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.
La nuit, quand vous regardez les étoiles, ce que vous voyez est extraordinaire, magnifique. Ce que vous ne voyez pas est encore plus extraordinaire car nous savons aujourd'hui qu'autour de toutes les étoiles ou de presque toutes, il y a une planète ou probablement plusieurs.
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.
Ce que cette image ne vous montre pas, ce sont toutes les planètes que nous connaissons dans l'espace. Quand nous pensons à des planètes, nous les imaginons lointaines et très différentes de la nôtre. Mais nous sommes sur une planète et il y a tant de choses extraordinaires à propos de la Terre que nous cherchons partout pour trouver de telles choses. Et, ce faisant, nous trouvons des choses extraordinaires. Mais je veux vous parler d'une chose extraordinaire sur Terre. A chaque minute, 200 kg d'hydrogène et près de 3,5 kg d'hélium s'échappent de la Terre et vont dans l'espace. C'est du gaz qui s'en va et ne revient jamais. L'hydrogène, l'hélium et beaucoup d'autres choses, font partie de ce que l'on appelle l'atmosphère de la Terre. L'atmosphère, ce ne sont que des gaz formant une fine ligne bleue qui est vue ici depuis la Station spatiale internationale, une photo prise par des astronautes. Ce revêtement ténu autour de notre planète est ce qui permet la vie. Il protège notre planète des impacts trop nombreux, des météorites et autres. C'est un phénomène si extraordinaire que le fait qu'il soit en train de disparaître devrait nous effrayer, au moins un petit peu.
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.
J'étudie ce processus, appelé « échappement atmosphérique ». L'échappement atmosphérique n'est pas propre à la planète Terre. Il est inhérent à la nature des planètes, à mon avis, car les planètes, pas uniquement sur Terre mais à travers l'univers, peuvent subir un échappement atmosphérique. Souvent, la façon dont cela se produit nous informe sur les planètes. Car, en pensant au système solaire, vous pensez peut-être à cette image. Et vous diriez qu'il y a huit planètes, peut-être neuf. Pour ceux d'entre vous que cette image stresse, je vais la compléter.
(Laughter)
(Rires)
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.
Avec l'autorisation de New Horizons, nous incluons Pluton. Le fait est que pour cette présentation et en termes d'échappement atmosphérique, Pluton est une planète pour moi et les planètes que nous ne voyons pas qui sont autour d'autres étoiles sont aussi des planètes. Les caractéristiques fondamentales des planètes incluent le fait que ce sont des corps que la gravité maintient ensemble. C'est beaucoup de matière agrégée par cette force d'attraction. Ces corps sont si gros et ont tellement de gravité. C'est pourquoi ils sont ronds. Quand vous les regardez, même Pluton, ils sont ronds.
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.
Vous voyez que la gravité joue vraiment un rôle. Mais une autre caractéristique fondamentale des planètes est ce que vous ne voyez pas, c'est l'étoile, le Soleil, autour duquel toutes les planètes du système solaire orbitent. Cela est à l'origine de l'échappement atmosphérique. La raison fondamentale pour laquelle les étoiles créent un échappement atmosphérique sur les planètes est que les étoiles offrent aux planètes particules, lumière et chaleur pouvant faire s'échapper les atmosphères. Si vous pensez à une montgolfière ou regardez cette image de lanternes lors d'un festival en Thaïlande, vous voyez que l'air chaud propulse les gaz vers le haut. Si vous avez assez d'énergie et de chaleur, comme notre soleil, ce gaz, qui est si léger et seulement contraint par la gravité, peut s'échapper dans l'espace. Cela est la cause de l'échappement atmosphérique sur Terre et sur d'autres planètes -- cette interaction entre la chaleur de l'étoile et la compensation de la force de gravité sur la planète.
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.
Je vous ai dit que cela se produisait à une vitesse de 200 kg par minute pour l'hydrogène et près de 3,5 kg pour l'hélium. A quoi cela ressemble-t-il ? Même dans les années 80, nous avons pris des photos de la Terre en ultraviolet grâce au satellite Dynamics Explorer de la NASA. Ces deux photos de la Terre vous montrent à quoi ressemble cette lueur d'hydrogène qui s'échappe, elle apparaît en rouge. Vous voyez aussi d'autres éléments comme l'oxygène et l'azote dans cette lueur blanche dans le cercle vous montrant les aurores et aussi des volutes vers les tropiques. Ces photos montrent définitivement que notre atmosphère n'est pas seulement liée à la Terre mais qu'elle s'efforce d'atteindre d'autres endroits de l'espace à une vitesse alarmante.
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.
Mais la Terre n'est pas la seule à subir un échappement atmosphérique. Mars, notre voisine la plus proche, est bien plus petite que la Terre et a donc bien moins de gravité pour préserver son atmosphère. Bien que Mars ait une atmosphère, nous voyons qu'elle est plus fine que sur Terre. Regardez la surface. Vous voyez des cratères indiquant qu'aucune atmosphère n'était là pour empêcher ses impacts. Nous voyons que c'est « la planète rouge » et l'échappement atmosphérique joue un rôle quant à la couleur de Mars. Nous pensons que cela est dû au fait que Mars avait plus d'eau auparavant et quand l'eau avait assez d'énergie, elle s'est séparée en hydrogène et oxygène et l'hydrogène est si léger qu'il s'est échappé vers l'espace et l'oxygène restant s'est oxydé ou a fait rouiller le sol, créant cette couleur rouge rouille qui nous est familière.
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.
C'est bien de regarder des photos de Mars et de dire qu'il y a eu un échappement atmosphérique mais la NASA a actuellement une sonde sur Mars, le satellite MAVEN, et sa mission d'étudier l'échappement atmosphérique. C'est le satellite de l'atmosphère de Mars et de l'évolution volatile. Ses résultats ont déjà montré des images très similaires à ce que vous voyez sur Terre. Nous savions que Mars perdait son atmosphère mais nous avons des photos spectaculaires. Ici, par exemple, dans le cercle rouge, c'est la taille de Mars et dans le bleu, c'est l'hydrogène qui s'échappe de la planète. Il atteint une distance de 10 fois la taille de la planète, assez loin pour ne plus être lié à cette planète. Il s'échappe dans l'espace. Cela aide à confirmer certaines idées telles que le fait que Mars soit rouge à cause de cette perte d'hydrogène. Mais l'hydrogène n'est pas le seul gaz perdu. J'ai mentionné l'hélium sur Terre, l'oxygène, l'azote ; depuis MAVEN nous voyons aussi de l'oxygène s'échappant de Mars. Vous voyez que, parce que l'oxygène est plus lourd, il ne va pas aussi loin que l'hydrogène mais il s'échappe quand même de la planète. Vous ne le voyez pas confiné à ce cercle rouge.
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.
Le fait que l'échappement atmosphérique n'existe pas que sur notre planète et que nous puissions l'étudier ailleurs en envoyant un satellite nous permet d'en apprendre plus sur le passé des planètes mais aussi sur les planètes en général et sur l'avenir de la Terre. Une façon d'en apprendre plus sur le futur est grâce à des planètes si lointaines qu'on ne les voit pas. Je devrais faire remarquer, avant de continuer, que je ne vais pas vous montrer des images de Pluton, ce qui peut vous décevoir, mais nous n'en avons pas encore. La mission de New Horizons est d'étudier l'échappement atmosphérique qui est perdu par la planète. Restez à l'écoute sur le sujet. Mais les planètes dont je voulais parler sont appelées « exoplanètes en transit ».
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.
Toute planète orbitant autour d'une étoile qui n'est pas notre soleil est appelée « exoplanète » ou « planète extrasolaire ». Ces planètes dites « en transit » ont une caractéristique : si vous regardez cette étoile, au milieu, vous verrez qu'elle clignote. Et elle clignote car il y a des planètes qui passent devant elle en permanence. Elle a une orientation particulière qui fait que les planètes bloquent la lumière de l'étoile, ce qui nous permet de voir l'étoile clignoter. En surveillant les étoiles dans le ciel et en cherchant ce clignotement, nous pouvons trouver des planètes. Nous sommes ainsi capables de détecter plus de 5 000 planètes dans la Voie lactée et, comme je l'ai dit, nous savons qu'il y en a bien plus.
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.
Nous regardons la lumière de ces étoiles et, comme je l'ai dit, nous ne voyons pas la planète en elle-même mais une diminution de la lumière que nous constatons au fil du temps. La lumière baisse alors que la planète ralentit devant l'étoile et cela donne le clignotement vu auparavant. Nous détectons les planètes et nous observons cette lumière à différentes longueurs d'onde. J'ai parlé de regarder la Terre et Mars à la lumière ultraviolette. En observant les exoplanètes en transit avec le télescope spatial Hubble, sous la lumière ultraviolette, le clignotement est plus important, il y a moins de lumière venant de l'étoile quand la planète passe devant. A notre avis, c'est parce qu'il y a une atmosphère étendue d'hydrogène tout autour de la planète qui la rend plus grosse et donc bloque plus de lumière que ce que vous voyez.
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.
En utilisant cette technique, nous avons pu découvrir quelques exoplanètes en transit subissant un échappement atmosphérique. Ces planètes peuvent être appelées « Jupiter chaudes », en tout cas pour certaines. Cela car, comme Jupiter, ce sont des planètes gazeuses mais elles sont si proches de leur étoile, environ 100 fois plus proches que Jupiter. Et parce qu'il a tout ce gaz léger qui est prêt à s'échapper et toute cette chaleur de l'étoile, il y a des taux catastrophiques d'échappement atmosphérique. Contrairement à nos 200 kg d'hydrogène perdus chaque minute sur Terre, ces planètes perdent 0,7 milliard de kilogrammes d'hydrogène par minute.
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.
Vous pourriez penser : « De ce fait, la planète arrête-t-elle d'exister ? » C'est une question que les gens se posent en regardant notre système solaire car les planètes proches du soleil sont rocheuses et celles plus lointaines sont plus grosses et gazeuses. Peut-on avoir commencé avec une chose comme Jupiter qui était proche du soleil, et s'être débarrassé de tout le gaz ? A notre avis, commencer avec une planète aussi chaude que Jupiter fait que vous ne pouvez pas finir comme Mercure ou la Terre. Mais en commençant avec une planète plus petite, il est possible qu'assez de gaz se soit échappé pour que cela ait un impact significatif et que vous ayez une chose complètement différente de celle du début.
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.
Tout cela semble assez général et nous pensons au système solaire, mais qu'est-ce que cela a à voir avec nous, sur Terre ? Dans un avenir lointain, le soleil deviendra plus brillant. Quand cela se produira, la chaleur que nous recevons du soleil deviendra très intense. De la même façon que le gaz s'échappe de la planète chaude Jupiter, le gaz va s'échapper de la Terre. Nous pouvons nous attendre, ou au moins nous préparer, au fait que dans un futur lointain, la Terre ressemblera plus à Mars. Notre hydrogène, de l'eau qui s'est décomposée, va s'échapper plus rapidement vers l'espace et il nous restera une planète aussi sèche et rouge.
So don't fear, it's not for a few billion years, so there's some time to prepare.
N'ayez crainte, nous avons quelques milliards d'années et donc le temps de nous préparer.
(Laughter)
(Rires)
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.
Mais je voulais que vous soyez conscients de ce qui arrive, pas seulement à l'avenir, car l'échappement atmosphérique se produit en ce moment même. Vous entendez parler de beaucoup de science extraordinaire dans l'espace et sur des planètes lointaines, nous étudions ces planètes pour en apprendre plus sur ces mondes. Mais en en apprenant plus sur Mars ou les Jupiters chaudes, nous découvrons des choses comme l'échappement atmosphérique qui nous en disent beaucoup plus sur notre planète, la Terre.
So consider that the next time you think that space is far away.
Pensez à cela la prochaine fois que vous pensez que l'espace est lointain.
Thank you.
Merci.
(Applause)
(Applaudissements)