Nobody likes to make a mistake. And I made a whopping one. And figuring out what I did wrong led to a discovery that completely changes the way we think about the Earth and Moon.
Nikt nie lubi popełniać błędów. A ja popełniłam straszny błąd. Próba zrozumienia, gdzie popełniłam błąd, doprowadziła do odkrycia, które całkowicie odmieniło nasze myślenie o Ziemi i Księżycu.
I'm a planetary scientist, and my favorite thing to do is smash planets together.
Jestem planetolożką. Moim ulubionym zajęciem jest zderzanie ze sobą planet.
(Laughter)
(Śmiech)
In my lab, I can shoot at rocks using cannons like this one.
W laboratorium strzelam w skały z takiego działa.
(Cannon shot)
(Odgłos wystrzału)
(Laughter)
(Śmiech)
In my experiments, I can generate the extreme conditions during planet formation. And with computer models, I can collide whole planets together to make them grow, or I can destroy them.
Podczas eksperymentów mogę odtworzyć ekstremalne warunki panujące podczas formowania planet. Za pomocą modeli komputerowych mogę zderzać ze sobą całe planety, mogę je powiększać lub niszczyć.
(Laughter)
(Śmiech)
I want to understand how to make the Earth and the Moon and why the Earth is so different from other planets.
Chcę dowiedzieć się, jak stworzyć Ziemię i Księżyc i dlaczego Ziemia tak różni się od pozostałych planet.
The leading idea for the origin of the Earth and Moon is called the "giant impact theory." The theory states that a Mars-sized body struck the young Earth, and the Moon formed from the debris disk around the planet. The theory can explain so many things about the Moon, but it has a huge flaw: it predicts that the Moon is mostly made from the Mars-sized planet, that the Earth and the Moon are made from different materials. But that's not what we see. The Earth and the Moon are actually like identical twins. The genetic code of planets is written in the isotopes of the elements. The Earth and Moon have identical isotopes. That means that the Earth and Moon are made from the same materials.
Wiodąca koncepcja pochodzenia Ziemi i Księżyca to "teoria wielkiego zderzenia". Zakłada, że obiekt wielkości Marsa uderzył w młodą Ziemię, a z materii otaczającej planetę uformował się Księżyc. Ta teoria potrafi wiele wyjaśnić na temat Księżyca, lecz ma wielką wadę: zakłada, że Księżyc powstał głównie z planety rozmiarów Marsa, a Ziemia i Księżyc zbudowane są z różnych materiałów. Ale obserwujemy coś innego. Ziemia i Księżyc są właściwie bliźniaczo podobne. Kod genetyczny planet zapisany jest w izotopach pierwiastków. Izotopy Ziemi i Księżyca są identyczne. Oznacza to, że Ziemia i Księżyc zbudowane są z tych samych materiałów.
It's really strange that the Earth and the Moon are twins. All of the planets are made from different materials, so they all have different isotopes, they all have their own genetic code. No other planetary bodies have the same genetic relationship. Only the Earth and Moon are twins.
To, że Ziemia i Księżyc są bliźniętami jest bardzo niezwykłe. Każda planeta składa się z różnych materiałów, więc w każdej są różne izotopy, każda ma swój kod genetyczny. Żadne inne obiekty planetarne nie mają takiej genetycznej więzi. Tylko Ziemia i Księżyc są bliźniętami.
When I started working on the origin of the Moon, there were scientists that wanted to reject the whole idea of the giant impact. They didn't see any way for this theory to explain the special relationship between the Earth and the Moon. We were all trying to think of new ideas. The problem was, there weren't any better ideas. All of the other ideas had even bigger flaws. So we were trying to rescue the giant impact theory.
Gdy zaczynałam badania nad pochodzeniem Księżyca, niektórzy naukowcy odrzucali teorię wielkiego zderzenia. Nie wiedzieli, jak miałaby wyjaśnić wyjątkowy związek Ziemi i Księżyca. Wszyscy pracowaliśmy nad nowymi teoriami. Kłopot w tym, że nie było lepszych teorii. Pozostałe teorie miały jeszcze większe wady. Dlatego próbowaliśmy uratować teorię wielkiego zderzenia.
A young scientist in my group suggested that we try changing the spin of the giant impact. Maybe making the Earth spin faster could mix more material and explain the Moon. The Mars-sized impactor had been chosen because it could make the Moon and make the length of Earth's day. People really liked that part of the model. But what if something else determined the length of Earth's day? Then there would be many more possible giant impacts that could make the Moon. I was curious about what could happen, so I tried simulating faster-spinning giant impacts, and I found that it is possible to make a disk out of the same mixture of materials as the planet. We were pretty excited. Maybe this was the way to explain the Moon.
Młody naukowiec z mojego zespołu zaproponował zmianę rotacji wielkiego zderzenia. Jeśli Ziemia będzie obracać się szybciej, to zmiesza więcej materii i to wyjaśni pochodzenie Księżyca. Wybraliśmy obiekt rozmiarów Marsa, bo mógł dać początek Księżycowi i wpłynąć na długość ziemskiego dnia. Wszystkim podobała się ta część modelu. A gdyby coś innego miało wpływ na długość ziemskiego dnia? Wtedy do powstania Księżyca mogłoby się przyczynić wiele innych zderzeń. Byłam ciekawa, co mogłoby się wydarzyć. Symulowałam wielkie zderzenia o większej rotacji. Dowiedziałam się, że jest możliwe powstanie dysku zbudowanego z tych samych materiałów, co planeta. Byliśmy podekscytowani. Może właśnie tak można wyjaśnić pochodzenie Księżyca.
The problem is, we also found that that's just not very likely. Most of the time, the disk is different from the planet, and it looked like making our Moon this way would be an astronomical coincidence, and it was just hard for everyone to accept the idea that the Moon's special connection to Earth was an accident. The giant impact theory was still in trouble, and we were still trying to figure out how to make the Moon.
Kłopot w tym, że odkryliśmy, że to raczej mało prawdopodobne. Dysk zazwyczaj różni się od planety i wydawało się, że powstanie Księżyca w ten sposób musiałoby być kosmicznym zbiegiem okoliczności. Nie mogliśmy pogodzić się z myślą, że wyjątkowa więź Księżyca i Ziemi to przypadek. Wciąż był problem z teorią wielkiego zderzenia, a my nadal próbowaliśmy pojąć, jak powstał Księżyc.
Then came the day when I realized my mistake. My student and I were looking at the data from these fast-spinning giant impacts. On that day, we weren't actually thinking about the Moon, we were looking at the planet. The planet gets super-hot and partially vaporized from the energy of the impact. But the data didn't look like a planet. It looked really strange. The planet was weirdly connected to the disk. I got that super-excited feeling when something really wrong might be something really interesting.
Następnie przyszedł dzień, gdy zrozumiałam swój błąd. Analizowałam ze studentem dane wielkich zderzeń przy szybkiej rotacji. Tego dnia właściwie nie myśleliśmy o Księżycu, skupiliśmy się na planecie. Energia zderzenia sprawia, że planeta bardzo się nagrzewa i częściowo wyparowuje. Jednak dane nie pasowały do planety. Wyglądały naprawdę dziwnie. Planeta była osobliwie powiązana z dyskiem. Podekscytowałam się jak zawsze, bo nieprawidłowość może być czymś bardzo interesującym.
In all of my calculations, I had assumed there was a planet with a separate disk around it. Calculating what was in the disk as how we tested whether an impact could make the Moon. But it didn't look that simple anymore. We were making the mistake of thinking that a planet was always going to look like a planet. On that day, I knew that a giant impact was making something completely new.
Wszystkie moje obliczenia zakładały istnienie planety otoczonej oddzielonym dyskiem. Obliczając skład dysku sprawdzaliśmy, czy z danego uderzenia mógł powstać Księżyc. To nie wydawało się już takie proste. Byliśmy w błędzie, zakładając, że planeta zawsze wyglądała jak planeta. Tego dnia zrozumiałam, że wielkie kolizje dają początek czemuś zupełnie nowemu.
I've had eureka moments. This was not one of them.
Miewałam już chwile olśnienia. To nie była jedna z nich.
(Laughter)
(Śmiech)
I really didn't know what was going on. I had this strange, new object in front of me and the challenge to try and figure it out. What do you do when faced with the unknown? How do you even start?
Naprawdę nie rozumiałam, co się dzieje. Przed sobą miałam ten dziwny nowy obiekt i wyzwanie: zrozumieć go. Co zrobić w obliczu nieznanego? Od czego zacząć?
We questioned everything: What is a planet? When is a planet no longer a planet anymore? We played with new ideas. We had to get rid of our old way of thinking, and by playing, I could throw away all of the data, all of the rules of the real world, and free my mind to explore. And by making a mental space where I could try out outrageous ideas and then bring them back into the real world to test them, I could learn. And by playing, we learned so much. I combined my lab experiments with computer models and discovered that after most giant impacts, the Earth is so hot, there's no surface. There's just a deep layer of gas that gets denser and denser with depth. The Earth would have been like Jupiter. There's nothing to stand on. And that was just part of the problem. I wanted to understand the whole problem. I couldn't let go of the challenge to figure out what was really going on in giant impacts. It took almost two years of throwing away old ideas and building new ones that we understood the data and knew what it meant for the Moon.
Zaczęliśmy wszystko kwestionować. Czym jest planeta? Kiedy planeta przestaje być planetą? Zaczęliśmy bawić się nowymi pomysłami. Musieliśmy odrzucić dawny sposób myślenia, a przez zabawę mogłam zapomnieć o wszystkich danych, o wszystkich zasadach kierujących światem i uwolnić umysł. Dzięki tej wolnej przestrzeni w głowie mogłam eksperymentować ze skandalicznymi pomysłami, które potem testowałam w prawdziwym życiu. Mogłam się uczyć. Nauczyliśmy się naprawdę dużo dzięki tej zabawie. Gdy połączyłam wyniki eksperymentów z modelami komputerowymi odkryłam, że po większości wielkich zderzeń Ziemia rozgrzewała się tak, że jej powierzchnia znikała. Pojawiała się tylko warstwa gazów, która gęstniała wraz z głębokością. Ziemia przypominała wtedy Jowisza. Nie dało się na niej stanąć. To była jedynie część problemu. Chciałam zrozumieć go w całości. Nie potrafiłam porzucić wyzwania, jakim było zrozumienie, co tak naprawdę się działo podczas wielkich zderzeń. Przez prawie dwa lata odrzucaliśmy stare teorie i tworzyliśmy nowe, zanim zrozumieliśmy dane i ich znaczenie dla Księżyca.
I discovered a new type of astronomical object. It's not a planet. It's made from planets. A planet is a body whose self-gravity is strong enough to give it its rounded shape. It spins around all together. Make it hotter and spin it faster, the equator gets bigger and bigger until it reaches a tipping point. Push past the tipping point, and the material at the equator spreads into a disk. It's now broken all the rules of being a planet. It can't spin around together anymore, its shape keeps changing as it gets bigger and bigger; the planet has become something new.
Odkryłam nowy rodzaj obiektu astronomicznego. Nie jest on planetą. Ale powstaje z planety. Planeta jest obiektem, którego grawitacja jest wystarczająco silna, by nadać mu kulisty kształt. Trzyma planetę w całości. Jeśli ją podgrzejemy i nadamy jej szybszą rotację, równik zacznie się powiększać aż osiągnie punkt krytyczny. Po jego przekroczeniu materia na równiku zaczyna rozchodzić się na kształt dysku. Wszelkie prawa, którym podlega planeta, zostają złamane. Nie obraca się już jako całość, a jej kształt zmienia się wraz ze wzrostem. Planeta stała się czymś nowym.
We gave our discovery its name: synestia. We named it after the goddess Hestia, the Greek goddess of the hearth and home, because we think the Earth became one. The prefix means "all together," to emphasize the connection between all of the material. A synestia is what a planet becomes when heat and spin push it over the limit of a spheroidal shape.
Naszemu odkryciu nadaliśmy imię: synestia. Nazwaliśmy je na cześć Hestii, greckiej bogini domowego ogniska i domu, bo uważamy, że tym właśnie jest Ziemia. Przedrostek "syn-" znaczy "wspólnie", co podkreśla więź łaczącą całą materię. Synestia to coś, czym staje się planeta, gdy żar i rotacja sprawiają, że traci ona swój sferoidalny kształt.
Would you like to see a synestia?
Chcielibyście zobaczyć synsetię?
(Cheers)
(Okrzyki)
In this visualization of one of my simulations, the young Earth is already spinning quickly from a previous giant impact. Its shape is deformed, but our planet would be recognizable by the water on its surface. The energy from the impact vaporizes the surface, the water, the atmosphere, and mixes all of the gases together in just a few hours. We discovered that many giant impacts make synestias, but these burning, bright objects don't live very long. They cool down, shrink and turn back into planets. While rocky planets like Earth were growing, they probably turned into synestias one or more times.
Na tej wizualizacji jednej z moich symulacji młoda Ziemia ma już bardzo szybką rotację od wcześniejszego wielkiego zderzenia. Utraciła już ona swój kształt, ale nadal jest rozpoznawalna dzięki wodzie na powierzchni. Energia uderzenia wyparowuje powierzchnię: wodę, atmosferę i w ciągu zaledwie kilku godzin miesza ze sobą wszystkie gazy. Odkryliśmy, że wielkie zderzenia często wytwarzają synestie, lecz te rozpalone, świetliste obiekty nie istnieją zbyt długo. Ochładzają się, kurczą i ponownie stają planetami. Podczas formowania skaliste planety, jak Ziemia, prawdopodobnie zmieniały się w synestie przynajmniej raz.
A synestia gives us a new way to solve the problem of the origin of the Moon. We propose that the Moon formed inside a huge, vaporous synestia. The Moon grew from magma rain that condensed out of the rock vapor. The Moon's special connection to Earth is because the Moon formed inside the Earth when Earth was a synestia. The Moon could have orbited inside the synestia for years, hidden from view. The Moon is revealed by the synestia cooling and shrinking inside of its orbit. The synestia turns into planet Earth only after cooling for hundreds of years longer. In our new theory, the giant impact makes a synestia, and the synestia divides into two new bodies, creating our isotopically identical Earth and Moon. Synestias have been created throughout the universe. And we only just realized that by finding them in our imagination: What else am I missing in the world around me? What is hidden from my view by my own assumptions?
Dzięki synestii znaleźliśmy nową odpowiedź na pytanie o pochodzenie Księżyca. Naszym zdaniem Księżyc uformował się wewnątrz olbrzymiej, gazowej synestii. Księżyc zrodził się z magmowego deszczu, który powstał ze stopionych skał. Więź Księżyca z Ziemią jest tak szczególna dlatego, że Księżyc powstał wewnątrz Ziemi, gdy Ziemia była synestią. Być może Księżyc orbitował wewnątrz synestii całymi latami w ukryciu. Został odsłonięty, gdy synestia zaczęła się schładzać i kurczyć wewnątrz jego orbity. Synestia przekształca się w planetę Ziemię dopiero po stuleciach ochładzania. Według naszej nowej teorii wielkie zderzenie tworzy synestię, a synestia dzieli się na dwa nowe obiekty, tworząc Ziemię i Księżyc, które są identyczne pod względem izotopów. W każdym zakątku wszechświata powstały synestie, a my zdaliśmy sobie z tego sprawę dopiero, gdy znaleźliśmy je w naszej wyobraźni. Czego jeszcze nie dostrzegam w otaczającym mnie świecie? Co jeszcze skrywają przede mną moje własne przypuszczenia?
The next time you look at the Moon, remember: the things you think you know may be the opportunity to discover something truly amazing.
Gdy następnym razem spojrzycie na Księżyc, pamiętajcie: to, co wydaje się wam znane może skrywać szansę odkrycia czegoś naprawdę niesamowitego.
(Applause)
(Brawa)