Вторник, 17 Октября 2017

Интервью с Джеффом Марси, гуру в области экзопланет

Джеффри Марси

Почти ровно 15 лет назад астроном Джеффри Марси на встрече Американского Астрономического Общества (AAS) в Сан-Антонио объявил об открытии двух новых экзопланет47 Ursae Majoris b и 70 Virginis b. До этого ученым лишь однажды удавалось доказать существование планеты, находящейся за пределами нашей Солнечной системы.

С тех пор Марси стал профессором Калифорнийского университета, а его команда открыла 70 из первых 100 экзопланет. Кроме того, благодаря их новаторским методам, число открытий в этой области уже перевалило за пять сотен и продолжает расти. Второго февраля со спутника Кеплер была передана огромная сводка данных, которая включает в себя 1200 новых «кандидатов», ожидающих дополнительного анализа.

Выступление Марси на встрече AAS, прошедшей в этом году в Сиэтле, касалось не столько единичных открытий, сколько тенденций, которые стали проявляться при ускорении темпов обнаружения экзопланет. Цифры говорят о том, что солнечные системы вроде нашей встречаются не так часто, как мы думали.

Журналисты Wired взяли у Марси интервью, в котором попытались поговорить о ранних этапах исследования экзопланет, о том, как из череды неудач может родиться успех, и о процессе поиска неуловимой «экзо-Земли».

Художественная зарисовка 47 Ursae Majoris b

Художественная зарисовка 47 Ursae Majoris b

Почему именно экзопланеты? Вы начали заниматься этим, когда еще ни одна из них не была обнаружена. Как вы в это ввязались?

Вы хотите, чтобы я ответил честно? Это личное. После того, как я получил докторскую степень в Санта-Крус, мне посчастливилось стать стипендиатом в Институте Карнеги в Пасадене.

И, если коротко, мои исследования были не очень успешными. Астроном из Гарварда критиковал мою кандидатскую диссертацию, и я чувствовал себя довольно неуютно. Казалось, что все вокруг умнее меня. Я чувствовал себя каким-то самозванцем; как будто окружающие еще не поняли, что я не такой умный, как они, что я не достаточно умен, чтобы называться ученым. Я думал, «Хорошо, вот и пришел момент истины. Возможно, это конец моей карьеры.»

Но у меня все еще было полтора года до окончания стипендии! Помню, в одно прекрасное утро, принимая душ в своей квартире в Пасадене, я пришел к мысли, что не могу больше это терпеть. Мне хотелось просто наслаждаться жизнью, делать исследования, которые действительно что-то для меня значили.

Так что я задумался над тем, что мне на самом деле интересно. Мне очень хотелось бы знать, существуют ли планеты вокруг других звезд.

Это был вопрос, который никого не интересовал. Тогда, в 1983 году, никто и не заикался о планетах. Даже наша собственная Солнечная система казалась в то время скучной.

Поэтому, когда я выходил из душа, я уже узнал, чем я буду заниматься до конца своей карьеры. Это было, своего рода, озарение. Осознание собственной несостоятельности делало меня свободным. Я мог просто потакать своим желаниям и начать «охоту за планетами» — даже если это тогда было нелепой затеей. Ведь в то время я не слышал, чтобы кто-нибудь занимался теми же исследованиями.

Как люди отнеслись к такому начинанию?

Они были смущены. С тем же успехом я мог начать искать маленьких зеленых человечков или доказывать, что египетские пирамиды построили инопланетяне, или изучать телекинез. Даже для профессиональных астрономов в то время идея о планетах, вращающихся вокруг других звезд, была из области научной фантастики.

Сейчас трудно себе это вообразить. Посмотрите на эту конференцию [речь идет о встрече AAS]. У нас здесь, наверное, 500 докладов, связанных с экзопланетами. Сложно представить себе склад ума человека, для которого такие планеты были бы на грани безумия. Но так оно и было.

У вас был план?

Джордж Хербиг был моим куратором в Санта-Круз. Благодаря ему я научился измерять доплеровские сдвиги (эффект Доплера) в звездном спектре. Я решил попытаться измерить эти сдвиги с такой точностью, которая позволит увидеть колебания звезды, вызванные воздействием планет.

Это была новая идея?

Нет. Любой астроном знает об использовании эффекта Доплера для определения двойных звезд. Тогда было известно, что если ты можешь обнаружить двойную звезду, значит ты должен быть в состоянии засечь даже куда более легкие ее «спутники» — то есть, планеты.

Но сложность заключалась в том, что маленькие планеты не оказывают сильного влияния на эти звезды. Даже если взять нашу Солнечную систему, от воздействия Юпитера скорость Солнца меняется всего лишь на 10 м/с. Люди бегают с такой скоростью.

Как выглядели поиски на первых порах?

Вы слышали когда-нибудь о 100-дюймовом телескопе Mount Wilson? Это тот, с помощью которого Хаббл обнаружил расширение вселенной. На момент, когда я учился в Интситуте Карнеги, им никто не пользовался. Почему? Он находился совсем недалеко от центра Лос-Анджелеса. Небо было ярким, так что единственное, что вы могли с ним делать — это спектроскопический анализ ярких звезд. Это было именно то, чем я хотел заняться.

Как вы на самом деле измеряли эффект Доплера? Я понимаю общий принцип — силы гравитации планет смещают звезду туда-сюда. Но как это выглядит? Можете описать подробней?

Представим, что я подхожу к телескопу и делаю снимок; то, что выводится на экране компьютера — это количество света, разделенное на число пикселей.

Итак, вы берете картинку, и смотрите — пиксель под номером 498 имеет определенное значение яркости света, излучаемого звездой; пиксель №499 имеет другое значение. На каждом пикселе запечатлена разная длина волны.

Когда вы создаете график зависимости яркости света от каждого пикселя, вы получаете спектр, который выглядит примерно вот так:

Количество света, излучаемого звездой, должно быть довольно постоянной величиной; звезды можно рассматривать, как лампочки, за исключением того, что существуют атомы, поглощающие свет на определенной длине волны.

Если вернуться на месяц назад, я надеялся увидеть следующую картину: весь спектр репродуцирован, но при этом сдвинут.

Но звезды так себя не ведут. Они не зависают в космосе в одной точке. Почему так происходит? Дело в том, что есть невидимая планета, которая воздействует на звезду, из-за чего та постоянно приближается, удаляется и снова приближается.

Проблема в том, что эти перемещения сильно гиперболизированы. Фактическое перемещение занимает одну тысячную долю пикселя. Это как сделать две фотографии улитки с интервалом в секунду, и надеяться увидеть какое-то передвижение.

Как можно засечь изменение размером в тысячную долю пикселя? Предполагается, что пиксель — это неделимая величина, как атом, только в контексте цифровой камеры. Как можно обнаружить что-то, если его размер меньше пикселя?

Если спректральная линия занимает несколько пикселей, вы можете спросить, где на самом деле находится ее центральная точка? Она не может располагаться прямо в центре одного из пикселей, должно быть смещение. Почему? Пиксель справа имеет чуть большую яркость, чем пиксель слева.

При измерении яркости соседних пикселей мы видим, что она меняется очень незначительно. Вы видите, что произвольный крошечный доплеровский сдвиг может быть обнаружен путем измерения количества света во всех этих пикселях.

Итак, мы обсудили то, как это выглядело 30 лет назад, когда вы начинали работать. Что-то изменилось с тех пор?

[Смеется] Все точно так же. Принципиально ничего не поменялось. Правда теперь я работаю в Кеплеровском проекте, что заметно упрощает мне жизнь. Телескоп Кеплера находит для нас планеты, которые перемещаются на фоне своих звезд. В былые времена мы вслепую выбирали звезды. На каждых 100 звезд приходилось всего две-три, которые имели свои планеты. Шансы были очень маленькими.

Телескоп Кеплера все изменил. Теперь, когда я направляю телескоп (сейчас я пользуюсь телескопом из обсерватории Кека на Гавайах), я знаю, что там есть планеты, так как у меня есть данные из Кеплера об этом.

Kepler-10b — самая маленькая из найденных планет на данный момент

Какой, по вашему мнению, самый важный нерешенный вопрос в области экзопланет?

Таких вопроса два, и они, на самом деле, очевидны. Существуют ли в космосе обитаемые планеты? Проект Кеплера создан для того, чтобы ответить на этот вопрос.

Конечно, на самом деле проблема заключается не в том, есть ли где-то обитаемые планеты, похожие на Землю, а в том, насколько часто они встречаются. Одна из сотни, из тысячи, из миллиона? Как далеко мы должны полететь, чтобы найти ближайшую скалистую планету с приемлемой температурой и атмосферой?

Второй вопрос звучит так: насколько распространена в галактике разумная жизнь? На него мы тоже пытаемся ответить, но это займет гораздо боле времени.

Я чувствую, что нам нужны миссии на Энцелад, Марс и Титан. В течении следующих нескольких десятилетий NASA организует экспедиции в этих очевидных направлениях.

Разумеется, на Титане нет никакой разумной жизни. Там могут находится одноклеточные организмы, и я не могу дождаться того момента, когда мы их найдем. Но мы все еще хотим узнать, есть ли где-то в космосе настоящие разумные инопланетяне.

Что нам нужно — так это большие радиотелескопы. Не секрет, что у нас нет ни культурной, ни политической воли для финансирования создания серьезного радиотелескопа, который помог бы нам ответить на вопрос, интересующий любого человека, начиная с шестилетнего возраста.

Телескоп под названием Allen Telescope Array (ATA), который является нашей самой большой надеждой, находится в плачевном состоянии. Как так вышло? Он стоит $100 миллионов, бюджет NASA — $19 миллиардов. Менее одного процента от годового бюджета NASA достаточно, чтобы обеспечить финансирование этого [далее идет непереводимая игра слов] чудесного, эпохального, Нина, Пинта, Санта-Мария — почему мы этого не делаем?

Allen Telescope Array

Не возражаете, если я выступлю в роли адвоката дьявола? У нас есть телескоп Джеймс Веб, который тоже страдает от недофинансирования, а ведь он пока даже не запущен в космос. И вот мы берем случайного человека с улицы и пытаемся убедить его, что в первую очередь деньги нужно выделять именно на это. Мы все еще пытаемся сделать здравоохранение доступным для множества людей. $100 миллионов могут решить кучу других проблем.

Я просто говорю об этом, исходя из реального бюджета NASA. Как вы потратите деньги, которые в любом случае будут потрачены на нечто, связанное с космосом? Нам нужен всего один процент от всего лишь одного годового бюджета, чтобы сделать возможными наши поиски внеземной разумной жизни. Мне кажется, над этим стоит хорошенько подумать.

Оставьте комментарий

*


© 2003 — 2017 OutZone

Создано в студии webdesire