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.
Als je 's nachts naar de sterren kijkt, is het verbazingwekkend wat je ziet. Het is mooi. Maar wat nog verbazingwekkender is, is wat je niet ziet. We weten nu dat bij elke ster, of vrijwel elke ster, een planeet zit, en waarschijnlijk meerdere.
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.
Dus wat dit plaatje je niet laat zien, zijn alle planeten die we kennen daar in het heelal. Wanneer we denken aan planeten, denken we snel aan dingen ver weg die erg anders zijn dan wat we hier kennen. Maar hier zijn we op een planeet en er zijn zo veel dingen die verbazingwekkend zijn aan de Aarde dat we oneindig ver zoeken naar dingen die daarop lijken. En tijdens onze zoektocht vinden we verbazingwekkende dingen. Maar ik wil jullie vertellen over iets verbazingwekkends hier op Aarde. En dat is dat per minuut zo'n 180 kilo waterstof en drie kilo helium van de Aarde ontsnappen, het heelal in. Deze gassen verdwijnen en komen nooit meer terug. Waterstof, helium en nog wat dingen vormen samen de atmosfeer van de Aarde. De atmosfeer is niet meer dan gassen die deze dunne blauwe lijn vormen, zoals hier te zien vanaf het International Space Station op een foto gemaakt door astronauten. En deze ijle fineerlaag om onze planeet is waardoor het leven hier goed gedijt. Het beschermt onze planeet tegen al te veel inslagen van meteorieten en dergelijke. En het is zo'n verbazingwekkend fenomeen dat het feit dat het aan het verdwijnen is je zorgen zou moeten baren. Op z'n minst een beetje.
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.
Ik bestudeer dit proces van ontsnapping uit de atmosfeer. Ontsnapping uit de atmosfeer is niet specifiek iets van de Aarde. Het is volgens mij inherent aan planeet-zijn, omdat planeten, niet alleen de Aarde maar overal in het universum, onderhevig kunnen zijn aan ontsnapping uit de atmosfeer. En de manier waarop dat gebeurt, vertelt ons iets over de planeet zelf. Als je denkt aan het zonnestelsel, denk je wellicht aan dit plaatje. En dan zeg je dat er acht planeten zijn, of misschien negen. Voor degenen die zich bij dit plaatje ongemakkelijk voelen, voeg ik wat toe.
(Laughter)
(Gelach)
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.
Met dank aan New Horizons tellen we Pluto mee. Voor het doel van deze talk en het fenomeen van ontsnapping uit de atmosfeer is Pluto een planeet, net zoals planeten om andere sterren die we niet kunnen zien ook planeten zijn. Een fundamentele eigenschap van planeten is dat het lichamen zijn die bij elkaar gehouden worden door zwaartekracht. Het is een hoop materiaal aan elkaar geklonterd door deze aantrekkingskracht. Deze lichamen zijn enorm groot en hebben heel veel zwaartekracht. Daardoor zijn ze rond. Als je naar al deze planeten kijkt, inclusief Pluto, dan zijn ze rond.
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.
Je kunt dus zien dat er zwaartekracht is. Een andere eigenschap van planeten kun je hier niet zien. Dat is de ster, de Zon, waar alle planeten in het zonnestelsel omheen draaien. En dat is de oorzaak van ontsnapping uit de atmosfeer. De reden dat sterren ontsnapping uit de atmosfeer veroorzaken, is dat sterren aan planeten deeltjes en licht en warmte bieden die de atmosfeer kunnen laten verdwijnen. Als je denkt aan een heteluchtballon of je kijkt naar deze foto van lantaarns op een festival in Thailand, kun je zien dat warme lucht gassen naar boven laat gaan. En als je genoeg energie en warmte hebt, zoals onze Zon, dan kan het gas, wat erg licht is en alleen gebonden is door zwaartekracht, ontsnappen naar het heelal. Dit is wat ontsnapping uit de atmosfeer veroorzaakt, zowel op Aarde als op andere planeten -- dit samenspel tussen opwarming door de ster en het overwinnen van de zwaartekracht van de planeet.
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.
Ik heb je verteld dat dit gebeurt met een snelheid van 180 kilo per minuut voor waterstof en drie kilo per minuut voor helium. Maar hoe ziet dat er dan uit? Al in de jaren 80 fotografeerden we de Aarde in het ultraviolette spectrum met de Dynamic Explorer-satelliet van NASA. Deze twee foto's van de Aarde laten zien hoe de gloed van ontsnappend waterstof eruitziet. Dat is de rode gloed. Je kunt ook andere dingen zien, zoals zuurstof en stikstof in dat witte schijnsel in de ring met het noorderlicht en ook wat slierten bij de evenaar. Dit zijn foto's die onomstotelijk laten zien dat onze atmosfeer niet alleen gebonden is aan ons hier op Aarde, maar dat het ver het heelal in gaat. En in een alarmerend tempo.
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.
Niet alleen de Aarde heeft last van deze ontsnappingen. Mars, onze directe buur, is veel kleiner dan de Aarde en heeft veel minder zwaartekracht waarmee het de atmosfeer vast kan houden. Mars heeft een atmosfeer, maar die is veel dunner dan die van de Aarde. Kijk maar naar het oppervlak. Je ziet kraters die erop wijzen dat er geen atmosfeer was die de inslagen kon voorkomen. We zien ook dat het de 'rode planeet' is. Ontsnapping uit de atmosfeer heeft er mede toe geleid dat Mars rood is. Dat is omdat we denken dat Mars een natter verleden kent. Wanneer water genoeg energie krijgt, valt het uiteen in waterstof en zuurstof. Waterstof is zo licht dat het naar het heelal ontsnapte en de zuurstof die overbleef, liet de grond oxideren of roesten waardoor we nu de bekende rode kleur hebben.
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.
We kunnen foto's van Mars bekijken en concluderen dat sprake is van ontsnapping uit de atmosfeer, maar NASA heeft nu een sonde op Mars, de MAVEN-satelliet, die de ontsnapping uit de atmosfeer daadwerkelijk onderzoekt. MAVEN staat voor 'Mars Atmosphere and Volatile Evolution'. De eerste foto's zijn vergelijkbaar met wat we op Aarde zien. We weten al lang dat Mars atmosfeer verliest. Toch blijven de foto's indrukwekkend. Hier zie je in het rood de omvang van Mars en in het blauw de waterstof die ontsnapt. De waterstof komt tot tien keer verder dan de grootte van de planeet. Ver genoeg om niet langer gebonden te zijn aan de planeet. Het ontsnapt het heelal in. Dit helpt om vermoedens te bevestigen, bijvoorbeeld waarom Mars rood is door het ontsnapte waterstof. Maar waterstof is niet het enige gas dat ontsnapt. Ik noemde al helium op Aarde, en zuurstof en stikstof. MAVEN laat ons ook het zuurstofverlies op Mars zien. Omdat zuurstof zwaarder is dan waterstof gaat het minder ver weg, maar het ontsnapt wel. Je ziet dat de zuurstof ook buiten de rode cirkel is.
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.
Dat we ontsnapping uit de atmosfeer niet alleen bij onze eigen planeet zien maar ook bij andere planeten, stelt ons in staat om te leren over het verleden van planeten. Maar ook over planeten in het algemeen en over de toekomst van de Aarde. We kunnen leren over de toekomst door planeten te onderzoeken die we niet kunnen zien. Voordat ik daar verder op inga, waarschuw ik jullie dat ik van Pluto niet zulke mooie foto's kan laten zien, simpelweg omdat we die nog niet hebben. Maar de New Horizons-missie bestudeert nu de ontsnapping uit de atmosfeer bij Pluto. Dus hou het in de gaten. De planeten waar ik het over wil hebben, zijn de overgaande exoplaneten.
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.
Elke planeet die om een ster draait anders dan onze Zon wordt een exoplaneet genoemd. En de planeten die we 'overgaand' noemen, hebben als kenmerk dat als je naar de ster kijkt, deze knippert. De oorzaak van het knipperen is dat er planeten voorlangs gaan, waardoor die planeten het licht van de ster blokkeren wat wij als knipperen zien. Door de nachtelijke hemel af te speuren op zoek naar knipperende sterren, kunnen we planeten vinden. Op deze manier hebben we al ruim 5.000 planeten ontdekt in onze eigen Melkweg en we weten dat er nog veel meer zijn.
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.
Als we kijken naar het licht van deze sterren, zien we dus niet de planeet zelf, maar wel het wegvallen van licht. Het licht vermindert als de planeet voor de ster staat en dat is het knipperen wat we zojuist zagen. We kunnen niet alleen de planeten opsporen, maar ook de verschillende golflengten van het licht. We kunnen ook naar de Aarde en naar Mars kijken vanuit het ultraviolette spectrum. Als we met de Hubble Space-telescoop kijken naar de overgaande exoplaneten, zien we in het ultraviolette spectrum een veel nadrukkelijker knipperen, veel minder licht van de ster wanneer de planeet er voorlangs gaat. We denken dat dit komt doordat er een vergrote atmosfeer van waterstof om de planeet zit, waardoor deze opgezwollen lijkt en meer licht blokkeert.
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.
Met deze techniek hebben we meerdere overgaande exoplaneten ontdekt die onderhevig zijn aan ontsnapping uit de atmosfeer. Sommige van deze planeten kunnen we hete Jupiters noemen, omdat het gasplaneten zijn zoals Jupiter. Maar ze staan erg dicht bij hun ster, zo'n honderd keer dichterbij dan Jupiter. Omdat er zoveel lichtgewicht gas is dat kan ontsnappen en door de opwarming van de zon, heeft de ontsnapping uit de atmosfeer een rampzalige snelheid. In tegenstelling tot de waterstof die met 180 kilo per minuut ontsnapt aan de Aarde, gaat het bij deze planeten om ruim een half miljard kilo waterstof per minuut.
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.
Je vraagt je misschien af of dat het einde van die planeten betekent. Dat is de vraag die we ons ook stelden toen we naar ons zonnestelsel keken, omdat planeten dicht bij de Zon rotsachtig zijn en planeten verder weg groter zijn en meer gas hebben. Kan een planeet begonnen zijn als Jupiter en al het gas verloren zijn? We denken dat als je iets als een hete Jupiter hebt, dat niet een Mercurius of Aarde wordt. Maar als je begint met iets kleiners, is het mogelijk dat zoveel gas ontsnapt dat je iets heel anders overhoudt.
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.
Dit klinkt allemaal algemeen en het is aardig om na te denken over het zonnestelsel, maar wat heeft het te maken met ons op Aarde? In de verre toekomst wordt de Zon feller. Wanneer dat gebeurt, wordt de warmte die we krijgen van de Zon erg hevig. Op dezelfde manier als dat nu gas wegstroomt van een hete Jupiter, zal gas dan ontsnappen van de Aarde. Waar we dus naar kunnen uitkijken, of ons in ieder geval op kunnen voorbereiden, is het feit dat in de toekomst de Aarde meer op Mars gaat lijken. Onze waterstof, van water dat uiteen valt, zal sneller het heelal in ontsnappen en dan blijven we over met een droge rode planeet.
So don't fear, it's not for a few billion years, so there's some time to prepare.
Wees gerust, dat duurt nog wel een paar miljard jaar, dus we hebben tijd voor voorbereidingen.
(Laughter)
(Gelach)
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.
Maar ik wil dat je weet wat er aan de hand is. Niet alleen in de toekomst, maar ontsnapping uit de atmosfeer gebeurt nu. Je hoort over indrukwekkende wetenschap die zich afspeelt in het heelal en over planeten heel ver weg. We onderzoeken die planeten om over hun wereld te leren. Maar terwijl we leren over Mars of exoplaneten zoals hete Jupiters, ontdekken we dingen als ontsnapping uit de atmosfeer, die ons veel leren over onze eigen planeet, de Aarde.
So consider that the next time you think that space is far away.
Realiseer je dat, wanneer je weer eens denkt dat het heelal ver weg is.
Thank you.
Dankjewel.
(Applause)
(Applaus)