para ahli astronomi melihat secara beransur-ansur planet yang lebih kecil-mula-mula saiz Saturnus, kemudian turun ke Neptunus dan Uranus. Selepas beberapa tahun mengesan eksoplanet, saintis menyaksikan trend yang menjanjikan: kerana saiz yang mereka dapat mengesan semakin kecil, terdapat lebih banyak lagi. Proses yang membina planet seolah-olah memihak kepada orang-orang kecil, bukan titans.
Pada tahun lepas setengah, pasukan California dan kumpulan yang diketuai oleh para penyelidik di Paris menemui bintang-bintang eksoplanet terkecil yang pernah dilihat di sekitar bintang-bintang seperti matahari: kedua-dua planet hanya lima hingga lapan kali massa Bumi. Para astronom mengatakan bahawa dunia seperti ini kebanyakannya terdiri daripada logam dan batu, mungkin dengan atmosfera tebal. Exoplanet yang dijumpai oleh ahli astronomi Geoff Marcy dari University of California di Berkeley dan rakan sekerja dekat dengan bintangnya dan mungkin terlalu panas untuk wujud cecair di permukaannya. Planet orbit lain jauh dari bintang yang lemah dan mungkin sejuk seperti Pluto. Namun, belajar bahawa tidak semua exoplanets adalah gas gergasi gas adalah mercu tanda untuk lapangan. "Ini adalah dunia munasabah yang pertama, " kata Marcy. "Buat pertama kali, kita mula menemui planet kita di kalangan bintang-bintang."
Ciri-ciri eksoplanet yang paling mengejutkan setakat ini, Marcy berkata satu hari di pejabatnya di kampus Berkeley, adalah orbit luar biasa mereka. Di dalam gambarajah klasik "overhead view" sistem solar kita, planet-planet (kecuali Pluto aneh, baru-baru ini diturunkan ke planet kerdil) mengesan lingkaran konsentris yang mengelilingi matahari. Marcy mencapai meja di belakangnya dan mengeluarkan orrery, satu model mekanikal sistem suria kita. Bola logam di hujung tangan berputar berputar di sekeliling matahari. "Kita semua dijangka melihat orbit pekeliling fonograf ini, " kata Marcy. "Itulah yang dikatakan oleh buku-buku teks tentang sistem-sistem planet. Jadi, ketika kita mula-mula melihat orbit eksentrik pada tahun 1996, orang berkata mereka tidak boleh menjadi planet, tetapi mereka ternyata menjadi sesuatu yang akan datang."
Hanya selepas tengah malam di Balai Cerap Lick, ahli astronomi membuat kemajuan yang baik pada senarai semalaman 40 bintang. Sasaran mereka biasanya bukanlah bintang-bintang utama buruj, tetapi, walaupun begitu, ramai yang cukup terang untuk melihat dengan mata kasar. "Apabila saya keluar bersama rakan-rakan saya, saya boleh menunjuk kepada beberapa bintang yang kita tahu ada planet, " kata Howard Isaacson. Satu bintang yang sangat terang dalam buruj Andromeda mempunyai tiga.
McCarthy menawarkan untuk mendedahkan rahsia kejayaan pasukan itu dalam mengintip eksoplanet. Kami berjalan ke kubah gelap dan melewati teleskop, dengan cermin sepuluh kaki yang mengumpul dan memfokuskan sinar-sinar cahaya dari bintang yang jauh. Saya telah melihat teleskop besar-besaran semasa lawatan siang hari, tetapi pada waktu malam ia kelihatan jauh lebih penting, struts logam tebalnya miring seperti kaki mantis berdoa tinggi yang menengadah di langit. McCarthy membawa saya ke bilik yang sempit di bawah lantai kubah, di mana cahaya bintang yang tertumpu oleh cermin teleskop yang bergerak ke dalam silinder yang lebih kecil daripada soda boleh. Ia dibalut dengan buih biru, dengan kaca di kedua-dua hujungnya. Ia kelihatan kosong di dalam, tetapi saya diberitahu ia penuh dengan gas iodin yang dipanaskan hingga 122 darjah Fahrenheit.
Sel iodin ini dibangunkan oleh Marcy dan bekas pelajarnya Paul Butler, kini ahli astronomi di Institut Carnegie di Washington, DC. Ketika cahaya dari bintang melintasi gas panas, molekul-molekul iodin menyerap gelombang cahaya tertentu. Baki cahaya disebarkan menjadi pelangi oleh instrumen yang bertindak seperti prisma. Kerana iodin telah dikurangkan bit cahaya, garis gelap tersebar di seluruh spektrum seperti kod bar supermarket panjang. Setiap bintang membawa tandatangan cahaya panjang gelombang yang telah diserap oleh atmosfera bintang. Panjang gelombang ini beralih sedikit apabila bintang bergerak ke arah atau jauh dari kami. Ahli-ahli astronomi membandingkan tandatangan bintang sendiri dengan garis gelap dengan garis-garis iodin yang stabil dari satu malam ke seterusnya, dan dari bulan ke bulan dan tahun ke tahun. Oleh kerana terdapat banyak garis halus, mungkin untuk mengesan walaupun peralihan minit. "Ia seperti memegang bintang sehingga sekeping kertas graf, " kata McCarthy. "Barisan iodin tidak pernah bergerak, jadi jika bintang bergerak, kami menggunakan garis iodin sebagai pemerintah yang mengukur gerakan itu."
Untuk sesuatu yang besar sebagai bintang, satu-satunya perkara yang boleh menyebabkan peralihan yang tetap dan terulang adalah tengkorak graviti dari bintang lain-yang para astronom dapat mengesan dengan mudah kerana tandatangan cahaya bintang teman dan massa yang besar atau planet tersembunyi yang mengorbit di sekelilingnya. Sel iodin dapat menjejaki bintang yang bergerak perlahan seperti beberapa kaki per detik-kelajuan manusia berjalan-melintasi kekosongan yang besar dari triliun batu ruang. Kepekaan ini adalah mengapa ramai pasukan memburu planet menggunakan sel iodin.
Saya mengamati di dalamnya dan melihat beberapa kerangka kerangka dan pemanasan kerangka yang mengayunkan melalui buih biru. Jalur pita saluran kelihatan memegang bahagiannya bersama-sama. Selepas kami kembali ke bilik kawalan, McCarthy terkejut dan menegaskan slogan baju peluh Keith Baker: "Apabila keadaan menjadi sukar, pita saluran penggunaan sukar."
Lebih banyak orbita berbentuk aneh dan aneh yang dicari para astronom, semakin mereka menyedari bahawa proses semula jadi pembentukan planet mengundang huru-hara dan gangguan. "Ia menjadi jelas bahawa sistem suria kita, dengan dinamik dan senibina yang indah, adalah lebih stabil daripada orang-orang di sekitar bintang lain, " kata astrofizik teoretikal Greg Laughlin dari University of California di Santa Cruz, yang bekerjasama dengan pasukan Marcy dan Butler. Cuba untuk mengetahui bagaimana planet-planet baru memperoleh laluan pelik mereka telah menjadi tugas yang menakutkan. Laughlin merekabentuk model komputer orbit eksoplanet untuk mencipta semula sejarah planet dan meramalkan nasib mereka. Dia memberi tumpuan kepada peranan graviti dalam menimbulkan malapetaka. Sebagai contoh, apabila sebuah planet besar bergerak ke arah orbit eksentrik, graviti boleh bertindak seperti katapel dan melemparkan dunia berhampiran yang lebih kecil. "Dalam sesetengah sistem ini, " kata Laughlin, "jika anda memasukkan planet seperti Bumi dalam orbit yang boleh dihuni, ia boleh dikeluarkan dalam masa beberapa minggu."
Interaksi di antara planet mungkin biasa di kosmos, Laughlin dan rakan-rakannya berkata. Hampir 20 bintang diketahui mempunyai lebih daripada satu planet yang mengorbit di sekeliling mereka, dan beberapa eksoplanet saudara ini dikunci menjadi tarian yang dipanggil "resonans." Sebagai contoh, satu planet mengelilingi bintang yang dipanggil Gliese 876 mengambil masa 30 hari ke orbit, manakala planet lain mengambil masa hampir dua kali ganda. Pengiraan Laughlin menunjukkan bahawa tarikan graviti bersama mereka memelihara susunan yang stabil dan seimbang antara kedua-dua planet.
Resonances adalah petunjuk yang kuat bahawa planet-planet telah berhijrah jauh dari tempat kelahiran mereka. Cakera debu dan gas yang melancarkan planet embrio mempunyai graviti sendiri. Penarikan cakera di planet-planet, secara beransur-ansur menarik mereka masuk ke arah bintang atau, dalam beberapa kes, memaksa mereka keluar. Apabila penghijrahan ini berlangsung selama ratusan ribu tahun, beberapa eksoplanet menjadi terperangkap dalam resonans dengan jiran-jiran mereka. Apabila planet-planet besar berakhir di tempat yang hampir bersebelahan, mereka menyeret antara satu sama lain dan membuat beberapa orbit eksentrik dilihat oleh pasukan. Sekurang-kurangnya, itulah teka-teki terbaik saat ini.
Planet lain tidak lama untuk dunia ini. Model komputer Laughlin menunjukkan bahawa beberapa planet yang paling dekat dengan bintang-bintang mereka akan menjunam ke dalamnya kerana planet-planet yang jauh jauh membuli jalan ke orbit yang lebih kecil, mungkin dalam beratus-ratus ribu tahun. Penyelidikan ke dalam sistem solar yang jauh telah menimbulkan satu senario menarik mengenai sistem solar kita sendiri. Sesetengah ahli astronomi teori bahawa Venus, Bumi dan Marikh adalah "generasi kedua" planet, pengganti kepada badan terdahulu yang dilahirkan lebih dekat dengan matahari dan bermigrasi ke dalam sehingga mereka dimakan.
Adakah semua kekacauan yang diperhatikan di alam semesta membawa kesan buruk kepada planet berbatu kecil? Tidak sama sekali, kata Laughlin. Teknik untuk mengukur bintang-bintang goyah dan sensitif seperti itu, sepatutnya kira-kira sepuluh kali lebih halus untuk mendedahkan objek saiz bumi. Tetapi teleskop satelit dijadualkan untuk dilancarkan dalam beberapa tahun akan datang mungkin dapat mengesan "bayang-bayang" bumi alien apabila planet-planet kecil lulus di hadapan bintang mereka. Laughlin meramalkan bahawa satelit akan mendapati badan-badan seperti ini berbondong-bondong, walaupun di sekeliling bintang-bintang di mana tidak terdapat planet-planet yang besar. "Sangat mungkin bintang-bintang [seperti matahari] disertai dengan planet terestrial, " katanya. "Perasaan intuitif saya ialah sistem suria kita tidak biasa sama sekali."
Berkeley Geoff Marcy bersetuju, kerana dia mengatakan setiap bintang lahir dengan bahan mentah yang cukup di sekelilingnya untuk membuat banyak planet. Banyak planet pepejal seperti Bumi harus dibentuk, katanya, sebagai habuk menyerupai batu-batu kecil, yang bertabrakan berkali-kali untuk membuat asteroid dan bulan dan planet. "Mungkin Jupiters jarang berlaku, " katanya, "tetapi planet-planet berbatu hampir pasti biasa. Saya tidak melihat bagaimana membuat Bumi menjadi sukar."
Exoplanet kecil yang baru-baru ini dikesan oleh pasukan Marcy dan Butler menyokong pandangan itu. Mereka dapati ia memantau kedua-dua planet resonan dalam sistem Gliese 876, iaitu 15 tahun cahaya jauh. Sesuatu telah mengenakan tugs tambahan yang halus pada orbit planet, dan penjelasan terbaik untuk itu adalah planet ketiga mungkin 7.5 kali lebih besar seperti Bumi. Memandangkan saiznya, planet itu mungkin berbatu, seperti Bumi, bukannya gas gergasi. Penemuan ini merupakan langkah utama untuk menjawab soalan mengenai fikiran semua orang: Bolehkah kita mencari habitat yang berpotensi untuk hidup di tempat lain?
Ahli astronomi berharap soalan itu akan dijawab oleh misi satelit NASA yang dikenali sebagai Planet Bumi Terestrial. Ia sepatutnya melampaui mengesan eksoplanet: ia akan mengambil gambar-gambar eksoplanet yang paling menggembirakan dan menganalisis atmosfera mereka. Tetapi pada awal tahun ini, NASA meletakkan misi yang ditangguhkan, sebahagian besarnya disebabkan oleh anggaran belanjawan dari stesen angkasa dan pesawat ulang-alik dan kos rancangan yang dijangka untuk menghantar orang ke Marikh.
Dalam pada itu, pasukan berpangkalan di California terus mencari lebih banyak exoplanet. Dalam beberapa bulan, Marcy dan rakan sekerja Debra Fischer dari SFSU akan mula bekerja dengan sebuah teleskop baru di Lick yang dikenali sebagai Pencari Planet Automatik yang akan menampilkan instrumen analisis cahaya yang paling sensitif namun dibuat untuk carian eksoplanet. Instrumen robotik akan mengimbas kira-kira 25 bintang yang menjanjikan setiap malam yang jelas, dengan potensi untuk mengesan planet sekecil tiga hingga lima kali lebih besar daripada Bumi. "Ini akan menjadi teleskop pertama di dunia yang sepenuhnya didedikasikan untuk memburu planet, " kata Fischer. "Orang menganggap ia akan mengambil misi ruang miliaran dolar untuk mencari planet lain seperti Bumi, tetapi saya fikir kami mempunyai tembakan dari tanah itu."
Marcy berkata mencari planet dari bumi hanyalah permulaan. "Akhir sekali, kita perlu pergi, dengan kapal angkasa robotik dan kamera digital kecil, dan menghantar anjing kecil itu ke Tau Ceti atau Epsilon Eridani, " kata Marcy, menamakan dua bintang berdekatan dengan janji tertentu untuk menjadi tuan rumah planet seperti Bumi. Mereka masing-masing berusia 12 dan 10, 5 tahun cahaya. "Pasti akan mengambil masa 100 tahun [untuk membangunkan teknologi], tetapi ia adalah matlamat yang indah untuk spesies kami, dan ia berada dalam genggaman kami. Ini sepenuhnya boleh dilaksanakan secara teknologi untuk mendapatkan gambar pertama permukaan planet di sekitar bintang lain Kita boleh melancarkan misi global, utusan dari Bumi. Usaha yang kita lakukan sekarang hanyalah peninjauan untuk misi itu, tetapi ia adalah peninjauan yang gemilang untuk melihat oasis pertama di padang pasir kosmik. "
Robert Irion mengarahkan Program Komunikasi Sains di University of California di Santa Cruz. Jurugambar Peter Menzel bersama penulis Hungry Planet: Apa yang Makan Dunia .
