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.
Khi bạn nhìn vào những ngôi sao trong màn đêm, bạn sẽ thấy điều kì diệu. Chúng thật đẹp. Nhưng những gì bạn không thể thấy còn đáng kinh ngạc hơn, bởi những gì ta biết bây giờ là quanh mỗi ngôi sao hay hầu hết mọi ngôi sao, đều có một, hay có thể vài hành tinh.
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.
Vậy những điều bức ảnh này không thể hiện tất cả những hành tinh chúng ta biết trong vũ trụ. Nhưng khi nghĩ về các hành tinh, ta thường nghĩ về những gì xa xôi rất khác biệt với Trái Đất. Nhưng chúng ta ở đây, trên một hành tinh, và có quá nhiều điều đáng kinh ngạc về Trái Đất mà chúng ta đang tìm kiếm những điều tương tự trên diện rộng. Và khi tìm kiếm, chúng ta tìm thấy những điều đáng kinh ngạc. Nhưng tôi muốn nói với các bạn về một điều tuyệt vời trên Trái Đất. Đó là, mỗi phút, 400 pao (khoảng 181.4 kg) khí hidro và gần 7 pao ( khoảng 3 kg) khí heli thoát ra khỏi Trái Đất. Đó là lượng khí thoát ra và không bao giờ trở lại. Vâng, hidro, heli và rất nhiều thứ khác tạo nên bầu khí quyển của Trái Đất. Khí quyển chỉ gồm những khí này tập hợp thành một đường viền mỏng màu xanh như được thấy từ Trạm vũ trụ Quốc tế, ở một bức ảnh vài phi hành gia đã chụp. Và lớp bảo vệ mỏng manh bao quanh Trái Đất này là thứ cho phép sự sống phát triển. Nó bảo vệ Trái Đất khỏi rất nhiều va chạm, từ thiên thạch tới những thứ tương tự. Và đó là một hiện tượng đáng kinh ngạc đến nỗi việc nó đang biến mất sẽ khiến bạn hoảng sợ, dù chỉ là chút ít.
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.
Vậy quá trình này là thứ tôi nghiên cứu và nó được gọi là sự thất thoát của khí quyển. Sự thất thoát của khí quyển không chỉ có ở Trái Đất. Đó là một phần của một hành tinh, nếu các bạn thắc mắc, bởi vì các hành tinh, không chỉ riêng Trái Đất mà trong khắp vũ trụ, đều có thể trải qua sự thất thoát khí quyển. Và cách nó xảy ra thực sự có thể cho chúng ta biết về bản thân các hành tinh. Bởi khi các bạn nghĩ về hệ Mặt Trời, các bạn thường nghĩ đến bức ảnh này đây. Và các bạn sẽ nói, vậy, có tám hành tinh, có thể là chín. Với những ai bị ám ảnh bởi bức ảnh này, tôi sẽ để thêm hành tinh nữa
(Laughter)
(cười)
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.
Nhờ có phi thuyền New Horizons, chúng ta có cả sao Diêm Vương Và vấn đề ở đây là, giống mục đích buổi nói chuyện và sự thất thoát khí quyển, với tôi, sao Diêm Vương là hành tinh, giống như những hành hinh khác quanh những ngôi sao mà chúng ta không thể thấy cũng đều là hành tinh. Đặc điểm chính của các hành tinh là chúng là những vật thể bị ràng buộc bởi trọng lực. Vì vậy có rất nhiều vật chất dính vào nhau bởi lực hấp dẫn này. Và những vật thể này rất to và trọng lực rất lớn. Chúng có hình cầu là vì vậy Thế nên khi bạn nhìn chúng, kể cả sao Diêm Vương, chúng đều có hình cầu.
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.
Nên bạn có thể thấy được trọng lực chiếm vai trò khá lớn. Nhưng đặc điểm khác của các hành tinh mà bạn không thấy ở đây, và đó là một ngôi sao, Mặt Trời mà tất cả các hành tinh trong hệ Mặt Trời đều quay quanh nó. Đó chính là nguyên nhân cơ bản dẫn tới thất thoát khí quyển. Về cơ bản mà nói các ngôi sao làm thất thoát khí quyển từ các hành tinh là bởi chúng cung cấp cho các hành tinh hạt, ánh sáng và nhiệt mà có thể gây ra hiện tượng nói trên. Vậy khi bạn nghĩ về khinh khí cầu, hay bạn nhìn vào bức ảnh đèn lồng trong lễ hội ở Thái Lan, bạn sẽ thấy khí nóng ấy có thể đẩy khí lên cao. Và nếu bạn có đủ năng lượng và nhiệt, như Mặt Trời của chúng ta, thì thứ khí siêu nhẹ mà chỉ có thể bị ràng buộc bởi trọng lực có thể thoát ra ngoài không gian. Đây thực sự là lý do dẫn đến sự thất thoát khí quyển trên Trái Đất và cả các hành tinh khác nữa mà tác động lẫn nhau giữa sức nhiệt từ ngôi sao và vượt qua lực hút của trọng lực trên hành tinh.
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.
Tôi đã nói là nó xảy ra ở mức 40 pao/ phút với khí hidro và gần 7 pao với khí heli. Nhưng trông nó như thế nào? Vâng, kể cả vào những năm 80, chúng ta chụp bức ảnh Trái Đất bằng tia cực tím, sử dụng tàu vũ trụ Dynamic Explorer của NASA. Vì vậy 2 bức ảnh Trái Đất này cho bạn thấy cái lớp sáng của khí hidro thoát ra có màu đỏ. Bạn cũng có thể thấy đặc điểm khác như oxi và nitơ ở ánh sáng mờ màu trắng đó tại hình tròn cho bạn thấy các cực quang và một số vòng cực xung quanh chí tuyến. Nên những bức ảnh này cho chúng ta thấy rằng bầu khí quyển không chỉ bị ràng buộc trên Trái Đất mà còn tiến xa vào vũ trụ, tôi sẽ nói thêm tại ngưỡng báo động.
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.
Nhưng không chỉ Trái Đất trải qua thất thoát khí quyển. Sao Hỏa, hàng xóm thân thuộc của chúng ta, nhỏ hơn Trái Đất khá nhiều, nên nó có ít trọng lực hơn để giữ bầu khí quyển. Cho dù sao Hỏa có bầu khí quyển, rõ ràng nó mỏng hơn nhiều so với Trái Đất. Chỉ cần nhìn trên bề mặt. Bạn có thể thấy những miệng núi lửa mà không hề có khí quyển không thể ngăn chặn những tác động đó. Hơn nữa, chúng ta thấy đây là "hành tinh đỏ" và hiện tượng thất thoát khí quyển góp phần làm cho sao Hỏa trở thành đỏ. Đó là bởi chúng ta nghĩ rằng sao Hỏa từng có một thời ẩm ướt, và khi nước có đủ năng lượng, nó sẽ giải phóng lượng hidro và oxi, bởi hidro quá nhẹ nên nó thoát ra ngoài không gian, còn lại là khí oxi oxi hóa hoặc rỉ sét mặt đất, dẫn đến việc chúng ta thấy được cái màu đỏ rỉ sét quen thuộc ấy.
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.
Chẳng sao cả khi nhìn vào ảnh sao Hỏa và cho rằng sự thất thoát khí quyển có lẽ đã xảy ra nhưng NASA có máy thăm dò ở trên sao Hỏa gọi là vệ tinh MAVEN, công việc chính của nó là tìm hiểu về hiện tượng thất thoát khí quyển. Đây là khí quyển sao Hỏa và tàu vũ trụ Volatile Evolution. Kết quả cho ra những bức ảnh rất giống với cái mà các bạn nhìn thấy ở Trái Đất Từ lâu chúng ta đã biết sao Hỏa đang mất khí quyển, nhưng chúng tôi có vài bức ảnh độc. Ví dụ, các bạn có thể thấy vòng tròn màu đỏ là kích cỡ của sao Hỏa, và màu xanh chỉ số hidro thoát ra khỏi hành tinh ấy. Số lượng thoát ra gấp 10 lần kích cỡ của sao Hỏa, bay đủ xa để không còn bị ràng buộc bởi hành tinh nữa. Nó đang thoát ra ngoài không gian. Điều này có thể lý giải vì sao sao Hỏa lại có màu đỏ, từ sự thoát khí hidro. Nhưng hidro không phải khí duy nhất bị mất đi Tôi đang nói tới khí heli trên Trái Đất và cả khí oxi và nitơ nữa, và từ vệ tinh MAVEN, ta còn thấy được số oxi bị mất đi từ sao Hỏa. Bạn có thể thấy được vì oxi nặng hơn, nên nó không thể thoát ra xa như hidro được, nhưng nó vẫn có thể thoát ra khỏi sao Hỏa. Bạn không thấy được tất cả đều bị hãm lại trong vòng tròn đỏ ấy.
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.
Nên thực tế là chúng ta không chỉ thấy sự thất thoát khí quyển trên Trái Đất mà còn có thể nghiên cứu nó ở nơi khác và phóng phi thuyền điều tra, giúp chúng ta biết thêm về quá khứ của hành tinh xanh cũng như các hành tinh khác nói chung, và cả tương lai Trái Đất nữa. Nên có một cách chúng ta có thể biết về tương lai là bằng các hành tinh xa xôi mà chúng ta không thể thấy. Nhưng lưu ý rằng, trước khi tôi nói tới đấy, tôi sẽ không đưa ra ảnh sao Diêm Vương kiểu như này bởi nó khá đáng thất vọng, nhưng đó là bởi chúng ta chưa có chúng. Nhưng nhiệm vụ của New Horizons là tìm hiểu về thất thoát khí quyển từ các hành tinh. Vì vậy hãy tiếp tục chờ đợi chúng. Nhưng các hành tinh mà tôi muốn nói tới được gọi là ngoại hành tinh chuyển động.
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.
Bất cứ hành tinh quay quanh ngôi sao mà không phải là Mặt Trời thì được gọi là ngoại hành tinh. Và những hành tinh mà chúng ta gọi là đi qua ấy có đặc điểm khá đặc biệt là nếu bạn nhìn vào ngôi sao chính giữa kia thì bạn sẽ thấy nó đang nhấp nháy. Lý do nó nhấp nháy là do các hành tinh khác luôn bay qua nó, và chính vì cái quỹ đạo đặc biệt ấy quỹ đạo các hành tinh chặn ánh sáng từ ngôi sao ấy giúp chúng ta thấy được ánh sáng lấp lánh đó. Bằng cách khảo sát các vì sao trong đêm tối với ánh sáng nhấp nháy, ta có thể tìm thấy các hành tinh. Đây là cách mà chúng ta tìm được hơn 5000 hành tinh trong thiên hà Milky Way, và chúng ta biết ngoài đó còn nhiều nhiều nữa.
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.
Vì vậy khi chúng tôi nhìn vào ánh sáng từ các vì sao, cái chúng tôi thấy không chỉ là hành tinh mà còn có cả ánh sáng lờ mờ có thể thu dữ liệu theo thời gian. Ánh sáng yếu hơn khi hành tinh đi xuống ở trước mặt ngôi sao, đó là đốm nhấp nháy mà các bạn thấy lúc trước Không chỉ tìm được các hành tinh mà ta còn nhìn thấy ánh sáng này ở bước sóng khác nhau. Tôi muốn nói khi nhìn Trái Đất và sao Hỏa bằng ánh sáng tử ngoại. Nếu nhìn vào các ngoại hành tinh bằng kính viễn vọng không gian Hubble, chúng ta tìm ra chúng bằng ánh sáng cực tím. bạn sẽ thấy vệt nhấp nháy to hơn nhiều, và ánh sáng từ ngôi sao giảm rõ rệt khi hành tinh đi qua phía trước. Chúng tôi nghĩ đó là do khí hidro bạn có trong không khí bị dãn ra quanh khắp hành tinh đó, điều này làm nó phình to hơn. và có thể chặn ánh sáng mà bạn thấy.
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.
Vậy khi sử dụng phương pháp này, chúng tôi có thể khám phá ra vài ngoại hành tinh đang trải qua quá trình thất thoát khí quyển. Các hành tinh này có thể gọi là sao Mộc nóng, một số chúng mà chúng tôi thấy. Đó là do chúng là hành tinh khí giống sao Mộc, nhưng lại quá gần với ngôi sao chủ, gần hơn những 100 lần so với sao Mộc. Lý do nữa là các khí này đều rất nhẹ mà có thể thoát ra bất cứ khi nào, và tất cả đều nóng lên từ ngôi sao nó khiến cho lượng khí quyển thoát ra nhiều hơn. Không giống 400 pao khí hidro bị mất đi mỗi phút trên Trái Đất mà với các hành tinh này, bạn sẽ mất 1.3 tỉ pao khí hidro mỗi phút.
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.
Có thể bạn sẽ nghĩ, điều này có khiến các hành tinh chết không? Đây là câu hỏi khiến mọi người băn khoăn khi họ nhìn vào hệ Mặt Trời bởi các hành tinh gần với Mặt Trời khá cứng trong khi các hành tinh xa hơn thì to hơn và nhiều khí hơn. Phải chăng bạn đã có thể nghiên cứu cái gì đó giống như sao Mộc, gần với Mặt Trời và bỏ hết khí trong nó không? Bây giờ nếu bạn bắt đầu cái gì đó như sao Mộc nóng, bạn thực sự không thể kết luận nó như sao Thủy hay Trái Đất. Nhưng nếu bạn bắt đầu với cái nhỏ hơn, có thể có đủ khí thoát ra, tạo ra tác động đáng kể lên nó và để lại bạn một thứ gì đó rất khác biệt so với thứ bạn vừa bắt đầu.
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.
Đó cũng chỉ là tổng quan mà thôi, và khi chúng ta nghĩ về hệ Mặt Trời, chuyện gì sẽ xảy đến với chúng ta trên Trái Đất? Vào tương lai xa, Mặt Trời sẽ trở nên sáng hơn. Và khi nó xảy ra, lượng nhiệt từ Mặt Trời sẽ trở nên cực kì dữ dội. Tương tự khi bạn thấy khí bốc hơi lên từ sao Mộc nóng, khí cũng sẽ bốc hơi trên Trái Đất. Và cái mà chúng ta đang đợi chờ, hay ít nhất là chuẩn bị là sự thực xảy ra trong tương lai za, khi mà Trái Đất trở nên rất giống sao Hỏa. Khí hidro sẽ bị tách ra khỏi nước, thoát ra ngoài không gian nhanh hơn, và chúng ta sẽ bị bỏ lại ở cái hành tinh đỏ khô cằn này.
So don't fear, it's not for a few billion years, so there's some time to prepare.
Đừng sợ, nó không xảy ra trong vài tỉ năm nữa đâu, nên cũng có khá thời gian chuẩn bị.
(Laughter)
(cười)
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.
Nhưng tôi muốn các bạn nhận thức được những gì sẽ xảy ra, không chỉ trong tương lai mà còn về vấn đề thất thoát khí quyển đang xảy ra. Có rất nhiều tin tức khoa học đáng kinh ngạc về những gì xảy ra ngoài vũ trụ, và các hành tinh xa xôi khác, và chúng ta tìm hiểu về các hành tinh đó để học về thế giới này. Nhưng khi học về sao Hỏa hay các ngoại hành tinh như sao Mộc nóng, chúng ta thấy được những thứ như thất thoát khí quyển giúp chúng ta hiểu thêm nhiều về Trái Đất.
So consider that the next time you think that space is far away.
Vì vậy hãy cân nhắc lại khi nghĩ rằng vũ trụ rất xa xôi.
Thank you.
Cảm ơn.
(Applause)
(vỗ tay)