Exoplaneternes kunst

Månen, der hang på nattehimlen, sendte Robert Hurts sind ud i det dybe rum - til et område omkring 40 lysår væk, faktisk, hvor syv planeter på størrelse med jorden trængte sig tæt på en dunkel, rød sol.

Gøre ondt, en visualiseringsforsker ved Caltechs IPAC-center, gik udenfor sit hjem i Mar Vista, Californien, kort efter hørte han om opdagelsen af ​​disse stenede verdener omkring en stjerne kaldet TRAPPIST-1 og fik til opgave at visualisere dem. Planeterne var blevet afsløret af NASAs Spitzer-rumteleskop og jordbaserede observatorier.

"Jeg er lige stoppet i mit spor, og jeg stirrede bare på det, " sagde Hurt i et interview. "Jeg forestillede mig, at det kunne være, ikke vores måne, men den næste planet forbi - hvordan det ville være at være i et system, hvor man kunne slå op og se kontinentale træk på den næste planet."

Så begyndte en slags inspirerende lavine. Hurt og hans kollega, multimedieproducent Tim Pyle, udviklet en række arrestationer, fotorealistiske billeder af, hvordan det nye systems tætpakkede planeter kan se ud – så tæt pakket, at de ville rage stort på hinandens himmel. Deres visioner om TRAPPIST-1-systemet ville blive vist i førende nyhedsmedier rundt om i verden.

Kunstnere som Hurt og Pyle, der gengiver levende visualiseringer baseret på data fra Spitzer og andre missioner, er hybrider af slagsen, blander ekspertise inden for både videnskab og kunst. Fra krumspring på diagrammer og kolonner med tal, de tryller rødt, blå og grønne verdener, med halvfrosne oceaner eller boblende lava. Eller de transporterer os til overfladen af ​​en verden med en rød-orange sol fast på plads, og en himmel fuld af planetariske ledsagere.

"For offentligheden, værdien af ​​dette er ikke bare at give dem et billede af noget, nogen har fundet på, " sagde Douglas Hudgins, en programforsker for Exoplanet Exploration Program ved NASAs hovedkvarter i Washington. "Disse er ægte, veluddannede bud på, hvordan noget kan se ud for mennesker. Et billede siger mere end tusind ord."

Hurt siger, at han og Pyle bygger videre på kunstneriske pionerers arbejde.

"Der er faktisk en lang historie og tradition for rumkunst og videnskabsbaseret illustration, " sagde han. "Hvis du sporer dens rødder tilbage til kunstneren Chesley Bonestell (berømt i 1950'erne og 60'erne), han var virkelig kunstneren, der fik denne idé:Lad os gå og forestille os, hvordan planeterne i vores solsystem rent faktisk kunne se ud, hvis du var, sige, på Jupiters måne, Io. Hvor stor ville Jupiter se ud på himlen, og hvilken vinkel ville vi se det fra?"

For at begynde arbejdet med deres visualiseringer, Hurt delte de syv TRAPPIST-1 planeter op med Pyle, som deler kontor med ham i Caltechs IPAC-center i Pasadena, Californien.

Hurt har en ph.d. i astrofysik, og har arbejdet på centret siden han var post-doc forsker i 1996 - hvor astronomisk kunst kun var hans hobby.

"De skabte et job til mig, " han sagde.

Pyle, hvis baggrund er i Hollywood special effects, kom til Hurt i 2004.

Hurt henvender sig til Pyle for kunstnerisk inspiration, mens Pyle er afhængig af Hurt for at tjekke sin videnskab.

"Robert og jeg har vores skriveborde lige ved siden af ​​hinanden, så vi giver konstant feedback til hinanden, " sagde Pyle. "Vi fremmer hinandens spil, Jeg tror."

TRAPPIST-1 verdenerne bød dem begge på en unik udfordring. De to havde allerede et ry for at illustrere mange exoplaneter - planeter omkring stjerner ud over vores egen - men aldrig syv jorder på størrelse med jorden i et enkelt system. Planeterne klynger sig så tæt på deres stjerne, at et "år" på hver af dem - den tid det tager at fuldføre en enkelt bane - kan nummereres i Jordens dage.

Og ligesom det overvældende flertal af de tusindvis af exoplanter fundet i vores galakse indtil videre, de blev opdaget ved hjælp af indirekte midler. Der findes ikke noget teleskop i dag, der er kraftigt nok til at fotografere dem.

Ægte videnskab informerede deres kunstneriske vision. Ved at bruge data fra teleskoperne, der afslører hver planets diameter såvel som dens "vægt, " eller masse, og kendt stjernefysik til at bestemme mængden af ​​lys hver planet ville modtage, kunstnerne gik på arbejde.

Begge rådførte sig tæt med planeternes opdagelseshold, da de planlagde en NASA-meddelelse, der skulle falde sammen med en rapport i tidsskriftet Nature.

"Når vi laver disse kunstners koncepter, vi siger aldrig, 'Sådan ser disse planeter faktisk ud, "" sagde Pyle. "Vi laver plausible illustrationer af, hvordan de kunne se ud, baseret på hvad vi ved indtil videre. At have denne brede vifte af syv planeter lader os faktisk illustrere næsten hele bredden af, hvad der ville være plausibelt. Dette skulle være dette utrolige interstellare laboratorium for, hvad der kunne ske på en planet på størrelse med Jorden."

For TRAPPIST-1b, Pyle tog Jupiters vulkanske måne, Io, som inspiration, baseret på forslag fra videnskabsteamet. For den yderste verden, TRAPPIST-1t, han valgte to andre jovianske måner, den isindkapslede Ganymedes og Europa.

Efter at have talt med forskerne, Hurt portrætterede TRAPPIST-1c som tør og stenet. Men fordi alle syv planeter sandsynligvis er tidevandslåste, for evigt at præsentere det ene ansigt for deres stjerne og det andet for kosmos, han lagde en iskappe på den mørke side.

TRAPPIST-1d var en af ​​tre, der falder inden for stjernens "beboelige zone", eller den rigtige afstand væk fra det for at tillade muligt flydende vand på overfladen.

"Forskerne fortalte os, at de gerne ville se det portrætteret som noget, de kaldte en 'øjeæbleverden', "" sagde Hurt. "Du har en tør, varm side, der vender mod stjernen og en iskappe på bagsiden. Men et sted midt imellem, du har (en zone), hvor isen kan smelte og opretholdes som flydende vand."

På dette tidspunkt, Hurt sagde, kunsten greb ind. Forskerne afviste hans første version af planeten, som viste flydende vand trænge langt ind i "dagsiden" af TRAPPIST-1d. De hævdede, at vandet højst sandsynligt ville blive fundet et godt stykke inden for planetens mørke halvdel.

"Så skubbede jeg lidt tilbage, og sagde, 'Hvis det er på den mørke side, ingen kan se på det og forstå, at vi siger, at der er vand der, '" sagde Hurt. De indgik et kompromis:mere vand mod dagen, end videnskabsholdet kunne forvente, men en bedre visuel repræsentation af videnskaben.

Det samme skub og træk mellem videnskab og kunst strækker sig til andre former for astronomisk visualisering, om det er en Valentinsdag tegneserie af en stjerne, der pulserer som et hjerte i takt med sin planet, eller materialer til blockbuster-annonceringen af ​​den første påvisning af gravitationsbølger af Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory i februar 2016. De har også illustreret asteroider, neutronstjerner, pulsarer og brune dværge.

Visualiseringer baseret på data kan også informere videnskaben, fører til ægte videnskabelig indsigt. Forskernes konklusioner om TRAPPIST-1 syntes først at antyde, at planeterne ville blive badet i rødt lys, potentielt tilslørende træk som blåfarvede vandmasser.

"Det gør det svært virkelig at skelne, hvad der foregår, " sagde Hurt.

Hurt besluttede at undersøge sagen. En kollega forsynede ham med et spektrum af en rød dværgstjerne, der ligner TRAPPIST-1. Han overlejrede det med det menneskelige øjes "responsivitetskurver", og fandt ud af, at de fleste af forskernes "røde" kom fra infrarødt lys, usynlig for menneskelige øjne. Træk det fra, og det, der er tilbage, er en mere rødlig-orange nuance, som vi måske ser stående på overfladen af ​​en TRAPPIST-1-verden - "lignende den samme farve, som du ville forvente at få fra en pære med lavt wattforbrug, " sagde Hurt. "Og forskerne kiggede på det og sagde, 'Åh, Okay, store, den er orange.' Når matematikken fortæller dig svaret, der er virkelig ikke meget at skændes om."

For ondt, det egentlige mål med videnskabelig illustration er at begejstre offentligheden, engagere dem i videnskaben, og give et øjebliksbillede af videnskabelig viden.

"Hvis man ser på hele rumkunstens historie, når mange tilbage, mange årtier, du vil opdage, at du har en visuel registrering, " sagde han. "Kunsten er en historisk optegnelse over vores skiftende forståelse af universet. Det bliver en del af historien, og en del af forskningen, Jeg tror."