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.
Взглянув ночью на звёзды, можно увидеть потрясающие вещи. Они прекрасны. Но ещё более потрясающе то, что скрыто от нашего взора: теперь мы знаем, что вокруг почти каждой звезды вращается одна или несколько планет.
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.
На этом изображении нельзя увидеть все те планеты в космосе, о существовании которых мы знаем. Планеты обычно вызывают мысли о чём-то далёком и сильно отличающемся от того, что есть у нас. Но мы находимся здесь, на этой планете. На Земле существует множество потрясающих вещей, подобие которых мы ищем повсюду. В процессе поисков мы сталкиваемся с потрясающими вещами. Однако я хочу рассказать о восхитительном явлении, происходящем здесь, на Земле: каждую минуту более 180 килограммов водорода и 3 килограмма гелия улетают с Земли в космос. Этот газ улетает безвозвратно. Водород, гелий и другие элементы входят в состав того, что мы называем атмосферой Земли. Атмосфера — это лишь тонкая голубая линия, сформированная из этих газов, которую фотографируют астронавты на Международной космической станции. Этот тонкий слой, окружающий нашу планету, позволяет жизни процветать. Он защищает планету от многочисленных ударов метеоритов и тому подобного. Данный феномен настолько потрясающий, что факт потери этого слоя должен хотя бы немного пугать вас.
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.
Итак, я изучаю данный процесс, который называется «планетарный ветер». Он свойственен не только Земле. Я бы сказала, это неотъемлемая особенность планет, потому что все планеты во Вселенной, включая Землю, подвержены планетарному ветру, характер которого рассказывает о самой планете. Обычно Солнечную систему представляют в виде такого изображения. Вы бы сказали, что здесь восемь, возможно девять, планет. Для тех из вас, кого напрягает эта картинка, я добавлю кое-что.
(Laughter)
(Смех)
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.
Благодаря станции New Horizons добавляем Плутон. Учитывая цель этого выступления и особенности планетарного ветра, я считаю Плутон планетой, так же, как и невидимые нам планеты, вращающиеся вокруг других звёзд. В соответствии со своими основополагающими характеристиками, планеты являются телами, связанными между собой гравитацией. Множество объектов держатся вместе благодаря этой притягательной силе. Сами тела и сила их гравитации огромны. Именно поэтому они круглые. Взгляните: все они, включая Плутон, круглые.
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.
Здесь можно увидеть гравитацию в действии. Однако есть вторая основополагающая особенность планет, которую здесь не видно, — это наличие звезды, Солнца, вокруг которой вращаются все планеты Солнечной системы. Именно она является движущей силой планетарного ветра. Причина существенного влияния звёзд на планетарный ветер состоит в том, что они дают планетам частицы, свет и тепло, которые могут вызвать утечку атмосферы. Представьте воздушный шар, либо взгляните на это фото фонарей с фестиваля в Таиланде. Вы увидите, что горячий воздух может заставлять газ двигаться вверх. Если у вас достаточно энергии и тепла, как у Солнца, этот лёгкий газ, удерживаемый лишь гравитацией, может улететь в космос. Именно это вызывает планетарный ветер на Земле и других планетах — взаимодействие между теплом от звезды и преодолением силы гравитации на планете.
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.
Я говорила, каждую минуту мы теряем 180 кг водорода и 3 кг гелия. Как же это выглядит? Даже в 80-х годах мы фотографировали Землю в ультрафиолетовом свете с помощью космического корабля НАСА Dynamic Explorer. Эти два изображения Земли показывают, как выглядит улетучивание водорода в красном свете. Также здесь можно увидеть кислород и азот в виде белого проблеска в круге, демонстрирующем полярное сияние, а также нескольких клочков вокруг тропиков. Итак, эти изображения убедительно показывают, что наша атмосфера не привязана прочно к Земле, она простирается далеко в космос, должна отметить, в пугающих объёмах.
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.
Но Земля не единственная претерпевает планетарный ветер. Марс, наш ближайший сосед, намного меньше Земли, следовательно, гравитация, удерживающая его атмосферу, слабее. У Марса есть атмосфера, но она более разрежённая, чем земная. Взгляните на его поверхность. Эти кратеры указывают, что у него не было атмосферы, способной остановить столкновения. Также мы видим, что это красная планета, а планетарный ветер влияет на цвет Марса. Мы думаем, будто раньше на Марсе было более влажно, а когда у воды было достаточно энергии, она распалась на водород и кислород. Водород очень лёгкий, поэтому он улетел в космос, а оставшийся кислород окислился, покрыл землю ржавчиной, из-за чего она приобрела знакомый красно-ржавый цвет.
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.
Взглянув на изображения Марса, можно подумать, что раньше там был планетарный ветер. В данный момент у НАСА на Марсе есть зонд MAVEN. Он занимается изучением планетарного ветра. Это космический аппарат «Эволюция атмосферы и летучих веществ на Марсе». Переданные им изображения очень похожи на то, что мы видим здесь, на Земле. Давно известно, что Марс теряет атмосферу, но теперь у нас появились потрясающие снимки. Например, здесь, в красном круге, можно увидеть размер Марса, а синие части изображения показывают утечку водорода с планеты. Он распространяется на расстояние, в 10 раз превышающее размер Марса — достаточно далеко, чтобы потерять связь с планетой. Он утекает в открытый космос. Это помогает подтвердить предположения, что Марс красный из-за потери водорода. Однако помимо водорода утекают и другие газы. Я упомянула гелий на Земле, а также кислород и водород, а благодаря MAVEN мы можем видеть, что и Марс теряет кислород. Можно заметить, что кислород из-за своей тяжести не может улетучиться так же далеко, как водород, однако он всё равно исчезает с планеты. Вы этого не видите, но он ограничен тем красным кругом.
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.
По сути, мы не только видим планетарный ветер на нашей планете, но и можем изучать его в других местах, а запуск космических аппаратов позволит изучить прошлое планет, а также их будущее и будущее Земли. Итак, один из способов узнать о будущем — изучить планеты, находящиеся за пределами нашего поля видимости. Прежде чем перейти к этому, хочу отметить, что не покажу вам фото, как в случае с Плутоном. Возможно, это вас разочарует, но дело в том, что у нас их ещё нет. Однако миссия New Horizons как раз изучает планетарный ветер, так что следите за новостями. Планеты, о которых я хочу поговорить, известны как транзитные экзопланеты.
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.
Любая планета, вращающаяся вокруг другой звезды, а не нашего Солнца, называется экзопланетой или внесолнечной планетой. У этих так называемых транзитных планет есть особенность: взглянув на эту звезду в центре, вы увидите, что она мерцает. Причина мерцания в том, что планеты, которые постоянно проходят мимо неё, имеют особое расположение, из-за чего заслоняют свет звезды, и мы видим, как она мерцает. Изучив мерцание звёзд в ночном небе, мы можем обнаружить планеты. Так мы смогли обнаружить более 5 000 планет в нашем Млечном Пути. Мы знаем, что существует множество звёзд и за его пределами.
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.
Глядя на свет, исходящий от этих звёзд, на самом деле мы видим не сами планеты, а затемнение света, которое можно зафиксировать. Итак, светимость падает, когда планета проходит перед звездой — именно это мерцание вы видели ранее. Мы не только находим планеты, но и изучаем этот свет в волнах разной длины. Я упоминала о наблюдении за Землёй и Марсом в ультрафиолете. Если посмотреть на транзитные экзопланеты через телескоп «Хаббл», можно обнаружить, что в ультрафиолете мерцания намного больше, а света от звезды меньше, когда планета проходит перед ней. Мы считаем, что причина в расширенном слое водорода в атмосфере вокруг планеты, из-за чего она выглядит пышной и блокирует бо́льшую часть видимого света.
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.
С помощью этой техники мы обнаружили несколько транзитных экзопланет с планетарным ветром. Эти планеты можно назвать раскалёнными Юпитерами из-за того, что мы там обнаружили. Дело в том, что они, как и Юпитер, являются газовыми планетами, но находятся намного ближе к своей звезде, примерно в сто раз ближе Юпитера. Из-за лёгкого газа, готового к утечке, и тепла звезды, показатели планетарного ветра катастрофические. Для сравнения, Земля теряет 180 кг водорода в минуту, но на этих планетах потеря достигает 590 тысяч тонн в минуту.
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.
Здесь можно задуматься: приведёт ли это к гибели планеты? Именно таким вопросом задавались люди, глядя на нашу Солнечную систему, потому что планеты, расположенные ближе к Солнцу, каменистые, а более газообразные и крупные планеты находятся в отдалении. Может ли объект вроде Юпитера, находясь близко к Солнцу, избавиться от всего своего газа? Сейчас мы считаем, что объект вроде раскалённого Юпитера не может превратиться в Меркурий или Землю. Но в случае с объектом меньшего размера, есть вероятность, что с него испарится достаточно газа, и это настолько изменит его, что получившийся объект будет значительно отличаться от изначального.
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.
Это всё звучит довольно расплывчато, и мы можем подумать о Солнечной системе, но как это связано с нами здесь, на Земле? В далёком будущем Солнце станет ярче. Когда это произойдёт, тепло, которое мы получаем от Солнца, станет очень интенсивным. Газ будет улетучиваться с Земли так же стремительно, как с раскалённого Юпитера. Поэтому нам следует предвкушать или хотя бы быть готовыми к тому, что в далёком будущем Земля будет больше похожа на Марс. Водород из воды, вследствие её распада, будет утекать в открытый космос быстрее, а нам останется эта сухая красноватая планета.
So don't fear, it's not for a few billion years, so there's some time to prepare.
Не бойтесь, у нас есть ещё несколько миллиардов лет на подготовку.
(Laughter)
(Смех)
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.
Однако я хочу, чтобы вы знали, что это начнёт происходить не в будущем, планетарный ветер происходит на протяжении нашего разговора. Вы слышите о множестве удивительных явлений в космосе, о далёких планетах, а мы изучаем эти планеты, чтобы узнать эти миры. Однако при изучении Марса или экзопланет, подобных раскалённому Юпитеру, мы обнаруживаем явления, такие как планетарный ветер, которые больше рассказывают о нашей планете Земле.
So consider that the next time you think that space is far away.
Учитывайте это, когда в следующий раз подумаете, что космос находится далеко.
Thank you.
Спасибо.
(Applause)
(Аплодисменты)