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.
وقتی شبها به آسمان نگاه میکنید، چیزهای شگفتانگیزی میبینید. زیباست. ولی چیزهایی که نمیبینید شگفتانگیزتر هستند، چون الان ما میدونیم که دور هر ستارهای یا تقریباً هر ستارهای، یه سیاره هست، یا چندتایی.
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.
بنابراین چیزی که این تصویر بهتون نشون نمیده همهی سیارههایی هستن که تو فضا میشناسیم. وقتی به سیارهها فکر میکنیم، فکر میکنیم چیزهای دورافتادهای هستن که با سیارهی خودمون فرق میکنن. ولی ما الان رو یه سیاره هستیم، و چیزهای شگفتانگیزی دربارهی زمین وجود دارن که همهجا روداریم میگردیم، تا مشابهش رو پیدا کنیم. ما جستجو میکنیم، و داریم چیزهای شگفتانگیزی پیدا میکنیم. ولی من میخوام دربارهی یه چیز جالب روی زمین صحبت کنم. این که در هر دقیقه، ۴۰۰ پوند (۱۸۱/۴۴کیلوگرم) هیدروژن و حدوداً ۷ پوند (۳/۷ کیلوگرم) هلیوم از زمین به فضا خارج میشه. و اینها گازهایی هستن که بیرون میرن و دیگه بر نمیگردن. بنابراین هیدروژن، هلیوم و خیلی چیزهای دیگه چیزی رو میسازن که ما به عنوان جو زمین میشناسیم. جو زمین رو تنها همین گازها بهوجود آوردن که یه خط نازک آبی شکل میدن که از ایستگاه فضایی بینالمللی دیده میشه. عکسی که یه فضانورد گرفته بود. این لایهی نازک دور سیارهمون چیزیه که به زندگی اجازهی شکفتن میده. از سیارهمون در مقابل خیلی از برخوردهای شهابسنگها و چیزهای مشابه محافظت میکنه. و یه پدیدهی خیلی شگفتانگیز، این حقیقت که داره از بین میره باید شماها رو بترسونه، حداقل یه ذره.
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. So for those of you who are stressed by this picture, I will add somebody for you.
من این فرآیند رو مطالعه میکنم و اسمش «گریز جوی» هست. گریز جوی مختص سیارهی زمین نیست. اگه از من بپرسین، بخشی از سیاره بودنه، چون سیارات، نه فقط زمین بلکه در سراسر گیتی، میتونن دستخوش گریز جوی بشن. و جوری که اتفاق میافته اطلاعاتی دربارهی خود سیارات بهمون میده. چون وقتی شما دربارهی منظومهی شمسی میاندیشین، شاید دربارهی این عکس فکر کنین. و احتمالاً میگین که خوب، اینجا هشت تا سیاره هستن، شایدم نه تا. برای اونایی که از دیدن این عکس پریشان شدن، من یکی رو اضافه میکنم.
(Laughter)
(خندهی حضار)
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.
به کمک «افقهای نو»، ما پلوتو رو هم در نظر میگیریم. و نکتهای که اینجا هست، اینه که برای اهداف این سخنرانی و خروج جوی، پلوتو تو ذهن من یه سیارهس، همونطوری که بقیه سیاراتی که دور ستارههای دیگه هستن و نمیبینیمشون هم سیاره هستن. بنابراین ویژگیهای بنیادی سیارههاست که شامل این حقیقت میشه که اونها بدنی هستن که با جاذبه شکل گرفتن. پس کلی مواد هستن که فقط با این نیروی جذاب بههم چسبیدن. و این بدنها اونقدر بزرگن که جاذبهی خیلی زیادی دارن. برا همینه که گرد هستن. پس وقتی بهشون نگاه میکنین، حتی پلوتو، اونا گرد هستن.
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.
پس شما میبینید که اینجا جاذبه واقعا نقشش رو ایفا میکنه. ولی یکی دیگه از ویژگیهای بنیادی سیارات چیزی هست که اینجا نمیبینید، و اونم ستاره هست، خورشید، که همهی سیارات منظومهی شمسی به دورش میگردن. و این اساساً چیزیه که منجر به گریز جوی میشه. دلیل اینکه اساساً ستارگان منجر به گریز جوی سیارات میشن اینه که ستارگان به سیارات ذرات و نور و گرما ارائه میکنن که باعث میشه جو سیارات از دست بره. یه بالن پر از هوای گرم رو تصور کنین، یا به عکس این فانوسها تو فستیوالی تو تایلند نگاه بندازین، همونطور که میبینین هوای گرم میتونه گازها رو به سمت بالا سوق بده. اگه به اندازهی کافی انرژی و گرما داشته باشین، که خورشید ما داره، اون گاز که خیلی سبکه و فقط با نیروی جاذبه محدود شده، میتونه به فضا فرار کنه. و خوب در واقع این دلیل اتفاق افتادن گریز جوی روی زمین و سایر سیارات هست -- اثر متقابل بین گرمای ستارگان و چیره شدن بر نیروی جاذبهی سیاره.
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.
خوب پیشتر گفتم که این نرخ اتفاق با نرخ ۴۰۰ پوند در دقیقه برای هیدروژن و تقریبا ۷ پوند برای هلیوم هست. اما این چطوری به نظر میاد؟ خوب، حتی در دههی ۸۰، از زمین عکسهایی تو نور ماورای بنفش با استفاده از فضاپیمای DE ناسا گرفتیم. خوب این دو تا عکس از زمین نشون میده که درخشش ناشی از فرار هیدروژن چطور به نظر میاد، به رنگ قرمز. همچنین میتونین گازهای دیگه مثل اکسیژن و نیتروژن رو توی اون نور کم سفید رنگ تو دایرهی نشاندهندهی شفقها ببینین، همچنین یه سری حلقه اطراف نواحی گرمسیری. خوب اینا تصاویری هستن که قطعا بهمون نشون میدن که جو ما محکم به زمین نچسبیده و در حقیقت داره به فضای دوردست میره، و باید اضافه کنم، با یه نرخ هشدار دهنده.
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.
ولی زمین به تنهایی دچار گریز جوی نیست. مریخ، نزدیکترین همسایهمون، از زمین خیلی کوچکتره، بنابراین جاذبهی خیلی کمتری برای نگهداری از جو خودش داره. و با اینکه میدونیم مریخ جو داره، ولی میبینیم که خیلی از جو زمین نازکتره. فقط به سطحش نگاه کنین. شما گودالهایی رو میبینین که نشون میده اون جوی که بتونه جلوی اینجور ضربهها رو بگیره نداشته. همچنین، میبینیم که یه «سیارهی سرخ» هست، و فرار جوی نقش مهمی تو قرمز بودن مریخ بازی میکنه. چون ما فکر میکنیم مریخ گذشتهی خیستری داشته، وقتی آب انرژی کامل بهدست آورد، تبدیل به اکسیژن و هیدروژن شد، و هیدروژن به اندازهای سبکه، که به درون فضا فرار کرد، و اکسیژن باقیمانده باعث زنگ زدن سطحش شده و اون رنگ آشنای قرمز زنگزدگی رو بهجا گذاشته.
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.
خوب میتونیم به تصاویر مریخ نگاه کنیم و بگیم که احتمالاً فرار جوی اتفاق افتاده، اما ناسا الان کاوشگر ماوِن رو روی مریخ داره، که کار اصلیش مطالعهی گریز جویه. جو مریخ رو ببینید و کاوشگر ماوِن. و نتایجی که از اون به دست اومده عکسهایی رو نشون میدن که خیلی شبیه اون چیزین که ما اینجا رو زمین دیدیم. خیلی وقته میدونیم که مریخ داره جوش رو از دست میده، اما الان تصاویر خیرهکنندهای داریم. اینجا، برای نمونه، میبینید که دایرهی قرمز به اندازهی مریخ هست، و رنگ آبی هیدروژن در حال فرار از سیاره. بنابراین به فضایی بیشتر از ۱۰ برابر اندازهی سیاره میرسه، به اندازهی کافی دور که دیگه سیاره محدودش نمیکنه. به سمت فضا فرار میکنه. این کمک میکنه برخی ایدهها رو تایید کنیم، مثلا اینکه چرا مریخ قرمزه، برای هیدروژن از دست رفته. ولی هیدروژن تنها گازی که از دست رفته نیست. من به هلیوم و مقدار کمی اکسیژن و نیتروژن روی زمین اشاره کردم، و از طریق کاوشگر ماون ما میتونیم ببینیم که مریخ اکسیژن هم از دست میده. و میتونید ببینید که چون اکسیژن سنگینتره، نمیتونه به اندازه هیدروژن دور شه، ولی با این حال همچنان داره از سیاره دور میشه. همهش رو محدود شده به دایرهی قرمز نمیبینین.
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.
پس این حقیقت که ما فرار جوی رو فقط تو سیارهی خودمون نمیبینیم و میتونیم هرجایی مطالعهش کنیم و فضاپیما بفرستیم به ما اجازه میده که دربارهی گذشتهی سیارات و حتی خود سیارات به طور کلی و آیندهی زمین یاد بگیریم. یکی از راههایی که میتونیم دربارهی آینده یاد بگیریم از طریق سیارات خیلی دوری هستن که دیده نمیشن. قبل از اینکه سراغ اون موضوع برم، باید به این نکته اشاره کنم، که عکسهایی مثل این از پلوتو نشونتون نمیدم، که ممکنه نومید کننده باشه، ولی برای اینه که ما هنوز نداریمشون. ماموریت «افقهای نو» هم اکنون در حال مطالعهی فرار جوی از پلوتو هستش. پس آماده و منتظر اونا باشین. سیارههایی که میخوام دربارهشون صحبت کنم فراسیارههای در حال گذر نامیده شدهان.
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.
هر سیارهای که به دور یک ستاره غیر از خورشید میگرده یک فراسیاره، یا سیارهی فراخورشیدی نامیده میشه. و این سیارههایی که میگیم در حال گذر هستن یه ویژگی خاص دارن اگه به وسط ستاره نگاه کنین، میبینین که در واقع داره چشمک میزنه، و دلیل این چشمک زدن اینه که همواره سیارههایی دارن از جلوش رد میشن، و در اون موقعیت خاص که سیارات جلوی رد شدن نور ستاره رو میگیرن ما میتونیم چشمک زدن نور رو ببینیم. با بررسی ستارههای آسمان شب برای این سوسو زدن، میتونیم سیارات رو پیدا کنیم. برای همین الان تونستیم بیش از ۵۰۰۰ سیاره تو کهکشان راه شیریِ خودمون شناسایی کنیم، و میدونیم که خیلی بیشتر از این اندازهای که گفتم وجود دارن.
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.
وقتی به نور این ستارهها نگاه میکنیم، همونطوری که گفتم، چیزی که میبینیم خود سیاره نیست، تیره شدن نوره که میتونیم تو گذر زمان ضبطش کنیم. وقتی سیاره در حال عبور از جلوی ستارهس نور کم میشه، و این اون چشمک زدنی هست که پیشتر دیدین. ما فقط این سیارهها رو پیدا نمیکنیم بلکه میتونیم به نورشون با طول موجهای مختلف نگاه کنیم. من به دیدن زمین و مریخ تو نور ماورای بنفش اشاره کردم. اگه ما با تلسکوپ هابل به این فراسیارههای در حال گذر بنگریم، تو نور ماورای بنفش سوسو زدن بیشتر و نور کمتری از ستاره میبینیم، وقتی سیاره داره از جلوش رد میشه. فکر میکنیم که یه جو گسترده از هیدروژن دور سیاره رو پوشانده که به نظر پفکرده میاد و بنابراین جلوی رد شدن نور بیشتری رو میگیره.
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.
با استفاده از این روش، ما در واقع تونستیم فراسیارههای در حال گذری رو کشف کنیم که دستخوش فرار جوی هستن. این سیارهها رو میتونیم «مشتری»های داغ بنامیم، برخی از اونایی که پیدا کردیم رو. به دلیل اینکه مانند مشتری سیارههای گازی هستند، ولی خیلی نزدیک ستارهشون هستن، صدها برابر نزدیکتر از مشتری. به دلیل گازهای سبکِ آماده برای فرار، و گرمایی که از ستاره ساتع میشه، نرخ کاملاً فاجعهباری از گریز جوی رو داریم. بنابراین بر خلاف ۴۰۰ پوند در دقیقه از دست دادن هیدروژن توسط زمین، برای این سیارهها، ۱/۳ میلیارد پوند (۵۸۹/۶۷ میلیون کیلوگرم) هیدروژن در دقیقه از دست میره.
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.
پس ممکنه با خودتون فکر کنین، خوب، آیا این سیارهها از بین خواهند رفت؟ این سوالیه که وقتی که به منظومهی شمسی خودمون نگاه کردیم پرسیدیم، چونکه سیارههای نزدیکتر به خورشید صخرهای هستن، و سیارههای دورتر بزرگتر و گازیتر. آیا میتونید از چیزی مثل مشتریای شروع کنید که به خورشید نزیدک بود، و از همهی گاز داخلش خلاص شین؟ الان فکر میکنیم که اگه از یه مشتری داغ شروع کنیم، نمیتونید به زمین یا عطارد برسین. ولی اگه از یه چیز کوچکتر شروع کنین، احتمالش هست که گازها به اندازهی کافی فرار کنن که شدیدا تحت تاثیر قرار بگیره و یه چیز خیلی متفاوت از اولش به جای بذاره.
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.
همهی اینها خیلی کلی به نظر میان، و ممکنه دربارهی منظومهی شمسی صحبت کنیم، ولی این چه کاری به ما روی زمین داره؟ خوب در آیندهی دور، خورشید روشنتر خواهد شد. و همزمان با این اتفاق، گرمایی که از خورشید میاد خیلی شدید میشه. خیلی شبیه اون چیزی که میبینید گاز از مشتری داغ ساطع میشه، از زمین هم ساطع خواهد شد، و چیزی که میتونیم به دنبالش باشیم، یا براش آماده باشیم، اینه که در آیندهی دور، زمین شبیه مریخ خواهد شد. هیدروژن خارج شده از مولکول آب، سریعتر به داخل فضا میره، و ما میمونیم و یه سیارهی خشک و قرمز.
So don't fear, it's not for a few billion years, so there's some time to prepare.
نترسید،چند میلیارد سال دیگهس، یکمی زمان برای آماده شدن داریم.
(Laughter)
(خندهی حضار)
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. 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.
ولی من میخواستم از چیزی که اتفاق میافته آگاه باشید، نه لزوما در آینده، بلکه همین حالا که صحبت میکنیم گریز جوی در جریانه. دربارهی علوم شگفتانگیزی که دارن تو فضا اتفاق میافتن چیزهای زیادی شنیدین و سیاراتی در دوردست، و ما این سیارات رو مطالعه میکنیم تا این جهانها رو بفهمیم. اما در حالی که داریم دربارهی مریخ و این فراسیارههای داغ مشتریسان یاد میگیریم، چیزهایی مثل گریز جوی پیدا میکنیم که خیلی چیزها دربارهی سیارهمون زمین یادمون میدن.
So consider that the next time you think that space is far away.
پس دفعه دیگهای که به فضای دوردست فکر میکنین این رو هم در نظر بگیرین.
Thank you.
خیلی ممنونم.
(Applause)
(تشویق حضار)