Planet Gazer

Som barn var Sara Seager overbevist om, at månen fulgte hende, hvor end hun gik. Spændingen ved at kigge på den gennem et teleskop, da hun var fem, er et af hendes tidligste minder.

Sara seager

Da Seager fik det første gode kig på månen i 1976, diskuterede astronomer hos NASA allerede behovet for et rumbaseret infrarødt teleskop. Da Spitzer-rumteleskopet blev opsendt i kredsløb næsten tre årtier senere, ville Seager selv være en af ​​de videnskabsmænd, der brugte det til at studere atmosfæren på planeter uden for vores solsystem - planeter, som ingen var sikker på eksisterede 10 år tidligere.

I 1995 havde månen fulgt Seager til efterskole på Harvard, hvor hun valgte et ph.d.-afhandlingsemne. Det efterår meddelte schweiziske forskere, at de havde set en planet, der kredsede om en stjerne i stjernebilledet Pegasus - den første af, hvad der snart ville være adskillige planeter, der blev opdaget uden for vores solsystem. Seager skrev sit speciale om, hvordan atmosfæren på varme Jupiters – ekstrasolare planeter, der er kæmpemæssige og gasformige, ligesom Jupiter, men meget tættere på deres stjerner og dermed mere end 10 gange varmere – påvirkes af stråling fra deres stjerner. I dag betragtes hun som en pioner inden for studiet af ekstrasolare planeter eller exoplaneter. På nogle områder gør man bare trinvise fremskridt hen imod spørgsmål, der har været der i årtier, siger hun. På dette felt kommer vi med lige så mange spørgsmål som svar.

Med mere end 200 exoplaneter nu dokumenteret, er forskere forståeligt nok begejstrede for at have så meget nyt territorium at udforske og forklare. Folk er begejstrede, og de vil bare gerne lave nye ting, men er ofte ikke så forsigtige, som de burde være, siger Seager. Det er ligesom det vilde vesten. Tingene sker så hurtigt, man gør bare ting. Så går du. Ivrig efter at bringe mere sofistikering til feltet, sluttede hun sig til MIT-fakultetet i januar for at lancere et nyt program i ekstrasolare planeter og er ved at udvikle et exoplanet-kursus, hun vil undervise i til efteråret. Jeg kom her for at bringe noget af viden og værktøjer [om MIT atmosfærisk videnskab] ind i exoplanetatmosfæreforskning, siger hun. Som Ellen Swallow Richards-lektor ved Institut for Jord-, Atmosfærisk- og Planetvidenskab, gnider Seager nu skuldre med meteorologer og atmosfæriske videnskabsmænd såvel som andre astronomer. Topografiske kort over USA og verden indrammer døren til hendes Green Building-kontor, hvor hun overvejer planeter langt ud over vores solsystem.

Seagers laboratorium består af hendes hjerne og hendes computer, som er fyldt med data indsamlet over Jordens atmosfære af Spitzer-teleskopet. Hendes kontor rummer ikke meget andet. Kasser med filer fra hendes sidste job, som seniorforsker ved Carnegie Institution of Washington, står langs den ene væg; at pakke dem ud ville tage tid væk fra hendes forskning. En tavle hænger på en anden, dækket af diagrammer, der illustrerer teknikker, hun og andre har udviklet for at finde spor om exoplaneters atmosfærer.

Da astronomer opdagede den første exoplanet, blev de chokerede over at finde den syv gange tættere på sin stjerne, end Merkur er på Solen. Dens nærhed til en blændende lysende stjerne gjorde det ekstremt vanskeligt at studere. Men Seager vidste, at inden længe ville nogen finde en exoplanet, der set fra Jorden ville passere foran sin stjerne og derefter forsvinde bag den. (Sandsynligheden for, at en exoplanet i tæt kredsløb passerer sin stjerne er omkring 10 procent.) Astronomer kunne derefter bruge en metode, der blev udtænkt i midten af ​​1900-tallet til at studere formørkende dobbeltstjerner: ved at måle det lille fald i stjernens lys, når exoplaneten passerede ind. foran den kunne de beregne forholdet mellem planetens areal og dens stjerne.

Sikkert nok observerede astronomer i 1999 den syvende exoplanet i tæt kredsløb, der passerede sin stjerne omkring 904 billioner miles fra Jorden. Exoplaneten HD 209458b er en gaskæmpe med temperaturer, der kan toppe 1.300 °C, klassificeret som en varm Jupiter. Det er også en af ​​blot to kendte transiterende exoplaneter, hvis stjerner skinner nok lys gennem deres atmosfærer til at give astronomerne de data, de har brug for til at udføre detaljerede undersøgelser.

Den eneste måde, astronomer kan lære om atmosfæren på en anden planet, er at studere planetens strålingsoverførsel eller udbredelsen af ​​lys gennem dens atmosfære. Men HD 209458b er så tæt på sin stjerne, at den fuldfører sit kredsløb på tre og en halv dag, og selv Spitzer – som registrerer infrarødt lys til niveauet 1 del pr. 1.000 – kan ikke i sig selv skelne planetens lys fra stjernerne. Så som en del af en forskergruppe baseret på NASAs Goddard Space Flight Center brugte Seager og hendes kolleger en simpel beregning til at isolere planetens lys. Med Spitzers infrarøde spektrograf målte forskerne lyset fra stjernen og planeten sammen (når begge er synlige) og trak lyset fra stjernen alene (når den formørker planeten).

Spektrografen, der fungerer som et prisme, adskilte også planetens lys i dets komponentbølgelængder. Forskerne analyserede lyset ved hver bølgelængde og ledte efter funktioner, der kunne identificere molekyler i exoplanetens atmosfære. I udgaven af ​​22. februar Natur , rapporterede de at indsamle de første spektrale data fra HD 209458b i løbet af to formørkelser i juli 2005 – og forklarede deres noget overraskende fund.

For at lave deres spektralanalyse - og endda for at beslutte, hvad de skulle kigge efter i første omgang - brugte forskerne modeller af mulige exoplanetatmosfærer, som Seager havde udviklet. Når stjernelys skinner på en planet, støder fotoner på molekyler i atmosfæren; afhængigt af hvilket molekyle den rammer, kan en foton blive absorberet, spredt eller genudsendt ved en anden bølgelængde. Ved at observere de fotoner, der kommer ud af atmosfæren, kan Seager bestemme, hvilke molekyler atmosfæren indeholder. Fotoner er vores valuta, siger hun.

For at skabe sine modeller af, hvordan en varm Jupiter kunne se ud, tilpassede Seager en model, ikke af en anden planet, men af ​​en kølig stjerne, som vores sol. Først ændrede hun den for at få dens temperatur tættere på Jupiters temperatur. Derefter overvejede hun, hvilke atomer og molekyler der ville blive fundet på en varm planet i kemisk ligevægt. Fordi natrium, for eksempel, virkede en sandsynlig kandidat, tilføjede hun dets egenskaber til sin model for at skabe en spektral signatur, der indikerer natriums tilstedeværelse. Da HD 209458b blev opdaget i 1999, indlæste Seager, som dengang var en nyslået ph.d., de tilgængelige data om planeten i sine modeller og forudsagde tilstedeværelsen af ​​natrium (blandt andet) i den atmosfære, den formodedes at have. Ved hjælp af hendes modeller designede astronomer eksperimenter, der fik Hubble-rumteleskopet til at lede efter natrium. I 2001 gav disse eksperimenter den første påvisning af en ekstrasolar planets atmosfære - og bekræftede Seagers forudsigelse.

Da Seager og hendes kolleger fik Spitzer til at observere HD 209458b i 2005, forventede de at finde beviser for vandmolekyler i atmosfæren. Men sådanne beviser dukkede ikke op. Forskerne observerede dog, hvad de mener er den spektrale signatur af silikatskyer, under hvilke vanddamp kan være fanget. Seager antager også, at på exoplanetens dagside kan temperaturen være konstant i hele atmosfæren, i hvilket tilfælde der ville være en ligevægt: Ethvert bevis på vandabsorption ville blive annulleret af beviser for vandudledning.

Seager er ikke overrasket, når eksperimentelle data ikke matcher de fleste af de hundredvis af modeller, hun har bygget indtil videre. Sådan er naturen mere kreativ, end vi er, siger hun og er glad for, at det overhovedet er muligt at sige med nogen sikkerhed, hvilke grundstoffer der findes på en planet omkring 150 lysår væk. Vi kan faktisk karakterisere exoplanetatmosfærerne, siger hun. For fire år siden ville ingen have troet, at du kunne gøre det.

Seager er ivrig efter at få flere data til at tilslutte sine modeller og er en del af en MIT-ledet indsats for at udvikle og inden 2009 opsende en privat satellit kaldet TESS, som vil udvide søgningen efter exoplaneter. Spitzer kan kun se på ting, vi allerede ved, og kan kun se én stjerne ad gangen, forklarer hun. Dette kommer til at se på bogstaveligt talt millioner af stjerner, på udkig efter dette lille fald i lysstyrke, der indikerer en planettransit.

Seager håber at finde klippeplaneter – ideelt set kredsende om lyse stjerner, så der vil være nok lys til at studere dem. Gasgigantiske planeter er kedelige, fordi de har alle de gasser, de er født med, siger hun. Jorden har imidlertid udviklet sig; for eksempel udslyngede tidlige vulkaner gasser, og planter producerer en overflod af ilt. Også gasgiganter er for varme til livet. Vi vil gerne være i stand til at finde planeter, der kan understøtte liv, siger Seager, der absolut mener, der er liv uden for vores planet.

Vi kommer ikke til at se nogle små grønne mennesker, advarer hun og tilføjer, at hun ikke er interesseret i at møde nogen rumvæsener selv. Mest sandsynligt, siger hun, vil vi finde bakterier. Men selv det kunne være afslørende. Hvis vi kan finde liv andre steder, kan det være et fingerpeg om, hvor vi kom fra, siger hun.

Seager mener, at der er en god chance for, at vi vil opdage tegn på liv på andre planeter i hendes levetid. Men, siger hun, jeg håber at leve længe.

skjule