Di bawah terik fasad

Dalam panteon selebriti kosmik, matahari merupakan salah satu superstar benar. Bukan hanya sumber utama bumi cahaya dan panas - juga bahan bakar yang hijau yang membuat bernapas mungkin, terus dengan mengatur ritme harian tubuh dan meludah keluar partikel bermuatan yang menciptakan keindahan aurora borealis.

Tetapi untuk semua peran yang di panggung kehidupan, matahari tetap sesuatu dari bintang ditebak. Anda bisa mengatakan itu adalah Tiger Woods kosmos.Di belakang fasad yang terik, matahari ternyata enggan menyerah rahasianya. Sebagian besar putus asa, para astronom belum mengetahui salah satu fakta yang paling dasar tentang bumi bintang terdekat: persis apa yang terbuat dari.

"Kami benar-benar tidak tahu apa komposisi matahari adalah," kata Carlos Allende Prieto, astronom di Instituto de Astrofisica de Canarias di Kepulauan Canary. "Ini masalah besar."

Fisikawan tahu banyak tentang matahari dan cara kerjanya: Hidrogen sekering dalam inti atom, penempaan helium dan unsur-unsur yang lebih berat dan memuntahkan energi dalam proses. Tapi selama beberapa tahun terakhir, para ilmuwan telah secara dramatis overhaul perkiraan susunan kimiawi matahari. Secara khusus, mereka bilang ada mungkin jauh kurang dari elemen kunci seperti oksigen, karbon dan nitrogen dari yang diduga sebelumnya. Perubahan ini cukup besar untuk melemparkan mempertanyakan asumsi dasar lain tentang matahari, seperti ide-ide tentang bagaimana gelombang suara perjalanan melalui interior, nada seperti gong.  

 Perlahan-lahan, Namun, para peneliti merayap ke arah jawaban. Baru, model komputer yang lebih canggih telah meningkatkan pemahaman atmosfer matahari, memungkinkan perkiraan lebih baik dari kelimpahan kimia. diskusi yang lebih mendalam data untuk memasukkan, dan yang pergi keluar, membantu pertempuran garis halus antara tim peneliti berdebat tentang apa angka-angka akhir harus. Segera, cerita tentang apa superstar Bumi terbuat dari bisa membaca lebih seperti salinan surat kabar dipercaya daripada gosip selebriti.

Membaca yang tersirat

cara yang lebih disukai peneliti 'untuk mempelajari susunan kimiawi matahari, dari hampir 150 juta kilometer jauhnya, adalah untuk menganalisis cahaya mengalir dari itu. Sinar matahari menyebar ke spektrum panjang gelombang, sebagai prisma menciptakan pelangi, dan cahaya tampak penuh dengan garis-garis gelap. Sejak akhir tahun 1850-an ilmuwan telah mengetahui bahwa garis-garis gelap sesuai dengan unsur-unsur kimia dalam lapisan luar matahari; elemen menyerap radiasi mengalir keluar dari inti dan menghapuskan cahaya. Lampu lebih diserap, semakin banyak unsur yang diasumsikan untuk hadir.

Pada tahun 1929, Henry Norris Russell astronom menggunakan teknik ini spektroskopi untuk mempublikasikan kelimpahan surya selama 56 elemen. Sejak itu, para astronom telah disempurnakan angka lebih lanjut, dan umumnya percaya bahwa hidrogen, elemen paling ringan, membuat sampai sekitar 70 persen dari massa matahari. Lebih dari jutaan tahun, fusi nuklir di inti matahari perlahan mengubah hidrogen menjadi helium dan kemudian unsur-unsur yang lebih berat, yang dikenal para astronom sebagai "logam" (meskipun mereka termasuk gas seperti oksigen). Pertanyaan itu telah tepat berapa banyak matahari terbuat dari logam.

Sebuah 1989 berpengaruh review kertas, tulis bersama oleh Grevesse, melaporkan bahwa logam membuat naik 2 persen dari fotosfer matahari, tingkat yang lebih rendah dari atmosfer matahari di mana garis spektrum terbentuk. Tetapi selama tahun 1990-an, analisis baru dan lebih canggih mulai membuang memperkirakan bahwa ke dalam keraguan.

Meskipun garis spektrum sendiri menawarkan petunjuk dasar untuk jeroan matahari, peneliti memerlukan model untuk menginterpretasikan garis itu. model tersebut mencoba untuk mereproduksi bergolak dan mengalir gas di fotosfer matahari. Sebelumnya telah digunakan pemodelan simulasi komputer satu-dimensi yang dibagi suasana matahari menjadi lapisan bertingkat sederhana. Sebaliknya, model baru melihat sepotong kecil atmosfer, tetapi simulasi dalam tiga dimensi dan lebih detail lagi - termasuk, misalnya, bagaimana massa dan energi churn keluar dari zona konveksi, lapisan terluar dari interior matahari, ke lapisan bawah atmosfer.

Simulasi 3-D memiliki implikasi yang mendalam: tafsir sebelumnya Astronom 'garis spektral harus diubah. Dalam beberapa kasus, kekuatan garis penyerapan dapat sinyal kelimpahan yang berbeda dari apa yang para ilmuwan menduga.

        Recalculations ini tampaknya memperbaiki segala sesuatu, dengan memperketat perkiraan untuk kelimpahan elemen seperti besi dan silikon. "Hanya ketika kita mulai menerapkannya pada unsur-unsur yang lebih penting seperti oksigen dan karbon, logam yang paling melimpah di matahari, bahwa kami cukup cepat menyadari hasil kami akan sangat berbeda," ujar Martin Asplund, astronom di Max Planck Institut Astrofisika di Garching, Jerman.

Tim Asplund yang diterbitkan perkiraan kelimpahan oksigen surya photospheric yang 30 sampai 40 persen lebih rendah dari nilai-nilai yang berlaku umum, dengan perubahan yang sama untuk karbon, nitrogen dan neon. Para peneliti juga menganalisis unsur-unsur lain di matahari, sebagian besar yang diperlukan hanya revisi minor. Secara keseluruhan, tim menemukan kandungan logam matahari tidak dari 2 persen, tapi sebesar 1,4 persen. Para peneliti menyimpulkan karya terbaru mereka tahun lalu di Review Tahunan Astronomi dan Astrofisika.

Memancar teka-teki

Lower metallicity tidak baik untuk aspek-aspek lain dari studi surya - terutama model interior surya berdasarkan helioseismology, studi tentang bagaimana gelombang, seperti gelombang suara, perjalanan melalui matahari.

Turbulensi dalam matahari menghasilkan gelombang suara yang berosilasi bolak-balik di dalam bintang. Studi gema ini telah menghasilkan wawasan penting ke bagian matahari, seperti bagaimana lapisan yang memutar dengan kecepatan yang berbeda. Teknik ini bahkan dapat digunakan untuk mempelajari sunspots di sisi jauh dari matahari, sejak sunspots menyerap gelombang suara dan mengurangi gema tersebut.

studi Helioseismology telah membangun suatu gambaran tertentu dari interior surya, termasuk rincian seperti kedalaman zona konveksi. Model-model dari interior tata surya cukup berhasil, dan fisikawan pikir mereka mengerti bagian dalam matahari.

Pekerjaan tim yang melempar Asplund kunci dalam gambar itu. Jika model surya interior disesuaikan agar sesuai dengan 30-40 persen kelimpahan oksigen yang lebih rendah di fotosfer, kemudian mereka tidak lagi cocok dengan pengamatan helioseismologists '. Misalnya, sekarang model menghitung nilai-nilai yang salah untuk kecepatan suara dan kepadatan dalam matahari, dibandingkan dengan mereka yang benar-benar diukur

 

Dengan asumsi pengukuran kelimpahan Asplund adalah benar, "apa ini memberitahu kita adalah model kita tidak cukup baik," kata Sarbani Basu, sebuah helioseismologist di Yale University.
Dalam hal lain, meskipun, itu kelimpahan rendah memecahkan dilema astronomi yang berbeda. "Ini adalah masalah untuk waktu yang lama bahwa matahari tampaknya luar biasa berlimpah di elemen berat dibandingkan dengan solar lingkungan," kata Asplund. Sekarang, pekerjaan baru "membuat matahari normal" relatif terhadap bintang terdekat, katanya.
Beberapa astronom telah menggabungkan yang baru, kelimpahan logam yang lebih rendah ke dalam studi tentang evolusi dari bintang-bintang di galaksi selain Bima Sakti. Karena bintang-logam menjadi lebih kaya dari waktu ke waktu, mengukur metallicity galaksi menyediakan melihat seberapa jauh bintang-bintang telah berevolusi dan petunjuk ketika mereka dibentuk.
Tapi Lisa Kewley, astronom di University of Hawaii di Manoa, mengatakan bahwa beberapa peneliti - termasuk dirinya - belum mulai menggunakan kelimpahan baru lagi, karena tidak jelas apakah nomor Asplund atau orang lain yang ditawarkan oleh sebuah tim yang bersaing adalah benar . Mungkin untuk belajar kandungan logam di galaksi lain tanpa memiliki referensi solar untuk pin ke, dia catatan. Sebagai contoh, para astronom dapat membandingkan kelimpahan oksigen dengan kelimpahan hidrogen di galaksi tertentu. Menggunakan ukuran yang sama lebih dari banyak galaksi memungkinkan peneliti untuk membangun gambaran komparatif metallicity galaksi tanpa harus khawatir tentang apa yang benar kelimpahan oksigen adalah matahari.
Namun, argumen di atas nomor surya benar membuat banyak peneliti tidak nyaman. Beberapa tahun yang lalu di Observatorium Paris di Perancis, ilmuwan yang dipimpin oleh Hans-Günter Ludwig memutuskan untuk menggunakan simulasi sendiri 3-D dari atmosfer matahari untuk melihat apakah mereka bisa pastikan bekerja Asplund's. Dan mereka menemukan bahwa mereka tidak bisa, setidaknya tidak tepat. Ludwig tim, termasuk kemudian mahasiswa pascasarjana Elisabetta Caffau, telah melaporkan kelimpahan sendiri dari unsur-unsur tertentu - sebagian besar yang lebih tinggi dari Asplund, tapi tidak setinggi itu, awal era 1980-perkiraan.
musim semi ini, kedua tim bertemu di Garching untuk pembahasan selama seminggu untuk mencoba menuntaskan perbedaan mereka. Kedua kelompok setuju bahwa model mereka 3-D pastikan metallicity lebih rendah. Temuan itu juga luas didukung oleh bukti baris lain: meteorit purba. batuan ruang angkasa yang dikenal sebagai "chondrites CI karbon" yang dianggap sebagai batuan yang paling primitif kimia dikenal, memberikan petunjuk tentang apa yang kimia tata surya awal, termasuk matahari yang baru lahir, seperti. Analisis menunjukkan bahwa meteorit seperti oksigen dan unsur lainnya mungkin kurang umum daripada tahun 1980 melaporkan estimasi surya.
Masalahnya, meskipun, datang dalam beberapa pilihan yang lebih kecil yang dibuat oleh masing-masing tim dalam menentukan perkiraan kelimpahan. Misalnya, Ludwig, sekarang di University of Heidelberg di Jerman, dan rekan-rekannya menggunakan jumlah yang lebih besar dari garis spektrum untuk menurunkan kelimpahan, tetapi tim Asplund yang menolak sejumlah garis itu.
Grevesse, yang bekerja dengan Asplund, mengatakan bahwa kelompok Ludwig adalah menggunakan garis spektrum yang dicampur, atau terkontaminasi, oleh garis dari unsur-unsur lainnya di atmosfer matahari. "Kami membuang banyak jalur yang telah digunakan di masa lalu," kata Grevesse. counter Ludwig bahwa dugaan terdidik harus dibuat: "Satu mulai harus membuat keputusan subjektif, seperti yang semacam garis satu harus mencakup."
efek halus lainnya juga berkontribusi terhadap perbedaan antara dua kelompok, seperti apakah akan menyertakan tanda tangan hanya dari atom - seperti atom oksigen - atau juga garis dari molekul - seperti karbon dan oksigen terikat bersama sebagai CO (Asplund termasuk data molekuler, sedangkan Ludwig tidak.) Dua tim juga menggunakan asumsi yang berbeda untuk menghitung rincian tentang bagaimana bentuk garis spektrum di tempat pertama. "Ini adalah bisnis yang cukup rumit," kata Asplund.
Selama beberapa bulan terakhir, kedua tim telah beringsut mendekat bersama-sama pada kelimpahan untuk beberapa elemen. Oksigen, namun, tetap medan pertempuran besar. Tim Ludwig's datang dengan kelimpahan sekitar 15 persen lebih tinggi dari Asplund's.
Mendamaikan dua kelompok baik akan memerlukan satu untuk menerima garis lain-seleksi dan perhitungan kalibrasi atau akan memerlukan tipe baru sepenuhnya data yang relevan. Grevesse mengatakan ia ingin melihat data yang lebih baik dari spectroscopists atom (ilmuwan yang mempelajari garis spektrum diciptakan oleh unsur-unsur yang berbeda) untuk observasi kalibrasi yang lebih baik dari matahari. Tetapi studi tersebut mahal dan memakan waktu.
Ludwig, juga ingin pengamatan yang lebih baik - sebuah katalog yang lebih baik dari garis spektrum seperti yang muncul datang dari seluruh seluruh wajah matahari. Dan Asplund lebih suka perhitungan baru dan lebih canggih dari kegelapan matahari, untuk melihat apakah yang dapat menyelesaikan perbedaan dengan helioseismology.
Tidak ada pendekatan ini sedang aktif diupayakan, sehingga resolusi tidak mungkin dalam waktu dekat. "Saya pikir itu akan memakan waktu cukup lama untuk mendapatkan jawaban pasti," kata helioseismologist Basu. Matahari mungkin memegang rahasia yang selama itu bisa.
Berburu untuk eksoplanet
Beberapa astronom berharap bahwa pinning down komposisi kimia matahari akan memberitahu mereka bukan hanya tentang bintang induk bumi, tetapi juga sistem planet yang lain.
Dengan melihat susunan kimia dari bintang dekat, beberapa peneliti mengatakan, mereka dapat menentukan suatu hari yang tetangga cenderung memiliki planet Earthlike. Jika demikian, para ilmuwan akan mampu mengidentifikasi sistem kandidat terbaik untuk hosting kehidupan di luar bumi - tanpa waktu dan biaya membangun satelit untuk berburu planet tersebut.
Bintang-bintang yang menyerupai matahari dalam suhu, berat dan kadar logam yang dikenal sebagai "surya kembar" Kunci di planet-berburu. Akan mencari kembar surya yang telah mengurangi tingkat elemen seperti besi dan aluminium yang mudah mengembun menjadi partikel-partikel debu , kata astronom Martin Asplund dari Institut Max Planck untuk Astrofisika di Garching, Jerman. Dalam teori, unsur-unsur mungkin telah tertangkap dan dimasukkan ke dalam planet Earthlike yang bergabung dari disk berputar-putar gas dan debu di sekitar bintang yang baru lahir. Hal-hal yang berakhir di planet tidak berakhir di bintang.
Para astronom telah menemukan lebih dari 460 planet di sekitar bintang lain selain matahari, tapi kebanyakan dari mereka jauh lebih planet gas raksasa seperti Jupiter dan Saturnus daripada seperti kecil, Bumi berbatu. Para ilmuwan mencari planet melalui sebuah metode lambat (susah payah mengawasi pergerakan bintang selama bertahun-tahun untuk gangguan gravitasi kecil yang disebabkan oleh sebuah planet kecil terdekat) atau metode yang mahal (pengiriman pesawat ruang angkasa ke orbit untuk mencari peredupan cahaya yang disebabkan oleh planet lewat di depan bintangnya). The COROT misi yang dipimpin Prancis dan misi Kepler NASA sedang mencari planet-planet dalam cara ini. Tidak ada belum dikonfirmasi.
Metode analisis kimia bisa merampingkan perburuan seperti, Asplund berpendapat. "Kami mengusulkan agar Anda dapat mengidentifikasi bintang-bintang cenderung memiliki planet kebumian hanya dengan melihat komposisi kimia mereka," katanya.
Terbatas survei menunjukkan bahwa sekitar 10 hingga 20 persen dari kembar surya tampaknya habis dalam elemen seperti besi dan dengan demikian, seperti matahari, juga dapat host planet Earthlike, kata Asplund.