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.
Коли ми дивимось на зірки вночі, те, що ми бачимо - дивовижно. Це прекрасно. Але ще більш вражаюче - те, що нездатні вловити наші очі: зараз ми знаємо, що навколо кожної зірки, чи майже кожної, знаходиться планета, а, можливо, і декілька.
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.
Тож на цій картинці неможливо побачити всі планети, про які ми знаємо, що вони є в космосі. Зазвичай думки про планети асоціюються у нас з чимось вкрай далеким й дуже відмінним від звичайного. Але ось ми на планеті, і тут на Землі так багато надзвичайного. Ми звикли шукати дивовижі деінде, за обріями, шукати і знаходити ці дивовижні речі. Однак я хочу розповісти вам про дивовижні речі тут, на Землі: щохвилини більше 180 кг водню і майже 3 кг гелію летять із Землі в космос. Це газ зникає та ніколи не повертається. Отже, водень, гелій та інші елементи входять до складу відомої нам атмосфери Землі. Атмосфера - це лише тонкий синій шар із газів, який можна побачити завдяки фото Міжнародної космічної станції, які роблять деякі астронавти. Цей розріджений шар навколо нашої планети - те, що дозволяє квітнути життю. Він захищає нашу планету від великої кількості метеоритів тощо. Це настільки дивовижне явище, що той факт, що він зникає, має лякати вас, бодай трішки.
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.
Отже, я вивчаю процес, що називається "планетарний вітер". Планетарний вітер не є специфічним для Землі. Я б сказала, це невід'ємна особливість планет, тому що всі планети у всесвіті, а не лише Земля, можуть зазнавати дії планетарного вітру. Те, як це трапляється, говорить нам про самі планети. Адже коли ви думаєте про Сонячну систему, то ви можете думати про цю картинку. І ви б сказали, що є вісім планет, може дев'ять. Для тих з вас, хто схвильований цим зображенням, я додам дещо.
(Laughter)
(Сміх)
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.
Завдяки станції New Horizons ми додаємо Плутон. Справа в тому, що з огляду на мету цього виступу і саме планетарний вітер, я вважаю Плутон планетою, так само, як і невидимі нам планети, що обертаються навколо інших зірок. Згідно їх основних характеристик, планети є тілами, пов'язаними між собою гравітацією. Безліч об'єктів тримаються разом завдяки цій силі тяжіння. Самі тіла і сила гравітації величезні. Саме тому вони круглі. Погляньте: всі вони, включаючи Плутон, круглі.
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.
Тут можна побачити гравітацію в дії. Однак є друга основна особливість планет, яку тут не видно, - це наявність зірки, Сонця, навколо якої обертаються всі планети Сонячної системи. Саме вона є рушійною силою планетарного вітру. Причина істотного впливу зірок на планетарний вітер полягає в тому, що вони дають планетам частинки, світло і тепло, які можуть викликати витік атмосфери. Уявіть повітряну кулю, або погляньте на це фото ліхтарів з фестивалю в Таїланді. Ви побачите, що гаряче повітря може змушувати газ рухатися вгору. Якщо у вас достатньо енергії і тепла, як у Сонця, цей легкий газ, що утримується лише гравітацією, може полетіти в космос. Саме це викликає планетарний вітер на Землі та інших планетах - взаємодія між теплом від зірки і подоланням сили гравітації на планеті.
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.
Як я вже говорила, ми втрачаємо 400 фунтів гідрогену за хвилину і майже сім фунтів гелію. Як же це виглядає? Навіть в 80-х роках ми фотографували Землю в ультрафіолетовому світлі за допомогою космічного корабля NASA Dynamic Explorer. Ці два зображення Землі показують, як виглядає випаровування водню в червоному світлі. Також тут можна побачити кисень і азот у вигляді білого проблиску в колі, що демонструє полярне сяйво, а також кількох клаптиків навколо тропіків. Отже, ці зображення переконливо показують, що наша атмосфера не лише міцно прив'язана до Землі, вона простягається далеко в космос, мушу зазначити, в тривожних обсягах.
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.
Але Земля не єдина зазнає планетарного вітру. Марс, наш найближчий сусід, набагато менший за Землю, отже, гравітація утримує його атмосферу слабкіше. У Марса є атмосфера, але вона більш розріджена, ніж земна. Погляньте на його поверхню. Ці кратери вказують, що у нього не було атмосфери, здатної зупинити зіткнення. Також ми бачимо, що це "червона планета", а планетарний вітер відіграє роль в тому, що Марс є червоним. Ми думаємо, що раніше на Марсі було більш волого, а коли у води було достатньо енергії, вона розпалася на водень і кисень. Водень дуже легкий, тому він полетів у космос, а залишився кисень, окислився чи покрив землю іржею, через що вона отримала знайомий червоно-іржавий колір.
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.
Поглянувши на зображення Марса, можна подумати, що раніше там був планетарний вітер. В даний момент у НАСА на Марсі є зонд MAVEN, який займається вивченням планетарного вітру. Це космічний апарат «Еволюція атмосфери і летючих речовин на Марсі». Передані ним зображення дуже схожі на те, що ми бачимо тут, на Землі. Давно відомо, що Марс втрачає атмосферу, але тепер у нас з'явилися приголомшливі знімки. Наприклад, тут, в червоному колі, можна побачити розмір Марса, а сині частини зображення показують витік водню з планети. Він поширюється на відстань, що в 10 разів перевищує розмір Марса - це достатньо далеко, щоб втратити зв'язок з планетою. Він витікає у відкритий космос. Це допомагає підтвердити припущення, що Марс червоний через втрату водню. Однак крім водню витікають і інші гази. Я розповідала про гелій на Землі, а також кисень і водень, а завдяки MAVEN ми можемо бачити, що і Марс втрачає кисень. Можна побачити, що через те, що кисень є важчим, він не може зникнути так само далеко, як водень, проте він все одно зникає з планети. Ви цього не бачите, але він обмежений тим червоним колом.
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.
Фактично, ми не тільки бачимо планетарний вітер на нашій планеті, але і можемо вивчати його в інших місцях, а запуск космічних апаратів дозволить вивчити минуле планет, а також їхнє майбутнє і майбутнє Землі. Отже, один із способів дізнатися про майбутнє - вивчити планети, що знаходяться за межами нашого поля зору. Перш, ніж перейти до цього, хочу зазначити, що не покажу вам фото, як у випадку з Плутоном. Можливо, це вас розчарує, але справа в тому, що у нас їх ще немає. Однак місія New Horizons якраз вивчає планетарний вітер, що є втрачений планетами. Тому стежте за новинами. Планети, про які я хочу поговорити, відомі як транзитні екзопланети.
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.
Будь-яка планета, що обертається навколо іншої зірки, а не нашого Сонця, називається екзопланетою або позасонячною планетою. У цих так званих транзитних планет є особливість: глянувши на цю зірку в центрі, ви побачите, що вона мерехтить. Причина мерехтіння в тому, що планети, які постійно проходять повз неї, мають особливе місцерозташування, через що затуляють світло зірки, і ми бачимо, як вона мерехтить. Вивчивши мерехтіння зірок в нічному небі, ми можемо виявити планети. Так ми змогли виявити більше 5 000 планет в нашому Чумацькому Шляху. Ми знаємо, що існує безліч зірок і за його межами.
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.
Дивлячись на світло, що виходить від цих зірок, насправді ми бачимо не самі планети, а затемнення світла, яке можна зафіксувати. Освітлення стає слабкішим, коли планета проходить перед зіркою - саме це мерехтіння ви бачили раніше. Ми не тільки знаходимо планети, але і вивчаємо це світло в хвилях різної довжини. Я згадувала про спостереження за Землею і Марсом в ультрафіолеті. Якщо подивитися на транзитні екзопланети через телескоп «Хаббл», можна виявити, що в ультрафіолеті мерехтіння набагато більше, а світла від зірки менше, коли планета проходить перед нею. Ми вважаємо, що причина в розширеному шарі водню в атмосфері навколо планети, що робить її на вигляд більшою і блокує значну частину видимого світла.
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.
За допомогою цієї техніки ми виявили кілька транзитних екзопланет з планетарним вітром. Ці планети можна назвати розпеченими Юпітерами через те, що ми там виявили. Вони, як і Юпітер, є газовими планетами, але знаходяться ближче до своєї зірки, приблизно в сто разів ближче за Юпітер. Через легкий газ, готовий до витоку, і тепло зірки показники планетарного вітру катастрофічні. Для порівняння, Земля втрачає 400 фунтів гідрогену за хвилину, але на цих планетах втрата досягає 1.3 мільярдів фунтів за хвилину.
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.
Можна задуматися: чи приведе це до загибелі планети? Саме цим питанням люди були схвильовані, дивлячись на нашу Сонячну систему, тому, що ближчі до Сонця планети, кам'янисті, а більш газоподібні і великі планети знаходяться на віддалі. Чи може об'єкт на кшталт Юпітера, перебуваючи близько до Сонця, позбутися усього свого газу? Зараз ми вважаємо, що об'єкт на зразок розпеченого Юпітера не може перетворитися в Меркурій або Землю. Але у випадку з об'єктом меншого розміру, є ймовірність, що з нього випарується достатньо газу, і це настільки змінить його, що новий об'єкт буде значно відрізнятися від початкового.
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.
Це все звучить досить розпливчасто, і ми можемо думати про Сонячну систему, але як це пов'язано з нами тут, на Землі? В далекому майбутньому Сонце стане яскравішим. Коли це відбудеться, тепло, яке ми отримуємо від Сонця, стане дуже інтенсивним. Газ буде випаровуватися з Землі так само стрімко, як з розпеченого Юпітера. Тому нам слід очікувати, або хоча б бути готовими до того, що в далекому майбутньому Земля буде більше схожа на Марс. Гідроген із води, внаслідок її розпаду, буде витікати у відкритий космос швидше, а нам залишиться ця суха червона планета.
So don't fear, it's not for a few billion years, so there's some time to prepare.
Не бійтеся, у нас є ще кілька мільярдів років, тому є трохи часу для підготовки.
(Laughter)
(Сміх)
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.
Однак я хочу, щоб ви знали, що це почне відбуватися не в майбутньому, втрата атмосферних газів відбувається протягом нашої розмови. Ви чуєте про безліч дивовижних явищ в космосі та про далекі планети, а ми вивчаємо ці планети, щоб дізнатися про ці світи. Однак при вивченні Марса або екзопланет, подібних до розпеченого Юпітера, ми виявляємо явища, такі як планетарний вітер, які більше розповідають про нашу планету тут, на Землі.
So consider that the next time you think that space is far away.
Враховуйте це, коли наступного разу подумаєте, що космос знаходиться далеко.
Thank you.
Дякую.
(Applause)
(Оплески)