26703715 مشاوره آموزشی رایگان

26703715 مشاوره آموزشی رایگان

جستجوی سیاره‌هایی فراسوی منظومه شمسی ما

Sara Seager

The search for planets beyond our solar system

Every star we see in the sky has at least one planet orbiting it, says astronomer Sara Seager. So what do we know about these exoplanets, and how can we find out more? Seager introduces her favorite set of exoplanets and shows new technology that can help collect information about them -- and even help us look for exoplanets with life.


تگ های مرتبط :

Planets, Astronomy, Science
می‌خواهم درباره‌ی جستجوی واقعی حیات بیگانه با شما صحبت کنم. منظورم انسان‌نماهای سبز کوچکی نیست که با بشقاب‌های پرنده براق به ملاقات ما می آیند اگرچه چنین اتفاقی هم جذاب خواهد بود. اما جستجوی ما، جستجوی سیاره‌هایی است که به دور ستاره‌هایی دوردست در حال چرخش هستند. هر ستاره‌ای در آسمان، یک خورشید است. و اگر خورشید ما سیاره‌هایی دارد -- عطارد، زهره، زمین، مریخ و ...، حتماً بقیه ستاره‌ها هم باید سیاره‌هایی داشته باشند. و همین طور هم هست. در طول دو دهه گذشته، ستاره‌شناسان هزاران سیاره فراخورشیدی را کشف کرده‌اند. آسمان شب ما به معنی واقعی کلمه از فراخورشیدی‌ها پر شده است.
از دیدگاه آماری، می‌دانیم که هر ستاره، حداقل یک سیاره به دور خود دارد. و در مسیر جستجو برای یافتن این سیاره‌ها، و در آینده، سیاره‌هایی که ممکن است شبیه زمین باشند، ما قادر خواهیم بود به برخی از سوال‌های شگفت انگیز و اسرارآمیزی پاسخ دهیم که برای قرن ها پیش روی بشریت قرار داشته است. چرا اینجا هستیم؟ چرا جهان ما وجود دارد؟ زمین چگونه شکل گرفت و تکامل پیدا کرد؟ چرا و چگونه حیات روی سیاره ما منشا گرفت و آن را سرشار کرد؟ سوال دومی که اغلب به آن فکر می‌کنیم این است: آیا ما تنها هستیم؟
آیا آن بیرون زندگی وجود دارد؟ چه کسی آنجا است؟ می دانید که این سوال برای هزاران سال است که مطرح بوده است، حداقل از زمان فلاسفه بزرگ یونان با آن مواجهیم اما من اینجا هستم تا به شما بگویم که امروز تا چه حد به یافتن پاسخ این پرسش‌ها نزدیک هستیم. برای نخستین بار در تاریخ بشریت پاسخ این سوال واقعاً در دسترس ما قرار دارد. اکنون و زمانی که به امکانات وجود حیات در آن بیرون فکر می کنم به این واقعیت می اندیشم که خورشید ما تنها یکی از بسیار ستاره‌ی موجود است. این تصویری از یک کهکشان واقعی است. ما فکر می کنیم که راه‌ شیری ما شبیه این کهکشان باشد مجموعه به هم پیوسته ای از ستاره‌ها
اما خورشید تنها یکی از صدها میلیارد ستاره است و کهکشان ما تنها یکی از بیش از صدها میلیارد کهکشان عالم. با دانستن اینکه چقدر این سیاره های کوچک عمومیت دارند، خودتان می‌توانید محاسبه کنید. و آن قدر ستاره و سیاره آن بیرون و در عالم وجود دارد که قطعاً باید حیات در برخی از آن ها وجود داشته باشد. البته زیست شناس‌ها از این گفته من عصبانی خواهند شد، چرا که مطلقاً هیچ مدرکی از وجود حیات در فراسوی زمین خودمان نداریم. خوب، اگر ما می‌توانستیم از بیرون به کهکشانمان نگاه کنیم، و آن را در راستای محلی که خورشید قرار دارد بزرگ کنیم، نقشه ای واقعی از ستاره ها را می بینیم. و ستاره های مشخص شده، آنهایی هستند که بعنوان میزبان فراخورشیدی شناخته شدهاند.
این تنها قله یک کوه یخ است. اینجا، این انیمیشن، تصویر را بروی منظومه شمسی ما بزرگ می کند. و اینجا می توانید سیاره‌ها را همانگونه‌ای ببینید که یک سفینه فضایی که در مدار خورشید ما قرار دارد می بیند. حال اگر تصور کنیم که به ساحل غربی آمریکای شمالی برویم و به آسمان شب نگاه کنیم این منظره ای است که در یک شب بهاری می بینیم. و صورت های فلکی را میبینید که کنار هم قرار گرفتهاند و بار دیگر ستارههای بسیاری با سیارههایی در اطرافشان. منطقه ویژه ای در آسمان وجود دارد که هزاران سیاره در آن وجود دارد. این جایی است که برای چندین سال تلسکوپ فضایی کپلر بر آن متمرکز بوده است. بیایید بزرگنمایی را بیشتر کنیم و یکی از فراخورشیدی های محبوب را ببینیم.
این ستاره «کپلر 186-اف» نام دارد. و منظومه‌ای پنج سیارهای در اطرافش وجود دارد. و در عین حال، ما اطلاعات زیادی از خیلی از این سیارهها در اختیار نداریم. ابعاد و مدار و اطلاعاتی اینگونه درباره آنها را می دانیم. اینجا سیاره ای بسیار ویژه به نام «کپلر 186-اف» وجود دارد. این سیاره در منطقه ای وجود دارد که خیلی از ستاره دور نیست، پس شاید دما برای شکل گیری حیات مناسب باشد. اینجا روی این برداشت هنرمندانه بزرگنمایی می شود تا نشان دهد که این سیاره ممکن است چه شکلی باشد. خیلی از مردم این برداشت رومانتیک از ستاره شناس ها را دارند که بر فراز قله های تنها به سراغ تلسکوپهایشان می روند و از درون آن به منظره خیره کننده آسمان شب نگاه می کنند.
اما در واقع ما هم مثل بقیه مردم روی کامپیوترهایمان کار می کنیم، و داده های خودمان را از طریق ایمیل یا دانلود از بانک های اطلاعاتی دریافت می کنیم. پس به جای اینکه بیام اینجا و به شما درباره موضوع ذاتا خسته کننده کار کردن با داده ها و تحلیل آنها و مدل های پیچیده رایانه ای که می سازیم بگویم، از راه متفاوتی استفاده می کنم تا برخی از چیزهایی که فکر می کنیم درباره فراخورشیدی ها می دانیم، را به شما توضیح دهم. این یک پوستر تبلیغاتی مسافرتی است: «کپلر 186-اف: جایی که همیشه علف ها در سوی دیگر قرمزتر هستند.» دلیلش این است که که کپلر - 186-اف به دور یک ستاره سرخ می چرخد، و ما فقط گمانه زنی می کنیم که شاید آنجا گیاهانی باشند،
اگر گیاهی باشد که فوتو سنتز بکند، دارای رنگ دانه های متفاوتی بوده و قرمز به نظر آیند. «از گرانش برروی اچ.دی 40307جی لذت ببرید، یک ابَر زمین.» این سیاره بسیار پرجرم تر از زمین است و گرانش سطحی بیشتری دارد. «بر روی کپلر- 16 ب، استراحت کنید، جایی که سایه شما همیشه همدمی دارد.» (خنده) ما دوجین از سیاره هایی را می شناسیم که به دور دو ستاره می چرخند، و احتمالاً تعداد بیشتری از آن ها وجود داشته باشد. اگر بتوانیم به یکی از آن ها سری بزنیم، شما به معنی واقعی کلمه شاهد دو غروب خواهید بود
و دو سایه خواهید داشت. بنابراین، علمی تخیلی ها نکاتی را به درستی، پیش بینی کرده اند. تاتوئین از جنگ ستارگان. من چندتایی فراخورشیدی محبوب دیگر هم دارم تا از آن ها برایتان تعریف کنم. این یکی کپلر - 10 ب است، این سیاره ای داغِ داغ است. فاصله ای که این سیاره خورشیدش را دور می زند، ۵۰ بار نزدیکتر از فاصله زمین تا خورشید است. و واقعا خیلی داغ و پر حرارت است. نمی توانیم به دیدن چنین سیاره‌هایی برویم، اما اگر می توانستیم، خیلی قبل از اینکه به آنجا برسیم، ذوب می شدیم. فکر می کنیم سطح آن آن قدر داغ است که صخره ها را ذوب کند.
و دریاچه های مواد مذاب روی آن وجود داشته باشد. گلیس 1214 ب درمورد این سیاره، جرم و اندازه آن را می دانیم و اینکه چگالی کمی دارد. تا حدی گرم است. واقعا هیچ چیزی درباره آن نمی دانیم، اما ممکن است، این سیاره‌ای دارای آب باشد، مانند نمونه بزرگ شده ای از یکی از اقمار یخی مشتری که ممکن است ۵۰ درصد جرمش را آب تشکیل داده باشد. و در این صورت این سیاره جوی غلیظ و بخارآلود دارد که برروی اقیانوسی قرار گرفته که از آب مایع تشکیل نشده است، بلکه از گونه غریبی از آب شکل گرفته است، یک ابَر مایع --
نه کاملاً گاز، نه کاملاً مایع. و در زیر آن نیز سنگی وجود ندارد، بلکه گونه ای از یخ تحت فشار قرار گرفته است، چیزی شبیه یخ [نوعِ] 9. از بین همه این سیاره هایی که آن جا هستند، و از بین بازه وسیعی که در یک کلام خیره کننده به شمار می روند، بیش از هر چیزی به دنبال سیاره هایی هستیم که آنها را سیاره‌های گلدیلاک می نامیم. نه خیلی بزرگ، نه خیلی کوچک، نه خیلی داغ، نه خیلی سرد -- و دقیقاً مناسب برای حیات. اما برای پیدا کردن آنها باید بتوانیم به جو سیاره نگاه کنیم، چون جو، شبیه به پتویی عمل می کند که حرارت را به دام می اندازد --
اثر گلخانه‌ای. باید توانایی ارزیابی و تشخیص گازهای گلخانه‌ای در جو سیاره‌های دیگر را به دست آوریم. خوب، ژانر علمی تخیلی یک چیزهایی را هم اشتباه برداشت کرده است. اخترناو اینترپرایز در پیشتازان فضا باید فواصل طولانی را با سرعت های فوق العاده زیاد سفر می کرد تا به مدار سیاره‌های دیگر برسد تا افسر ارشد، آقای اسپاک بتواند جو آن سیاره را بررسی کند تا ببیند آیا سیاره زیست پذیر هست یا اینکه حیات در آنجا وجود دارد یا نه. خوب لازم نیست با سرعت های بالا و استفاده از خمیدگی فضا سفر کنیم تا بتوانیم جو سیاره‌های دیگر را ببینیم،
البته نمی‌خواهم مهندسان جوان را از دنبال کردن حل معمای ساخت چنین ایده‌ای منع کنم. واقعا می‌توانیم جو سیاره‌های فراخورشیدی را از همین جا و از مدار زمین بررسی کنیم. این یک عکس است. تصویری از تلسکوپ فضایی هابل که توسط شاتل آتلانتیس و هنگام ترک هابل و بعد از پایان آخرین پرواز فضایی سرنشین داربه هابل گرفته شده است. آنها درواقع دوربین جدیدی را روی آن نصب کردند. که از آن برای بررسی جو فراخورشیدی ها استفاده میکنیم. و تا الان توانسته ایم جو دو جین از فراخورشیدی ها را مطالعه کنیم. و شش تای آن ها را با جزییات فوق العاده زیاد. اما آنها سیاره‌های کوچکی شبیه زمین نبودند.
آنها سیاره های بزرگ و داغی هستند که دیدنشان ساده است. آماده نیسیتم، هنوز فناوری لازم برای مطالعه فراخورشیدی‌های کوچک را دراختیار نداریم. اما با این وجود می خواهم سعی کنم توضیح دهم که چطور جو فراخورشیدی ها را بررسی می کنم. از شما می خواهم برای لحظه ای یک رنگین کمان را تجسم کنید. و اگر به این رنگین کمان از نزدیک نگاه کنیم، خطوط تیره ای را می بینیم که جای آن در رنگین کمان خالی است. و این خورشید ما است، نور سفید خورشید ما تجزیه شده است، نه توسط قطره های باران که توسط طیفن‌گار و می توانید همه این خطوط تیره عمودی را ببینید.
بعضی از آنها خیلی باریک هستند، برخی پهن تر، برخی هم در لبه ها سایه دار هستند. و این روشی است که واقعاً ستاره شناس‌ها با کمک آن اجرام سماوی را بیش ازصد سال است که بررسی می‌کنند. خوب اینجا، هر اتم و مولکولی برای خود مجموعه ویژه ای از حطوط را دارد، اگر دوست دارید آن را اثر انگشت در نظر بگیرید. و این روشی است که ما با کمک آن جو سیاره را بررسی می کنیم. و من هیچ وقت زمانی را که ۲۰ سال پیش کار برروی جو فراخورشیدی ها را آغاز کردم فراموش نمی کنم. که چقدر به من می گفتند «این هیچ وقت اتفاق نمی افتد ما هیچگاه نمی توانیم آنها را مطالعه کنیم چرا خودت را به زحمت می اندازی؟»
و به همین دلیل من امروز خوشحالم که با شما درباره مطالعات جو آنها صحبت می کنم و واقعا این برای خودش یک شاخه مطالعاتی است. وقتی کار به سیا‌ره‌های دیگر، زمین‌های دیگر می رسد در آینده و وقتی بتوانیم آنها را رصد کنیم، دنبال چه نوع از گازهایی هستیم؟ خوب شما می دانید که زمین ما در جوش اکسیژن دارد و ۲۰ درصد حجمش را این گاز تشکیل داده است. این مقدار زیادی اکسیزن است. اما بدون گیاهان و حیات فوتوسنتزی اکسیژنی هم نبود، عملاً هیچ اکسیژنی در جو نمی بود. پس اکسیژن به واسطه حیات است که وجود دارد. و هدف ما این است که دنبال گازهایی در جو سیاره های فراخورشیدی بگردیم
که به طور طبیعی نباید وجود داشته باشند، گازهایی که بتوانیم ارتباط آن ها با حیات را برقرار کنیم. اما باید دنبال چه مولکول هایی بگردیم؟ من به شما گفتم که فراخورشیدی ها می توانند چقدر گوناگون و متنوع باشند. انتظار داریم این روند در آینده هم ادامه داشته باشد، زمانی که زمین های دیگری را پیدا می کنیم. و این یکی از موضوعات اصلی است که من الان روی آن کار می کنم، من نظریه ای در این باره دارم. و این موضوع من را یاد این موضوع می اندازد که هر روز ایمیل یا ایمیل‌هایی را دریافت می کنم از سوی کسانی که نظریه دیوانه واری درباره فیزیکِ گرانش یا کیهان شناسی یا موضوعاتی مثل این.
پس، لطفا یکی از آن نظریه های دیوانه وار را برای من نفرستید. (خنده) خوب من هم ایده دیوانه وار خودم را داشتم . اما استاد MIT پیش کی می تونه بره؟ خوب، من ایمیلی به یکی ازبرندگان نوبل در پزشکی یا زیست شناسی زدم و او گفت: البته بیا با هم گپی بزنیم وصحبت کنیم. من هم دو تا از دوستان زیست شیمی دانم را به همراه بردم و رفتیم تا با او درباره ایده دیوانه وار من حرف بزنیم. و نظریه این بود که حیات به وجود آورنده همه مولکولهای کوچک است، مولکولهای بسیار هر چیزی که من که شیمی دان نیستم می توانم به آن فکر کنم فکر کنید: دی اکسید کربن، مونواکسید کربن،
مولکول هیدروژن، مولکول نیتروژن، متان، کلرومتان-- گازهای بسیاری. دلایل دیگری هم برای وجود آنها وجود دارند، اما تنها این به خاطر حیات است که ما حتی لایه اوزون را داریم. خوب رفتیم تا با او در این باره صحبت کنیم و او بلافاصله او نظریه ما را رد کرد. او مثالی را پیدا کرد که وجود نداشت. به همین دلیل ما هم به شاسی طراحی مان برگشتیم و فکر کردیم که چیزی بسیار جذاب را در حوزه ای دیگر فهمیدیم. اما برگردیم به فراخورشیدی ها، نکته در اینجا است که حیات گونه های بسیاری از گازها را تولید می کند، به معنی واقعی کلمه، هزاران گاز.
و بدین ترتیب کاری که ما الان می کنیم تلاش برای فهمیدن این است که بر روی کدام نوع از فراخورشیدی ها کدام گاز می تواند منشا حیاتی داشته باشد. و بدین ترتیب زمانی که گازها را در جو سیاره های فراخورشیدی پیدا کنیم که نمی دانیم آیا آنها توسط حیات هوشمند یا درختان، یا یک مرداب یا حتی یک شکل ساده اصطلاحاً میکروبی حیات به وجود آمده باشد. پس روی مدل هایی کار می کنیم و درباره زیست شیمی فکر می کنیم همه این ها خوب و خوش است. اما چالش بزگ پیش روی ما این است که چگونه؟
چطور باید این سیاره ها را پیدا کنیم؟ در واقع راه های زیادی برای پیدا کردن یک فراخورشیدی وجود دارد، راههای متفاوت بسیاری. اما روشی که من روی آن تمرکز دارم این است که چطور ما می توانیم دروازه ای را باز کنیم که در آِینده مار قادر به کشف صدها زمین دیگر کند. ما شانس خوبی برای پیدا کردن نشانه های حیات داریم. و در واقع، من به تازگی رهبری پروژه ای دو ساله را به پایان رسانده ام در این مرحله بسیار خاص از یگ طرح مفهومی که آن را استارشید(سایه ستاره ای) می نامیم. و استارشید، یک صفحه طراحی شده به شیوه ای خاص و ویژه است و هدف ما این است که این استارشید
را به گونه به فضا بفرستیم که نور یک ستاره را بپوشاند و تلسکوپ بتواند به طور مستقیم سیاره را ببیند. اینجا شما من و دو نفر از اعضای تیم را می بینید که قطعه ای کوچک از استارشید را در دست گرفته ایم. ظاهرش شبیه یک گل غول آسا است، و این یکی از گلبرگ های نمونه اولیه آن است. ایده این است که تلسکوپ و این استار شید با هم به فضا فرستاده شوند، هراه با گلبرگ هایی که از موقعیت اصلی خود می شکفند. خرک اصلی توسعه می یابد، و این گلبرگ ها در جای خود قرار می گیرند. حالا، این ساختار باید خیلی دقیق باشد، به معنی واقعی کلمه، گلبرگ ها با دقت میکرون
و باید با دقتی میلیمتری در جای خود قرار گیرند. و کل این ساختار باید مسافتی دهها هزار کیلومتری از تلسکوپ فاصله بگیرد. قطر آن چندین ده متر خواهد بود. و هدف این است که این صفحه، نور مستقیم ستاره را با دقتی بی نظیر مهار کند تا بتوانیم سیاره را به طور مستقیم ببینیم. و برای این کار باید شکل بسیار خاصی داشته باشد، که دلیلش هم فیزیک پراش است. این پروژه ای واقعی است که ما روی آن کار می کنیم، به معنی واقعی داریم کار می کنیم و باور نمی کنید چقدر سخت است. برای اینکه باور کنید همه این ها فقط در یک فیلم ساخته شده نیست، این عکسی واقعی
از نسل دوم محموله آزمایشی ارسال استار شید در آژمایشگاه است. و در این مورد، من فقط می خواهم که بدانید که آن خَرَک مرکزی میراث باقی مانده ای از رادیو تلسکوپی است که به فضا فرستاده شده است. بدین ترتیب پس از همه این کارهای سخت جایی که فکر می کنیم همه آن گازهای عجیب ممکن است آن بیرون وجود داشته باشند، و ما تلسکوپ های فضایی بسیار پیچیده ای را می سازیم که ممکن است آن بیرون باشند، چه چیزی را پیدا خواهیم کرد؟ خوب، در بهترین شرایط، ما تصویری از یک زمین فراخورشیدی تهیه می کنیم. این زمین به شکل نقطه آبی محو است. و این واقعا تصویری واقعی از زمین است
که توسط فضاپیمای ویجر 1 از فاصله، تقریبا 6.5 میلیارد کبلومتری گرفته شده است. و آن نور قرمز فقط نور شکسته شده در اپتیک دوربین است. اما چیزی که در این تصویر توجه به آن فوق العاده است این است که اگر حیات هوشمند فرازمینی وجود داشته باشد که به دور سیاره ای در اطراف ستاره‌ای نزدیک به ما وجود داشته باشند و اگر آنها بتوانند تلسکوپ های فضایی پیچیده ای را بسازند. از همان نوعی که ما قصد ساخت آن را داریم. همه آنچه می توانند ببینند، این نقطه محو آبی است، سرسوزنی از نور. و بعضی از اوقات، وقتی درنگ می کنم تا کمی درباره مشکلات کارم و جاه طلبی های بزرگمان بیندیشم،
واقعاً سخت است که به این موضع فکر کنم که این کار در مقابل عظمت بی پایان عالم چقدر دشوار است. اما با وجود همه این ها، من بقیه زندگی ام را وقف پیدا کردن زمینی دیگر کرده ام. و می توانم به شما تضمین بدهم که با نسل بعدی تلسکوپ های فضایی در نسل دوم، ما این قابلیت را خواهیم داشت تا زمین های دیگر را شناسایی کنیم. و توانایی آن را خواهیم داشت که نور ستاره ای را تجزیه کنیم تا بتوانیم به دنبال گازها بگردیم و گازهای گلخانه ای در جو آن ها را بررسی کنیم، دمای سطحی آن ها را تخمین بزنیم، و به دنبال نشانه هایی از حیات بگردیم.
اما چیزهای دیگری هم هست. در این مورد جستجو برای سیاره های زمین مانند دیگر، ما نوع تازه ای از نقشه ها را ترسیم می کنیم، نقشه ای از ستاره های نزدیک و سیاره هایی که در اطراف آنها وجود دارند، از جمله آنهایی که واقعاً ممکن است توسط انسان ها مسکونی شوند. اینگونه است که من آیندگانمان را تصور می کنم، صدها سال پس از ما و امروز، که در سفری میان ستاره ای به دنیاهای دیگر بادبان خواهند افراشت. و آنها به پشت سر خود و به ما نگاه خواهند کرد و ما را به نسلی به یاد می آورند که برای اولین بار دنیاهای زمین مانند را کشف کرد. ممنون. (تشویق)
جون کوهن: برای پرسیدن سوال فرد جانسن، مدیر ماموریت رزتا را به شما معرفی می کنم. فرد جانسون: تو در میان صحبت هایت اشاره کردی به فناوری که بتوانیم واقعا به طیفِ یک سیاره فراخورشیدی زمین مانند نگاه کنیم هنوز وجود ندارد. فکر می کنی کی به این مرحله برسیم و چه چیزهایی برای این کار نیاز است؟ در واقع چیزی که ما انتظارش را می کشیم ، چیزی است که آن را نسل بعدی تلسکوپ هابل می نامیم. و این در واقع همان تلسکوپ فضایی جیمز وب است، و قرار است سال 2018 پرتاب شود، و این کاری است که قرار است انجام دهیم، به دنبال گونه خاصی از سیاره های فراخورشیدی بگردیم
که آنها را فراخورشیدی های گذری می نامیم، و این اولین فرصت ما برای مطالعه سیاره های کوچک خواهد بود تا دنبال گازهایی بگردیم که شاید نشانه ای از زیست پذیری آن سیاره باشد. جی سی: سارا، من هم می خواهم یک سوال در ادامه بپرسم، البته به عنوان یک فرد غیرمتخصص. چیزی که در باره کار تو خیلی برایم چشمگیر و جالب توجه بود مخالفت هایی بود که با آن ها روبرو بودی، اینکه وقتی شروع به فکر کردن درباره فراخورشیدی ها کردی، شک زیادی نسبت به این موضوع از سوی جامعه علمی نسبت به آن وجود داشت اینکه اصلا آنها وجود داشته باشند، و تو ثابت کردی آن ها اشتباه می کنند. چگونه این اتفاق افتاد؟
سارا سیگر: خوب، موضوع این است که در نقش یک دانشمند ما قرار است که شکاک باشیم، چون کار ما این است که مطمئن شویم حرفی که دیگران می زنند واقعاً معنی دار است یا نه. اما دانشمند بودن، همانطور که فکر می کنم از این نشست دریافته اید شبیه به کاوشگر بودن است. شما این کنجکاوی ممتاز و عالی را دارید، این سرسختی، این نوع پایداری و استقامت شما را به پیش می برد فارغ از اینکه دیگران چه می گویند. جی سی: من عاشق این موضوعم. ممنون سارا. (تشویق)
I'm here to tell you about the real search for alien life. Not little green humanoids arriving in shiny UFOs, although that would be nice. But it's the search for planets orbiting stars far away. Every star in our sky is a sun. And if our sun has planets -- Mercury, Venus, Earth, Mars, etc., surely those other stars should have planets also, and they do. And in the last two decades, astronomers have found thousands of exoplanets. Our night sky is literally teeming with exoplanets. We know, statistically speaking,
that every star has at least one planet. And in the search for planets, and in the future, planets that might be like Earth, we're able to help address some of the most amazing and mysterious questions that have faced humankind for centuries. Why are we here? Why does our universe exist? How did Earth form and evolve? How and why did life originate and populate our planet? The second question that we often think about is: Are we alone? Is there life out there? Who is out there?
You know, this question has been around for thousands of years, since at least the time of the Greek philosophers. But I'm here to tell you just how close we're getting to finding out the answer to this question. It's the first time in human history that this really is within reach for us. Now when I think about the possibilities for life out there, I think of the fact that our sun is but one of many stars. This is a photograph of a real galaxy, we think our Milky Way looks like this galaxy. It's a collection of bound stars. But our [sun] is one of hundreds of billions of stars and our galaxy is one of upwards of hundreds of billions of galaxies.
Knowing that small planets are very common, you can just do the math. And there are just so many stars and so many planets out there, that surely, there must be life somewhere out there. Well, the biologists get furious with me for saying that, because we have absolutely no evidence for life beyond Earth yet. Well, if we were able to look at our galaxy from the outside and zoom in to where our sun is, we see a real map of the stars. And the highlighted stars are those with known exoplanets. This is really just the tip of the iceberg. Here, this animation is zooming in onto our solar system.
And you'll see here the planets as well as some spacecraft that are also orbiting our sun. Now if we can imagine going to the West Coast of North America, and looking out at the night sky, here's what we'd see on a spring night. And you can see the constellations overlaid and again, so many stars with planets. There's a special patch of the sky where we have thousands of planets. This is where the Kepler Space Telescope focused for many years. Let's zoom in and look at one of the favorite exoplanets. This star is called Kepler-186f. It's a system of about five planets.
And by the way, most of these exoplanets, we don't know too much about. We know their size, and their orbit and things like that. But there's a very special planet here called Kepler-186f. This planet is in a zone that is not too far from the star, so that the temperature may be just right for life. Here, the artist's conception is just zooming in and showing you what that planet might be like. So, many people have this romantic notion of astronomers going to the telescope on a lonely mountaintop and looking at the spectacular night sky through a big telescope. But actually, we just work on our computers like everyone else,
and we get our data by email or downloading from a database. So instead of coming here to tell you about the somewhat tedious nature of the data and data analysis and the complex computer models we make, I have a different way to try to explain to you some of the things that we're thinking about exoplanets. Here's a travel poster: "Kepler-186f: Where the grass is always redder on the other side." That's because Kepler-186f orbits a red star, and we're just speculating that perhaps the plants there, if there is vegetation that does photosynthesis,
it has different pigments and looks red. "Enjoy the gravity on HD 40307g, a Super-Earth." This planet is more massive than Earth and has a higher surface gravity. "Relax on Kepler-16b, where your shadow always has company." (Laughter) We know of a dozen planets that orbit two stars, and there's likely many more out there. If we could visit one of those planets, you literally would see two sunsets and have two shadows. So actually, science fiction got some things right.
Tatooine from Star Wars. And I have a couple of other favorite exoplanets to tell you about. This one is Kepler-10b, it's a hot, hot planet. It orbits over 50 times closer to its star than our Earth does to our sun. And actually, it's so hot, we can't visit any of these planets, but if we could, we would melt long before we got there. We think the surface is hot enough to melt rock and has liquid lava lakes. Gliese 1214b. This planet, we know the mass and the size
and it has a fairly low density. It's somewhat warm. We actually don't know really anything about this planet, but one possibility is that it's a water world, like a scaled-up version of one of Jupiter's icy moons that might be 50 percent water by mass. And in this case, it would have a thick steam atmosphere overlaying an ocean, not of liquid water, but of an exotic form of water, a superfluid -- not quite a gas, not quite a liquid. And under that wouldn't be rock, but a form of high-pressure ice,
like ice IX. So out of all these planets out there, and the variety is just simply astonishing, we mostly want to find the planets that are Goldilocks planets, we call them. Not too big, not too small, not too hot, not too cold -- but just right for life. But to do that, we'd have to be able to look at the planet's atmosphere, because the atmosphere acts like a blanket trapping heat -- the greenhouse effect. We have to be able to assess the greenhouse gases on other planets.
Well, science fiction got some things wrong. The Star Trek Enterprise had to travel vast distances at incredible speeds to orbit other planets so that First Officer Spock could analyze the atmosphere to see if the planet was habitable or if there were lifeforms there. Well, we don't need to travel at warp speeds to see other planet atmospheres, although I don't want to dissuade any budding engineers from figuring out how to do that. We actually can and do study planet atmospheres from here, from Earth orbit.
This is a picture, a photograph of the Hubble Space Telescope taken by the shuttle Atlantis as it was departing after the last human space flight to Hubble. They installed a new camera, actually, that we use for exoplanet atmospheres. And so far, we've been able to study dozens of exoplanet atmospheres, about six of them in great detail. But those are not small planets like Earth. They're big, hot planets that are easy to see. We're not ready, we don't have the right technology yet to study small exoplanets. But nevertheless,
I wanted to try to explain to you how we study exoplanet atmospheres. I want you to imagine, for a moment, a rainbow. And if we could look at this rainbow closely, we would see that some dark lines are missing. And here's our sun, the white light of our sun split up, not by raindrops, but by a spectrograph. And you can see all these dark, vertical lines. Some are very narrow, some are wide, some are shaded at the edges. And this is actually how astronomers have studied objects in the heavens, literally, for over a century.
So here, each different atom and molecule has a special set of lines, a fingerprint, if you will. And that's how we study exoplanet atmospheres. And I'll just never forget when I started working on exoplanet atmospheres 20 years ago, how many people told me, "This will never happen. We'll never be able to study them. Why are you bothering?" And that's why I'm pleased to tell you about all the atmospheres studied now, and this is really a field of its own. So when it comes to other planets, other Earths, in the future when we can observe them,
what kind of gases would we be looking for? Well, you know, our own Earth has oxygen in the atmosphere to 20 percent by volume. That's a lot of oxygen. But without plants and photosynthetic life, there would be no oxygen, virtually no oxygen in our atmosphere. So oxygen is here because of life. And our goal then is to look for gases in other planet atmospheres, gases that don't belong, that we might be able to attribute to life. But which molecules should we search for? I actually told you how diverse exoplanets are.
We expect that to continue in the future when we find other Earths. And that's one of the main things I'm working on now, I have a theory about this. It reminds me that nearly every day, I receive an email or emails from someone with a crazy theory about physics of gravity or cosmology or some such. So, please don't email me one of your crazy theories. (Laughter) Well, I had my own crazy theory. But, who does the MIT professor go to? Well, I emailed a Nobel Laureate in Physiology or Medicine
and he said, "Sure, come and talk to me." So I brought my two biochemistry friends and we went to talk to him about our crazy theory. And that theory was that life produces all small molecules, so many molecules. Like, everything I could think of, but not being a chemist. Think about it: carbon dioxide, carbon monoxide, molecular hydrogen, molecular nitrogen, methane, methyl chloride -- so many gases. They also exist for other reasons, but just life even produces ozone.
So we go to talk to him about this, and immediately, he shot down the theory. He found an example that didn't exist. So, we went back to the drawing board and we think we have found something very interesting in another field. But back to exoplanets, the point is that life produces so many different types of gases, literally thousands of gases. And so what we're doing now is just trying to figure out on which types of exoplanets, which gases could be attributed to life. And so when it comes time when we find gases in exoplanet atmospheres
that we won't know if they're being produced by intelligent aliens or by trees, or a swamp, or even just by simple, single-celled microbial life. So working on the models and thinking about biochemistry, it's all well and good. But a really big challenge ahead of us is: how? How are we going to find these planets? There are actually many ways to find planets, several different ways. But the one that I'm most focused on is how can we open a gateway so that in the future,
we can find hundreds of Earths. We have a real shot at finding signs of life. And actually, I just finished leading a two-year project in this very special phase of a concept we call the starshade. And the starshade is a very specially shaped screen and the goal is to fly that starshade so it blocks out the light of a star so that the telescope can see the planets directly. Here, you can see myself and two team members holding up one small part of the starshade. It's shaped like a giant flower, and this is one of the prototype petals.
The concept is that a starshade and telescope could launch together, with the petals unfurling from the stowed position. The central truss would expand, with the petals snapping into place. Now, this has to be made very precisely, literally, the petals to microns and they have to deploy to millimeters. And this whole structure would have to fly tens of thousands of kilometers away from the telescope. It's about tens of meters in diameter. And the goal is to block out the starlight to incredible precision so that we'd be able to see the planets directly.
And it has to be a very special shape, because of the physics of defraction. Now this is a real project that we worked on, literally, you would not believe how hard. Just so you believe it's not just in movie format, here's a real photograph of a second-generation starshade deployment test bed in the lab. And in this case, I just wanted you to know that that central truss has heritage left over from large radio deployables in space. So after all of that hard work where we try to think of all the crazy gases that might be out there,
and we build the very complicated space telescopes that might be out there, what are we going to find? Well, in the best case, we will find an image of another exo-Earth. Here is Earth as a pale blue dot. And this is actually a real photograph of Earth taken by the Voyager 1 spacecraft, four billion miles away. And that red light is just scattered light in the camera optics. But what's so awesome to consider is that if there are intelligent aliens orbiting on a planet around a star near to us
and they build complicated space telescopes of the kind that we're trying to build, all they'll see is this pale blue dot, a pinprick of light. And so sometimes, when I pause to think about my professional struggle and huge ambition, it's hard to think about that in contrast to the vastness of the universe. But nonetheless, I am devoting the rest of my life to finding another Earth. And I can guarantee that in the next generation of space telescopes, in the second generation,
we will have the capability to find and identity other Earths. And the capability to split up the starlight so that we can look for gases and assess the greenhouse gases in the atmosphere, estimate the surface temperature, and look for signs of life. But there's more. In this case of searching for other planets like Earth, we are making a new kind of map of the nearby stars and of the planets orbiting them, including [planets] that actually might be inhabitable by humans. And so I envision that our descendants, hundreds of years from now,
will embark on an interstellar journey to other worlds. And they will look back at all of us as the generation who first found the Earth-like worlds. Thank you. (Applause) June Cohen: And I give you, for a question, Rosetta Mission Manager Fred Jansen. Fred Jansen: You mentioned halfway through that the technology to actually look at the spectrum of an exoplanet like Earth is not there yet. When do you expect this will be there, and what's needed? Actually, what we expect is what we call our next-generation Hubble telescope.
And this is called the James Webb Space Telescope, and that will launch in 2018, and that's what we're going to do, we're going to look at a special kind of planet called transient exoplanets, and that will be our first shot at studying small planets for gases that might indicate the planet is habitable. JC: I'm going to ask you one follow-up question, too, Sara, as the generalist. So I am really struck by the notion in your career of the opposition you faced, that when you began thinking about exoplanets, there was extreme skepticism in the scientific community
that they existed, and you proved them wrong. What did it take to take that on? SS: Well, the thing is that as scientists, we're supposed to be skeptical, because our job to make sure that what the other person is saying actually makes sense or not. But being a scientist, I think you've seen it from this session, it's like being an explorer. You have this immense curiosity, this stubbornness, this sort of resolute will that you will go forward no matter what other people say.
JC: I love that. Thank you, Sara. (Applause)