حسناً، عندما تنظر إلى النجوم ليلاً، فإن ما تراه شيء مذهل. إنه جميل. ولكن الأكثر إذهالاً، هو ما لا تستطيع رؤيته. لأن ما نعرفه حالياً هو أنّه حول أي نجم أو تقريباً أي نجم، يوجد كوكب. أو ربما البعض منها.
So when you look out at the stars at night, it's amazing what you can see. It's beautiful. But what's more amazing is what you can't see, because what we know now is that around every star or almost every star, there's a planet, or probably a few.
إذاً، ما لا تُظْهره لكم هذه الصورة هو كل النجوم التي نعلم بتواجدها في الفضاء الخارجي. لكن عندما نفكّر في الكواكب، نميل إلى التفكير في أشياء بعيدة جداً تختلف تماماً عن كوكبنا. لكن نحن هنا على سطح كوكب، وهناك الكثير من الأشياء المدهشة موجودة على (الأرض) والتي نبحث على المدى البعيد وعلى نحو موسّع لإيجاد أشياء تشبهها. وعندما نبحث، فنحن نجد أشياء مدهشة. ولكنّني أودّ إخباركم عن شيء مدهش هنا على (الأرض). وهو أنّه في كل دقيقة تمرّ، ينتقل 400 رطل من (الهايدروجين) وتقريباً 7 أرطال من (الهيليوم) من (الأرض) نحو الفضاء. وهذه من نوع الغازات التي ما أن تذهب فهي لا تعود مرة أخرى. لذلك ف(الهايدروجين) و(الهيليوم) والعديد من الأشياء الأخرى تكوّن ما اصطلح على تسميته بالغلاف الجوي. الغلاف الجوي هو هذه الغازات التي تكوّن خطاً أزرقا رفيعاً والذي يرى هنا من محطة الفضاء الدولية، وهي صورة التقطها بعض رواد الفضاء. وهذه القشرة الرقيقة حول كوكبنا هي ما يسمح للحياة بالازدهار. فهي تحمي كوكبنا من العديد من التأثيرات، كالنيازك وما شابهها. وهي ظاهرة مدهشة فحقيقة أنه يتلاشى لا بد أن تُرْعِبَكُمْ ولو قليلا.
So what this picture isn't showing you are all the planets that we know about out there in space. But when we think about planets, we tend to think of faraway things that are very different from our own. But here we are on a planet, and there are so many things that are amazing about Earth that we're searching far and wide to find things that are like that. And when we're searching, we're finding amazing things. But I want to tell you about an amazing thing here on Earth. And that is that every minute, 400 pounds of hydrogen and almost seven pounds of helium escape from Earth into space. And this is gas that is going off and never coming back. So hydrogen, helium and many other things make up what's known as the Earth's atmosphere. The atmosphere is just these gases that form a thin blue line that's seen here from the International Space Station, a photograph that some astronauts took. And this tenuous veneer around our planet is what allows life to flourish. It protects our planet from too many impacts, from meteorites and the like. And it's such an amazing phenomenon that the fact that it's disappearing should frighten you, at least a little bit.
إذاً هذه العملية هي ما أعكف على دراسته حيث تسمى هروب الغلاف الجوي. إذاً هروب الغلاف الجوي ليس مقتصراً على كوكب (الأرض) فقط. إذا ما سألتموني، هو جزء من طبيعة أي كوكب، لأن الكواكب، ليس (الأرض) فقط ولكن في كل أنحاء الكون، تخضع لهروب الغلاف الجوي. وفي الواقع، طريقة حدوث ذلك تخبرنا عن الكواكب نفسها. فعندما تفكرون في النظام الشمسي، قد تتراود إلى أذهانكم هذه الصورة. وقد تقولون، حسناً، توجد ثمانية كواكب وربما عشرة.
So this process is something that I study and it's called atmospheric escape. So atmospheric escape is not specific to planet Earth. It's part of what it means to be a planet, if you ask me, because planets, not just here on Earth but throughout the universe, can undergo atmospheric escape. And the way it happens actually tells us about planets themselves. Because when you think about the solar system, you might think about this picture here. And you would say, well, there are eight planets, maybe nine.
بالنسبة لأولئك الذين لم يتقبلوا هذه الصورة، سأضيف شخصاً أخر من أجلكم.
So for those of you who are stressed by this picture, I will add somebody for you.
(ضحك)
(Laughter)
تعود حقوق الصورة ل(أفاق جديدة)، ها نحن نُضَمّن كوكب (بلوتو). وحقيقة الأمر هنا أنه، لغرض هذه المحادثة وهروب الغلاف الجوي، فأنا أستحظر كوكب (بلوتو)، بنفس الطريقة التي تُعتبر بها الكواكب التي تدور حول نجوم أخرى لا نراها هي أيضاً كواكباً. حسناً، الخصائص الأساسية للكواكب تتضمن حقيقة أنها أجسام مرتبطة ببعضها البعض عن طريق الجاذبية. إذاً هي مواد عديدة ملتصقة ببعضها البعض بقوة الجاذبية. وهذه الأجسام بالغة الكبر ولها ثقل كبير للغاية. وهذا هو سبب كونها دائرية الشكل. لذلك فعندما تنظر لكل هؤلاء، بما فيهم (بلوتو)، فهم يتخذون شكلا دائريا.
Courtesy of New Horizons, we're including Pluto. And the thing here is, for the purposes of this talk and atmospheric escape, Pluto is a planet in my mind, in the same way that planets around other stars that we can't see are also planets. So fundamental characteristics of planets include the fact that they are bodies that are bound together by gravity. So it's a lot of material just stuck together with this attractive force. And these bodies are so big and have so much gravity. That's why they're round. So when you look at all of these, including Pluto, they're round.
لذلك ترون أن الجاذبية تلعب دوراً فعلياً هنا. توجد خاصية أساسية أخرى للكواكب وهي ما لا تستطيعون رؤيته هنا، وهي النجم، (الشمس)، والتي تدور حولها كل كواكب المجموعة الشمسية. وهي المسبب الرئيسي لهروب الغلاف الجوي. العامل الرئيسي لكون النجوم تسبّبْ هروب الغلاف الجوي من الكواكب هو أن النجوم تمد الكواكب بالجسيمات والضوء والحرارة والتي يمكن أن تُؤَدي إلى هروب الغلاف الجوي. فإذا ما فكرتم في منطاد الهواء الساخن، أو إذا ما ألقيتم نظرة على صورة الفوانيس هذه في احتفال في (تايلند)، سترون أن الهواء الساخن يدفع الغازات للأعلى. وإذا ما توفرت طاقة وحرارة كافية، وهو ما توفره شمسنا، فإن ذلك الغاز الخفيف جداً، والذي يبقى بفعل الجاذبية فقط، يهرب إلى الفضاء. لذلك في الواقع، هذا هو ما يسبب هروب الغلاف الجوي هنا على الأرض وأيضاً على الكواكب الأخرى -- ذلك التفاعل بين التسخين الناتج عن النجم والتغلب على قوة الجاذبية على سطح الكوكب.
So you can see that gravity is really at play here. But another fundamental characteristic about planets is what you don't see here, and that's the star, the Sun, that all of the planets in the solar system are orbiting around. And that's fundamentally driving atmospheric escape. The reason that fundamentally stars drive atmospheric escape from planets is because stars offer planets particles and light and heat that can cause the atmospheres to go away. So if you think of a hot-air balloon, or you look at this picture of lanterns in Thailand at a festival, you can see that hot air can propel gasses upward. And if you have enough energy and heating, which our Sun does, that gas, which is so light and only bound by gravity, it can escape into space. And so this is what's actually causing atmospheric escape here on Earth and also on other planets -- that interplay between heating from the star and overcoming the force of gravity on the planet.
لذلك، أخبرتكم أن ذلك يحدث بمعدل 400 رطل ل(الهايدروجين) كل دقيقة وتقريباً 7 أرطال ل(الهيليوم). ولكن ما الذي يعنيه ذلك؟ حسناً، حتى في الثمانينات، التقطنا صوراً للأرض بالأشعة فوق البنفسجية عن طريق سفينة فضاء المستكشف الحيوي التابعة لناسا. لذلك هاتين الصورتين للأرض توضحان لكم ذلك الوهج الناتج عن هروب (الهيدروجين)، الظاهر باللون الأحمر. ويمكنكم أن تروا عناصر أخرى أيضاً مثل (الأوكسجين) و(النتروجين) في ذلك الوميض الأبيض في الدائرة التي تظهر الشفق وكذلك بعض الخصلات حول المدارات. لذلك هذه الصور تظهر لنا على نحو قاطع أن غلافنا الجوي ليس مثبتاً بإحكام على الأرض فقط ولكنه في الحقيقة يهرب بعيداً نحو الفضاء الخارجي، لربما أضيف، وبمعدل مخيف.
So I've told you that it happens at the rate of 400 pounds a minute for hydrogen and almost seven pounds for helium. But what does that look like? Well, even in the '80s, we took pictures of the Earth in the ultraviolet using NASA's Dynamic Explorer spacecraft. So these two images of the Earth show you what that glow of escaping hydrogen looks like, shown in red. And you can also see other features like oxygen and nitrogen in that white glimmer in the circle showing you the auroras and also some wisps around the tropics. So these are pictures that conclusively show us that our atmosphere isn't just tightly bound to us here on Earth but it's actually reaching out far into space, and at an alarming rate, I might add.
ولكن الأرض ليست وحدها من يخضع لهروب الغلاف الجوي. المريخ، جارنا الأقرب، هو أصغر بكثير مقارنةً بالأرض، لذلك له جاذبية أقل بكثير، مما لا يمكنه من الإحتفاظ بغلافه الجوي. وعلى الرغم من أن المريخ يتمتع بغلاف جوي، نستطيع رؤية أنه أقل سمكاً بكثير من الأرض. فقط ألقوا نظرة على السطح. ترون فوهات البراكين التي تدلّ على أنه لم يكن له غلاف جوي يمكنه وقف تلك التأثيرات. نلاحظ أيضاً أنه "الكوكب الأحمر،" حيث يلعب هروب الغلاف الجوي دوراً في كونه أحمراً. لأننا نظن أن الجو في المريخ كان أكثر رطوبة، وعندما امتلك الماء الطاقة الكافية، تفكَّك إلى (هايدروجين) و(أوكسجين)، وبما أن (الهايدروجين) خفيف جداً، فقد هرب نحو الفضاء، أما (الأوكسجين) المتبقي فقد تأكسد أو تسبّب في صدأ المكان، مسبباً ذلك اللون الأحمر الصدىء المألوف لدينا.
But the Earth is not alone in undergoing atmospheric escape. Mars, our nearest neighbor, is much smaller than Earth, so it has much less gravity with which to hold on to its atmosphere. And so even though Mars has an atmosphere, we can see it's much thinner than the Earth's. Just look at the surface. You see craters indicating that it didn't have an atmosphere that could stop those impacts. Also, we see that it's the "red planet," and atmospheric escape plays a role in Mars being red. That's because we think Mars used to have a wetter past, and when water had enough energy, it broke up into hydrogen and oxygen, and hydrogen being so light, it escaped into space, and the oxygen that was left oxidized or rusted the ground, making that familiar rusty red color that we see.
لذلك فمن الممكن النظر إلى صور (المريخ) والقول أنه لربما حدث هروب للغلاف الجوي، ولكن وكالة الفضاء الأمريكية لديها مسبار يدعى (مافين) موجود حالياً على سطح (المريخ) ومهمته الفعلية هي دراسة هروب الغلاف الجوي. إنها سفينة فضاء غلاف (المريخ) والتطور السريع. والنتائج المرسلة منها أظهرت سلفاً صوراً شبيهةً جداً بتلك التي رأيتموها هنا على (الأرض). لقد كنا نعرف أن (المريخ) في طور فقدان غلافه الجوي، ولكن بحوزتنا بعض الصور المذهلة. هنا على سبيل المثال، ترون تلك الدائرة الحمراء وهي بحجم (المريخ)، وتستطيعون رؤية اللون الأزرق ل(الهايدروجين) وهو يهرب من الكوكب. لذلك فهو ينتشر لأكثر من 10 أضعاف حجم الكوكب، بعيداً بما يكفي لدرجة أنه لن يعود لذلك الكوكب. إنه يهرب نحو الفضاء. وهذا يساعدنا في التأكد من أفكار، مثل لماذا (المريخ) أحمر، نتيجة لذلك الهايدروجين المفقود. ولكن ليس (الهايدروجين) فقط هو الغاز الوحيد المفقود. ذكرت (الهيليوم) على الأرض وبعض (الأوكسجين) و(النيتروجين)، ومن خلال (مافين) نستطيع دراسة هروب (الأوكسجين) من (المريخ). وتستطيعون رؤية ذلك لأن (الأوكسجين) أكثر ثقلاً، حيث لا يستطيع الهروب لنفس مدى (الهيدروجين)، ولكن رغم ذلك فهو يهرب من الكوكب. ليس بمقدروكم رؤيته محصوراً بداخل تلك الدائرة الحمراء.
So it's fine to look at pictures of Mars and say that atmospheric escape probably happened, but NASA has a probe that's currently at Mars called the MAVEN satellite, and its actual job is to study atmospheric escape. It's the Mars Atmosphere and Volatile Evolution spacecraft. And results from it have already shown pictures very similar to what you've seen here on Earth. We've long known that Mars was losing its atmosphere, but we have some stunning pictures. Here, for example, you can see in the red circle is the size of Mars, and in blue you can see the hydrogen escaping away from the planet. So it's reaching out more than 10 times the size of the planet, far enough away that it's no longer bound to that planet. It's escaping off into space. And this helps us confirm ideas, like why Mars is red, from that lost hydrogen. But hydrogen isn't the only gas that's lost. I mentioned helium on Earth and some oxygen and nitrogen, and from MAVEN we can also look at the oxygen being lost from Mars. And you can see that because oxygen is heavier, it can't get as far as the hydrogen, but it's still escaping away from the planet. You don't see it all confined into that red circle.
إن حقيقة كوننا لا نرى هروب الغلاف الجوي من كوكبنا فقط بل بمقدرونا دراسة الأمر في مكان آخر وإرسال سفينة فضاء تُخول لنا معرفة ماضي الكواكب والكواكب على وجه العموم ومستقبل (الأرض). لذلك في الواقع، إحدى الطرق لاستشراف المستقبل هي عن طريق كواكب بعيدة جداً لدرجة لا نستطيع رؤيتها. لذلك لا بد أن أنوّه، قبل أن أواصل، لن أعرض عليكم صوراً تشبه صورة (بلوتو) هذه، وقد يكون هذا مثيرا للإحباط. ولكن السبب هو أنّنا لا نمتلكها بعد. ولكن مهمة (الأفاق الجديدة) تعكف حالياً على دراسة هروب الغلاف الجوي المفقود من الكوكب. لذلك ابقوا معنا وترقبوا الأمر. لكن الكواكب التي أردت الحديث عنها تعرف باسم الكواكب الخارجية العابرة.
So the fact that we not only see atmospheric escape on our own planet but we can study it elsewhere and send spacecraft allows us to learn about the past of planets but also about planets in general and Earth's future. So one way we actually can learn about the future is by planets so far away that we can't see. And I should just note though, before I go on to that, I'm not going to show you photos like this of Pluto, which might be disappointing, but that's because we don't have them yet. But the New Horizons mission is currently studying atmospheric escape being lost from the planet. So stay tuned and look out for that. But the planets that I did want to talk about are known as transiting exoplanets.
بمعنى أن أي كوكب يدور حول نجم بخلاف شمسنا يسمى كوكبا خارجيا، أو كوكب خارج المجموعة الشمسية. وهذه الكواكب التي نسميها عابرة تتمتع بسمة مميزة فإذا ما نظرت إلى منتصف ذلك النجم، سترى أنه يومض. والسبب في أنه يومض هو أن هنالك كواكب تمر من أمامه طول الوقت، وتكون عند منحنى معين حيث تحجب الكواكب الضوء الصادر من النجم مما يسمح لنا برؤية وميض ذلك الضوء. وبمسح النجوم في السماء ليلاً لرصد هذه الحركة الوميضية، نستطيع إيجاد الكواكب. هذه هي الطريقة التي تمكنّا من خلالها من رصد ما يزيد عن 5 ألاف كوكب في مجرتنا (درب التبانة)، ونعلم أن هنالك المزيد، كما أسلفت.
So any planet orbiting a star that's not our Sun is called an exoplanet, or extrasolar planet. And these planets that we call transiting have the special feature that if you look at that star in the middle, you'll see that actually it's blinking. And the reason that it's blinking is because there are planets that are going past it all the time, and it's that special orientation where the planets are blocking the light from the star that allows us to see that light blinking. And by surveying the stars in the night sky for this blinking motion, we are able to find planets. This is how we've now been able to detect over 5,000 planets in our own Milky Way, and we know there are many more out there, like I mentioned.
لذلك عندما ننظر إلى الضوء الصادر من هذه النجوم، ما نراه كما ذكرت، ليس الكوكب نفسه، ولكنكم في الواقع ترون الضوء يبهت حيث نسجله في الوقت المناسب. لذلك فإن الضوء يختفي حينما يأخذ الكوكب في التقلص أمام النجم، وذلك هو الوميض الذي رأيتموه من قبل. لذلك لا نرصد الكواكب فقط بل نستطيع دراسة هذا الضوء من خلال أطوال موجية مختلفة. لذلك ذكرت دراسة (الأرض) و(المريخ) من خلال الأشعة فوق البنفسجية. إذا ما نظرنا إلى الكواكب الخارجية العابرة من خلال مقراب (هابل) الفضائي، فسنجد أنه ومن خلال الأشعة فوق البنفسجية، يمكن رؤية وميض أكبر بكثير، وضوء أقل بكثير من النجم، عندما يمر الكوكب من أمامه. ونعتقد أن هذا بسبب توفر جو موسع من (الهايدروجين) محيط بكل الكوكب مما يجعله يبدو أشد انتفاخاً وبهذا يحجب مزيداً من الضوء الذي تراه.
So when we look at the light from these stars, what we see, like I said, is not the planet itself, but you actually see a dimming of the light that we can record in time. So the light drops as the planet decreases in front of the star, and that's that blinking that you saw before. So not only do we detect the planets but we can look at this light in different wavelengths. So I mentioned looking at the Earth and Mars in ultraviolet light. If we look at transiting exoplanets with the Hubble Space Telescope, we find that in the ultraviolet, you see much bigger blinking, much less light from the star, when the planet is passing in front. And we think this is because you have an extended atmosphere of hydrogen all around the planet that's making it look puffier and thus blocking more of the light that you see.
لذلك وباستخدام هذه التقنية، أصبح بمقدورنا اكتشاف بعض الكواكب الخارجية العابرة التي تخضع لهروب الغلاف الجوي. ويمكن أن نطلق عليها اسم (المشتريات) الساخنة، بالنسبة لتلك التي وجدناها. وذلك بسبب أنها كواكب غازية مثل المشترى، ولكنها قريبة جداً من نجمها، أقرب بمئة مرة من (المشترى). ونظراً لوجود كل هذا الغاز خفيف الوزن على أهبة الاستعداد للهروب، وكل هذه الحرارة الناتجة من النجم، تصبح لدينا معدلات مدمرة تماماً من حالات هروب الغلاف الجوي. لذلك بخلاف 400 رطل من (الهايدروجين) تفقدها الأرض كل دقيقة، لهذه الكواكب، ستفقد 1.3 مليار رطل من (الهايدروجين) كل دقيقة.
So using this technique, we've actually been able to discover a few transiting exoplanets that are undergoing atmospheric escape. And these planets can be called hot Jupiters, for some of the ones we've found. And that's because they're gas planets like Jupiter, but they're so close to their star, about a hundred times closer than Jupiter. And because there's all this lightweight gas that's ready to escape, and all this heating from the star, you have completely catastrophic rates of atmospheric escape. So unlike our 400 pounds per minute of hydrogen being lost on Earth, for these planets, you're losing 1.3 billion pounds of hydrogen every minute.
لذلك قد تفكّرون، حسناً، هل يسمح هذا بوجود الكوكب؟ وهذا سؤال أثار حيرة الناس عندما نظروا إلى مجموعتنا الشمسية، لأن الكواكب القريبة من الشمس ذات طبيعة صخرية، أما الكواكب البعيدة فأكبر حجماً وأكثرغازية. هل كان من الممكن البدأ بشيء مثل (المشترى) وهو في الواقع قريب من (الشمس)، ثم التخلص من كل الغازات التي يحتوي عليها؟ نعتقد حاليا أنه إذا بدأت بشيء مثل (المشترى) الساخن، في الواقع لن ينتهي بك المطاف ب(الزئبق) أو (الأرض). لكن إن بدأت بشيء أصغر، من المحتمل أن يهرب قدر كاف من الغاز مما قد يأثر عليه على نحو مهم مُخلِّفا شيئاً يختلف تماماً عن ما بدأت به.
So you might think, well, does this make the planet cease to exist? And this is a question that people wondered when they looked at our solar system, because planets closer to the Sun are rocky, and planets further away are bigger and more gaseous. Could you have started with something like Jupiter that was actually close to the Sun, and get rid of all the gas in it? We now think that if you start with something like a hot Jupiter, you actually can't end up with Mercury or the Earth. But if you started with something smaller, it's possible that enough gas would have gotten away that it would have significantly impacted it and left you with something very different than what you started with.
لذلك كل هذا يبدو نوعاً من التعميم، وقد نفكر في النظام الشمسي، ولكن ما علاقة ذلك بنا هنا على الأرض؟ حسناً، في المستقبل القريب، ستصبح (الشمس) أكثر سطوعاً. ويبنما يحدث ذلك، ستصبح الحرارة التي تصلنا من (الشمس) شديدة جداً. بنفس الطريقة التي نرى بها الغاز يهرب من كوكب (المشترى)، سيهرب الغاز من (الأرض). ولذلك ما يمكن أن نتطلع له، أو على الأقل نستعد له، هو حقيقة أنه في المستقبل البعيد، ستصبح (الأرض) أكثر شبهاً ب(المريخ). (الهايدروجين) الناتج من الماء المتحلل، سيهرب إلى الفضاء بوتيرة أسرع، وكل ما سيتبقى لنا هو هذا الكوكب الجاف الأحمر. لذا لا تخافوا، لن يحدث هذا قبل بضعة مليارات من السنين، ما زال هناك بعض الوقت للاستعداد.
So all of this sounds sort of general, and we might think about the solar system, but what does this have to do with us here on Earth? Well, in the far future, the Sun is going to get brighter. And as that happens, the heating that we find from the Sun is going to become very intense. In the same way that you see gas streaming off from a hot Jupiter, gas is going to stream off from the Earth. And so what we can look forward to, or at least prepare for, is the fact that in the far future, the Earth is going to look more like Mars. Our hydrogen, from water that is broken down, is going to escape into space more rapidly, and we're going to be left with this dry, reddish planet. So don't fear, it's not for a few billion years, so there's some time to prepare.
(ضحك)
(Laughter)
لكنني أردت أن تكونوا على علم بما يجري، ليس فقط في المستقبل، ولكن هروب الغلاف الجوي يحدث في هذه الأثناء. لذلك توجد الكثير من العلوم المدهشة تسمعونها حول ما يحدث في الفضاء والكواكب البعيدة جداً. ونحن ندرس هذه الكواكب لنعرف عن هذه العوالم.
But I wanted you to be aware of what's going on, not just in the future, but atmospheric escape is happening as we speak. So there's a lot of amazing science that you hear about happening in space and planets that are far away, and we are studying these planets to learn about these worlds.
ولكن بينما نعرف عن (المريخ) أو الكواكب الخارجية مثل (المشترى) الساخن، نجد أشياء مثل هروب الغلاف الجوي والتي تخبرنا بالكثيرعن كوكبنا، كوكب (الأرض).
But as we learn about Mars or exoplanets like hot Jupiters, we find things like atmospheric escape that tell us a lot more about our planet here on Earth.
لذا ضعوا ذلك في الإعتبار في المرة القادمة عندما تفكرون في أن الفضاء بعيد جداً.
So consider that the next time you think that space is far away.
شكرا لكم.
Thank you.
(تصفيق)
(Applause)