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.
밤하늘을 바라보면 보이는 풍경은 너무나 놀랍습니다. 정말 아름답죠. 하지만 더욱 놀라운 것은 보이지 않는 것들입니다. 왜냐하면 우리가 지금 알고 있다시피 거의 모든 별 주변에는 행성이 몇 개 돌고 있죠.
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.
이 사진에 보이지는 않지만 우리가 알고 있는 수많은 행성들이 우주 저편에 존재합니다. 행성이라고 하면 보통 우리가 사는 곳과는 다른 외계의 무언가를 떠올립니다. 하지만 우리도 행성에 살고 있고 지구는 행성으로서 놀라운 면모가 많기에 우리는 우주 어딘가 지구와 닮은 행성을 찾고 있습니다. 찾다 보면 놀라운 것들을 발견할 때가 있죠. 하지만 오늘 말하려는 것은 지구에 대한 놀라운 사실입니다. 그것은 지구에서 1분마다 400파운드(180kg)의 수소와 7파운드(3kg)가량의 헬륨이 우주 밖으로 날아간다는 것이죠. 한번 날아간 기체는 돌아오지 않습니다. 수소와 헬륨, 그리고 많은 물질이 지구 대기를 조성하고 있습니다. 이 기체가 모인 얇은 푸른 선이 국제우주정거장에서 한 우주 비행사가 찍은 대기의 모습입니다. 지구를 감싸는 이 얇은 층 덕분에 생명이 번성할 수 있습니다. 유성 등 수많은 충돌로부터 우리를 보호해 주죠. 너무나도 대단한 현상이라서 조금씩 사라진다고 하니 약간 섬뜩하실 겁니다.
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.
제가 연구하는 이 현상은 대기 탈출입니다. 대기 탈출은 지구에서만 일어나는 것은 아닙니다. 행성이 가진 운명 중 하나죠. 지구 뿐만 아니라 전 우주의 모든 행성에서 대기 탈출이 발생합니다. 대기 탈출이 일어나는 과정은 우리에게 행성 자체에 대해 알려줍니다. 태양계라고 하면 이런 사진이 떠오르죠. 행성이 여덟 개 있고 섭섭하신 분들을 위해 하나를 더해 드릴게요.
(Laughter)
(웃음)
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.
뉴 호라이즌 호가 찍은 명왕성을 추가했습니다. 하나 짚고 넘어가자면 대기 탈출이라는 주제에 관해서는 명왕성도 보이지 않는 별들 주위의 행성도 모두 같은 대상이라는 것입니다. 행성의 기본적인 특성 중에는 중력에 의해 결집된 물체라는 조건이 있죠. 결국 이 끌어당기는 힘에 의해 여러 물질이 덩어리로 뭉쳐 있는 것입니다. 천체가 매우 크니까 중력도 크겠죠. 이것이 행성이 둥근 이유입니다. 명왕성을 포함해서 이런 대상을 보면 모두 둥글고
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.
중력이 작용하는 것을 알 수 있습니다. 행성의 또 다른 중요한 조건은 아직 나타내지 않은 이 태양이라는 행성의 주변을 태양계의 모든 행성이 공전한다는 것입니다. 그리고 이것이 대기 탈출을 일으킵니다. 항성이 행성 대기를 탈출시키는 이유는 항성이 발산하는 입자와 빛, 열이 행성 대기에 닿기 때문입니다. 열기구나 태국의 한 축제의 이 등불 사진을 예로 들면 뜨거운 공기가 기체를 위로 향하게 한다는 걸 알 수 있습니다. 열과 에너지가 충분히 주어지면 태양이 그리 하듯이 중력이 겨우 붙들고 있는 가벼운 기체는 우주로 날아가 버립니다. 이것이 지구와 다른 행성에서 대기 탈출이 일어나는 과정입니다. 항성에서 오는 열이 행성의 중력보다 더 큰 힘을 발휘하는 것이죠.
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.
아까 수소는 일 분에 400파운드(180kg) 헬륨은 7파운드(3kg)라고 말씀드렸는데 실제로는 어떻게 보일까요? 무려 80년대에 NASA에서 다이나믹 익스플로러 위성으로 지구 대기의 자외선 촬영을 하였습니다. 이 두 지구 사진이 탈출하는 수소가 내뿜는 빛을 붉은색으로 보여 줍니다. 산소나 질소 같은 다른 것들도 희미한 흰 빛으로 극지의 오로라와 열대 부분의 빛줄기를 보여 주지요. 이 사진으로부터 알 수 있는 것은 우리 대기가 지구에 딱 붙어 있지 않고 상당한 속도로 우주 밖으로 멀어져가고 있다는 것입니다.
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.
하지만 지구에서만 대기 탈출이 일어나는 것은 아니죠. 우리의 이웃 행성 화성은 지구보다 훨씬 작아서 대기를 붙들고 있을 중력이 더 작습니다. 화성에도 대기가 있긴 하지만 지구보다 훨씬 희박합니다. 표면을 보면 대기가 충돌물을 막을 수 없어 수많은 충돌구로 울퉁불퉁해져 있죠. 또 화성이 '붉은 행성'인 데는 대기 탈출도 한 몫 하고 있습니다. 과학자들은 화성이 이전에는 물이 더 있었지만 물이 에너지를 받아 수소와 산소로 분해되고 가벼운 수소가 우주로 탈출한 사이 남은 산소는 땅을 산화시켜 지금의 녹슨 붉은 표면을 만들었다고 생각합니다.
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.
화성 사진만 보고도 대기 탈출이 일어난 것을 추측할 수 있지만 NASA는 MAVEN 위성을 현재 화성에 직접 보내 대기 탈출 연구 임무를 수행시기고 있습니다. 머릿글자는 '화성 대기 휘발성 진행' 에서 왔습니다. 탐사 결과는 지구에서 본 것과 매우 비슷한 모습을 나타내고 있습니다. 화성의 대기 손실은 오랫동안 알고 있었지만 몇몇 놀라운 사진들이 있습니다. 여기를 보면 붉은 원으로 표시한 부분이 화성 영역이고 푸른색은 행성을 탈출하는 수소입니다. 행성 크기의 열 배 이상 벗어났으니 더 이상 붙잡혀 있지 않다고 보아도 되겠죠. 우주로 탈출하는 겁니다. 이 사진으로 화성이 붉은 이유를 수소 탈출 때문이라고 설명할 수 있습니다. 하지만 수소만 탈출하는 것은 아니죠. 지구에서처럼 헬륨과 약간의 산소, 질소도 행성을 벗어나는 것을 MAVEN 사진으로 확인 가능합니다. 산소는 더 무겁기 때문에 수소만큼 멀리 가지는 않지만 여전히 탈출을 하고 있습니다. 붉은 원 밖에 기체가 존재하지요.
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.
우리가 지구의 대기 탈출을 연구하는 것에 더해서 다른 행성에 우주선을 보내 연구할 수 있는 사실은 행성의 과거뿐만 아니라 행성의 전반적인 모습, 그리고 지구의 미래도 알 수 있게 해줍니다. 우리의 미래를 알 수 있는 표본이 보이지 않는 먼 행성에 있다는 것이죠. 그 이야기를 하기 전에 실망스럽지만 명왕성 사진은 보여 드리지 않을 것이라는 것을 말해 두려 합니다. 아직 찍지 못했으니까요. 뉴 호라이즌 호의 임무가 명왕성에서의 대기 탈출을 조사하는 것이니 계속 관심을 기울여 주세요. 대신 제가 다루려는 행성은 통과 외행성이라는 것입니다.
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.
태양이 아닌 별 주위를 공전하는 행성은 모두 외계 행성 또는 태양계 외 행성입니다. 그리고 통과한다는 말은 궤도의 특성인데 중앙에 별을 보면 반짝이는 것이 보이시죠. 반짝이는 이유는 행성이 때로 그곳을 지나가면서 궤도가 특별한 위치에 있어 행성이 항성의 빛을 막아 우리에게 반짝이게 보이는 것입니다. 밤하늘의 별들을 보며 이 반짝임을 조사하면 행성을 찾을 수 있습니다. 이렇게 해서 우리 은하에서 5000개 이상의 행성을 찾아내었습니다. 더 수많은 행성이 존재하지만요.
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.
이 행성에서 오는 빛을 보았을 때 주시하는 것은 빛 자체가 아니라 일정 시간 동안 밝기가 희미해지는 것입니다. 행성이 별 앞을 진행하면서 밝기가 줄어들고 이것이 아까 관찰한 깜빡임입니다. 단순히 행성을 찾을 뿐만 아니라 파장별로 빛을 관찰할 수도 있습니다. 전에 보신 사진 중에 지구와 화성의 자외선 사진이 있었죠. 통과 외행성을 허블 우주 망원경으로 관측하면 자외선 영역에서 행성이 앞을 지나갈 때 훨씬 크게 밝기가 변합니다. 과학자들은 이것이 멀리 뻗은 수소 대기층이 행성을 감싸면서 구름 같은 역할로 더 많은 빛을 막기 때문이라 추측합니다.
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.
이 기법을 사용하여 우리는 통과 외행성에서의 대기 탈출을 몇 번 관측할 수 있었습니다. 우리가 발견한 이런 종류의 행성을 뜨거운 목성이라고 합니다. 목성처럼 기체로 이루어진 행성이고 항성에 매우 가깝기 때문이죠. 실제 목성보다 백 배 정도요. 탈출하기 쉬운 가벼운 기체가 항성의 열을 만나 무서운 속도로 대기 탈출이 일어납니다. 지구의 분당 400파운드(180kg)와는 비교도 안 되는 분당 13억 파운드(59만 톤)의 수소가 행성을 떠나죠.
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.
그러다 행성 자체가 다 소진될까 하는 생각을 할 수 있고 이것은 태양계를 바라보면서 사람들이 궁금해한 질문이죠. 태양에 가까운 행성은 바위로 이루어졌고 멀리 있는 행성은 더 크고 기체로 이루어져 있으니까요. 원래는 목성 같은 행성이었는데 태양 가까이 있다 보니 기체가 다 날아간 것일까요? 현대 이론에 따르면 뜨거운 목성에서 수성이나 지구 같은 것이 만들어질 수는 없습니다. 하지만 더 작은 크기로 시작하면 행성의 모습을 바꿀 만큼 대량의 대기 탈출이 일어났을 가능성도 있습니다.
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.
이 모든 것은 일반론인데요. 태양계로 좁혀 생각하면 지구에는 무슨 일이 일어날까요? 먼 미래에 태양은 더 밝아질 것입니다. 그럴수록 태양의 열기는 더 강렬해지고 뜨거운 목성에서 보는 것이 지구의 기체 탈출로 일어날 것입니다. 우리가 예상하고 준비할 수 있는 것은 먼 미래에 지구는 화성처럼 보일 것이라는 사실입니다. 물에서 분리된 수소가 빠르게 우주로 탈출하고 지구에는 붉고 메마른 표면을 남기겠죠.
So don't fear, it's not for a few billion years, so there's some time to prepare.
앞으로 몇십억 년 동안은 일어나지 않을 일이니 대비할 시간은 충분합니다.
(Laughter)
(웃음)
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.
하지만 이렇게 말하는 순간에도 대기 탈출이 조금씩 일어나고 있다는 것을 알고 계셨으면 합니다. 멀리 떨어진 우주의 행성에서는 다양한 흥미로운 일이 일어나고 우리는 이 외부 세계를 탐구하고 있습니다. 하지만 화성이나 뜨거운 목성 같은 외계행성을 탐구하다 보면 대기 탈출 같이 지구에 대해서도 배울 수 있게 됩니다.
So consider that the next time you think that space is far away.
그러니 우주가 먼 나라 얘기라고만은 생각하지 말아 주세요.
Thank you.
감사합니다.
(Applause)
(박수)