Planety oczy, planetarne wahadła

Zgodnie z obietnicą, przedstawiam Wam trochę wniosków i impresji z publikacji “Day ‘N’ Nite: Habitability of Tidally Locked Planets with Sporadic Rotation“. Dla niecierpliwych - jest to swego rodzaju rewolucja w myśleniu o niewielkich planetach w układach czerwonych karłów. Do tej pory dominowało myślenie o nich jako o dokonujących obrotu synchronicznego, co w swojej książce określam mianem “zakleszczenia grawitacyjnego”. Oznacza to, że tak jak Księżyc zawsze jest zwrócony do Ziemi tą samą stroną, tak planety krążące blisko mniejszych i chłodniejszych gwiazd będą zawsze kierować jedną stronę w kierunku gwiazdy. Oznaczałoby to, że jedna strona byłaby “nocną” a druga “dzienną”. Badanie wykazuje, że wielu przypadkach sprawa nie będzie tak prosta. Jednocześnie przemilczano sporo czynników, więc myślę, że to dopiero otwarcie nowego rozdziału w dyskusji na temat jednych z najciekawszych egzoplanet jakie przyjdzie nam badać w kolejnych latach.


][ Niedoskonałości i chaos ][

Dlaczego do tej pory dominowało przekonanie, że planety blisko gwiazd będą zakleszczone? Najprostsza odpowiedź jest taka, że obserwujemy podobny mechanizm w przypadku księżyców w układzie słonecznym. Jeśli działo niebieskie jest odpowiednio blisko swojego “primary” (większego ciała, które okrąża) to różnica grawitacji między stroną “bliższą” i “dalszą” jest na tyle istotna, że większe ciało będzie spowalniać obrót mniejszego. Obliczenia wskazują, że w przypadku wielu egzoplanet, które krążą blisko wokół czerwonych karłów (a tam jest dość ciepło by istniała woda w stanie ciekłym i działy się ciekawe dla nas rzeczy), powinno występować to zjawisko. To natomiast wywoływało wielkie dyskusje na temat tego, czy taka zakleszczona planeta może być dobrym miejscem dla życia.

Skoro tak, co się teraz zmienia? Autorzy badania wzięli pod uwagę serię innych czynników, które bardzo komplikują prosty model dużego i małego ciała. Nawet w przypadku naszego Księżyca sytuacja nie jest tak prosta - wykonuje on ruchy libracyjne, które w uproszczeniu można nazwać “chwianiem się” na swojej orbicie. Wynika to z tego, że orbity nie są idealnymi okręgami tylko elipsami oraz z reguły są choć trochę nachylone w stosunku do orbity głównego ciała. Dzięki temu na przykład z powierzchni Ziemi można zaobserwować w sumie niemal 60% powierzchni Księżyca (zerknijcie na Wikipedię, na hasło “Libracja” i zobaczcie animację naszego satelity). Już samo to wystarcza by stwierdzić, że nawet zakleszczonych planetach prawdopodobnie zawsze gwiazda na niebie będzie wykonywać pozornie mniejszy lub większy ruch okrężny. Do tego jednak dochodzą interakcje z innymi planetami w układach...

Wiemy, że egzoplanet jest dużo a układy planetarne często są liczne. Co więcej w przypadku czerwonych karłów często bywają to ciasno upakowane układy, czego idealnym przykładem jest bardzo sławny układ TRAPPIST-1. W układach takich istnieje tendencja do powstawania rezonansów orbitalnych - to znaczy, że na jakąś liczbę okrążeń jednej planety przypada jakaś wielokrotność okrążeń drugiej. Czasem to proste - w czasie, gdy Europa okrąża Jowisza raz, bliższy gazowemu olbrzymowi Io wykonuje aż dwa okrążenia. Kiedy indziej jest to bardziej złożone i w układzie TRAPPIST-1 kolejne planety łączą takie rezonanse jak osiem do pięciu czy cztery do trzech. To sprawia, że planety dają sobie regularnie grawitacyjnego “prztyczka”, który jak wynika z nowego badania może sporo namieszać.


][ Symulacje i więcej chaosu ][

Autorzy badania zajęli się symulowaniem relacji w komputerowej wersji układu TRAPPIST-1. Jak się okazało ta planetarna karuzela może zachowywać się bardzo, ale to bardzo chaotycznie. Autorzy wyróżniają cztery stany w jakich znajdować być planeta - obrotowy (dobrze znany nam, Ziemianom), zakleszczony (dwa typy) oraz chaotyczny. Stan chaotyczny to taki, gdy na przestrzeni miesięcy planeta oscyluje między dwoma stanami, czyli czasem się obraca a czasem jest zwrócona jedną stroną w kierunku gwiazdy. Wyróżnili też cztery okresy w jakich mogą występować te stany - krótki (poniżej 100 lat), średni (100-500 lat), długi (500-900 lat) oraz quasi-stabilny (od 900 do milionów lat).

Co to oznacza? Że na przykład w jednej z symulacji planeta TRAPPIST-1d po setkach tysięcy lat niezmiennej orientacji względem czerwonego karła (jeśli pominąć librację) nagle zaczyna powolny ruch obrotowy (bardzo wolny, np raz na kilka ziemskich lat). Stan ten trwa przez kilkaset lat, po czym rotacja znów zaprzestaje.

Z grubsza rzecz ujmując wygląda na to, że wszystko jest możliwe. Autorzy skupiają się szczególnie na kilku z kilkuset symulacji, co mnie nie zachwyciło. W pracy dostępny jest histogram dla wszystkich symulacji, gdzie wygląda na to, że chaos z czasem ustępuje różnym rozkładom zakleszczenia i ruchów obrotowych ale widać tam też podejrzane piki. Symulacje, którym poświęcili więcej uwagi, pokazują bardzo różne możliwości - zarówno przypadek gdzie w zasadzie co sto lat lub częściej planeta zmienia swój stan i czasem jest on chaotyczny, czasem obrotowy, czasem zakleszczony. Inna symulacja pokazała planetę, która 75% czasu spędza długich okresach gdzie trwa jeden stan, w 82% przypadków będący zakleszczeniem.


][ Wnioski i ograniczenia badania ][

Co to wszystko oznacza? Ciężko powiedzieć coś więcej poza tym, że egzoplanety wokół małych, długowiecznych gwiazd prawdopodobnie nie cieszą się tak stabilnymi warunkami (złymi lub dobrymi) jak mogło się wydawać. Więc dywagacje na temat życia na nich stały się jeszcze bardziej skomplikowane.

Z pewnością wydaje się, że kilkuletni cykl dnia i nocy wydaje się koszmarem dla biosfery opartej o fotosyntezę. Choć bieguny takich planet mogą odczuć te problemy w mniejszym stopniu. Autorzy jednak sami kapitulują, twierdząc, że dynamiczne zmiany klimatu w czasie zmian między stanami byłyby trudne do symulowania. Zakładają też, że nawet jeśli na nocnej stronie był lód i zostaje ona skierowana do słońca, nie dochodzi do zmian w czapach lodowych…

… Co mocno mnie zszokowało, bo pisząc tekst “Kataklizm jakiego Ziemia nie widziała” skupiłem się przede wszystkim na potencjalnym wpływie zmiany rozkładu masy na takiej planecie. Atmosfera i masy wody mogą mieć ogromny wpływ na zachowanie tych planet i zaniedbanie tego przez autorów jest tyleż uzasadnione co kluczowe. Czy wiecie, że na szczycie wysokiej na 300 metrów Sydney Tower znajduje się zbiornik z 150 tonami wody, która zmniejsza oscylacje wieży?

Jak to zwykle bywa - czekamy na kolejne badania, a najlepiej na obserwacje realnych egzoplanet, które mogą powiedzieć więcej o tym jak jest naprawdę. Tymczasem bardzo bym chciał, żeby ktoś teraz przyjrzał się Io, Europie i Ganimedesowi aby stwierdzić, czy widać ślady, że i one kiedyś przechodziły okresy chaosu czy obrotów. Wymieniliśmy maile z Jasonem Steffenem, jednym z autorów badania, który potwierdził, że to ciekawy kierunek, ale są małe szanse by w układzie Jowisza znaleźć ślady okresów rotacji księżyców. Więcej nadziei pokłada w symulacjach uwzględniających masy atmosfer i oceanów egzoplanet.


Źródła:
Day ‘N’ Nite: Habitability of Tidally Locked Planets with Sporadic Rotation
Kataklizm jakiego Ziemia nie widziała
Moja książka - Niebo pełne planet (dodruk papierowej wersji już niedługo)

Sama Altmana pomysł na przyszłość

Na pewno wszyscy już słyszeliście o propozycji wstrzymania badań nad sztuczną inteligencją, z racji zagrożeń, jakie niesie z sobą. U mnie apel ten wywołał on tylko pusty śmiech. Może intencje są dobre, niewątpliwie zagrożenia są bardzo realne… tylko kto wierzy, że ten apel odniesie skutek? Może podziałać na niektóre firmy (choć to wątpliwe), ale nie zatrzyma wyścigu. Co więcej może dać fory tym, którzy działają najmniej transparentnie i nie zawahają się by użyć sztucznej inteligencji w złym celu.

Znacznie bardziej przekonałby mnie apel nawołujący do niezwłocznego przygotowania świata na to co przyjdzie, czy tego chcemy czy nie. A ostatnie tygodnie pokazują, że rewolucja AI już się zaczęła. Wiemy jednak, że naukowcy przestrzegali też przed pandemią. I przed zmianami klimatycznymi. Od dziesięcioleci.

22 kwietnia 1904 roku na świat przyszedł Robert Oppenheimer. 81 lat później urodził się Sam Altman. Zbieżność tyleż przypadkowa co symboliczna. Bo to nad czym pracuje Altman, może być równie dobrodziejskie i niszczycielskie co energią jądrowa. Czas pokaże na ile analogia jest trafna. Energia jądrowa wpierw posłużyła jako broń, dziś jest źródłem taniej, stabilnej, bezpiecznej dla ludzi i środowiska energii, której niestety nie używamy w takim zakresie jak powinniśmy. Nie sądzę jednak, żeby dżina SI udało się zakorkować w jakiejkolwiek butelce.

Co więcej już teraz te narzędzia mają ogromny potencjał czynienia zła. Modele takie jak ChatGPT już teraz można instalować i uczyć lokalnie, nawet używając zwykłego dostępnego komercyjnie komputera. Wystarczy więc pozbawiony charyzmy idiota, żeby nakarmić taki model podłymi treściami i kazać mu przygotować kampanię fejk newsów albo napisać jego chore rojenia w taki sposób, który może porwać tłumy. Biorąc pod uwagę jak bez takich narzędzi wpływano już na wybory w niektórych krajach nie łudźmy się, że ktoś będzie mieć opory.

Myślę jednak, że AI nie zniszczy świata. Ale cyberpunkowa dystopia wydaje mi się całkiem realna. Choć sztuczna inteligencja ma wszelki potencjał by dać ludzkości rozwój i dobrobyt. Może dać nam lepszą medycynę, dokonywać odkryć, które umykają naszym umysłom, odciążyć nas z ciężkich, męczących i nudnych zadań, uwolnić nasz czas i umysły od nich oraz od niszczycielskiego stresu. Albo pozbawić nas pracy i zniszczyć miliony żyć.

Sam Altman, dyrektor naczelny OpenAI wydaje się zdawać sobie sprawę z pełnego wachlarza możliwych skutków powstania AGI (Artificial General Intelligence, czyli silniej AI, której zdolności równają się ludzkiemu mózgowi lub go przekraczają). Opublikował niedawno interesujący artykuł “Moore's Law for Everything” w którym kreśli obraz teraźniejszości i możliwej przyszłości.

Słusznie zestawia rewolucję AI z trzema technologicznymi rewolucjami - rolniczą, przemysłową i komputerową. Maszyny zdolne do myślenia, rozumowania, wnioskowania i tworzenia w ciągu kilku dekad mogą się przyczynić do rozwoju który przebije postęp ludzkości od wynalezienia koła. Warto zastanowić się nad tą przyszłością. Kiedyś przeczytałem ciekawą myśl - że dobry futurolog to nie ten, który widząc Forda model T przewidzi bolidy Formuły 1. To ten, który przewidzi korki uliczne.

Altman mówi, że AI może kolosalnie zmniejszyć koszt wszelkich dóbr - od żywności, przez usługi medyczne po wszelką rozrywkę, tym samym wzbogacając wszystkich. Podsuwa pomysł opodatkowania kapitału a nie pracy. Podatek w postaci udziałów w firmie, który zależy od wartości firmy a nie przychodów sprawia, że nie próbują one ukrywać zysków, co więcej wszystkim udziałowcom zależy na wzroście jej wartości. Podatek taki musiałby być znacznie niższy niż tempo wzrostu… zresztą po detale odsyłam do artykułu, jest to co najmniej interesujące. To co kluczowe - Altman skłania się w kierunku jakiejś formy UBI (Universal Basic Income) niedawno wspominał, że OpenAI aktywnie bada takie rozwiązania.

W jednym z wywiadów wspomniał też, że OpenAI może potencjalnie przejąć znaczną część bogactwa świata przez technologie silnej sztucznej inteligencji a następnie rozdystrybuować ją ludziom. Jak? Tego jeszcze nie wie, ale powiedział, że to problem w którym mogłaby pomóc silna sztuczna inteligencja.

Moje podejście do tej idei mocno ewoluuje. Kiedyś sądziłem, że jak najbardziej, że biorąc pod uwagę w jaką stronę idzie świat, to trochę jak skok nad przepaścią i SI może być odpowiednikiem złapania krawędzi po drugiej stronie. Eksplozja inteligencji, która dalece przekroczy nasze możliwości i ograniczenia, która będzie mogła odpowiedzieć na nasze problemy i pytania. Wiecie - powie jak się uporać z głodem, zmianami klimatycznymi, nierównościami itd. Potem jednak przyszedł czas pierwszych słabych SI, które może lepiej diagnozują raka, ale w przypadku procesów rekrutacji czy wspierania systemu sądownictwa dziedziczą nasze uprzedzenia. Tyle, że… właśnie dzięki temu, że tak szybko poznaliśmy te problemy i ograniczenia, możemy sobie z nimi poradzić. Także teraz podnosząc takie wątpliwości, czuję się jak internetowi geniusze, uświadamiający firmy kosmiczne, że w kosmosie jest radiacja (do notki dołączam przeróbkę świetnego komiksu CommitStrip).


Źródełka:
Sam Altman's Plans, Jobs & the Falling Cost of Intelligence
Moore's Law for Everything
The ChatGPT King Isn’t Worried, but He Knows You Might Be

Oryginał komiksu ComicStrip

TOLIMAN poszuka planet w układzie Alfa Centauri

Możecie uznać mnie za dziwaka, ale ogłoszenie pierwszej załogowej misji Artemis nie porwało mnie aż tak, jak informacja o niewielkim satelicie, który powinien trafić na orbitę przed końcem 2024 roku. Po pierwsze, średnio mnie interesuje kto konkretnie poleci na Księżyc, bardziej czekam na to żeby rzeczywiście tam polecieli. Po drugie, pierwszy załogowy lot Artemis niestety “tylko” okrąży Księżyc. Żeby nie było - to i tak będzie najdalsza wycieczka ludzi od pięćdziesięciu lat. Ponadto, jeśli się powiedzie, potwierdzi gotowość znacznej części technologii potrzebnych do kolejnej misji, tej w której ludzie rzeczywiście postawią nogi na Srebrnym Globie. Kręci mi się w głowie na myśl o przepaści między obrazem i ogólną jakością relacji w mediach w porównaniu do czasów Apollo.

No ale na to jeszcze poczekamy. Tymczasem chcę Wam powiedzieć o teleskopie TOLIMAN. Ten malutki satelita jest pierwszą w historii misją, której celem będzie poszukiwanie egzoplanet krążących w ekosferze w jednym konkretnym układzie*. Mowa tu o Alfa Centauri, naszym najbliższym sąsiedztwie. O ile w przypadku Proximy, najbliższej z trzech gwiazd składających się na ten układ udało się odnaleźć planety metodą dopplerowską, to dwie podobne do Słońca gwiazdy α Cen A (znana też jako Rigil Centaurus) oraz α Cen B (znana też jako Toliman) wymykają się dotychczas naszym badaniom.

Ich oś obrotu sprawia, że planety nie dokonują tranzytów - nie przechodzą przez tarczę gwiazd. Można by powiedzieć, że to pechowa orientacja, ale prawdę powiedziawszy, zakładając losową orientację układów planetarnych, szanse na uchwycenie tranzytu bliźniaczki Ziemi (to znaczy planety krążącej w podobnej odległości od podobnej gwiazdy) wynoszą raptem około 0,29%. Metoda dopplerowska też się tu nie nadaje. Istnieje inna metoda, która może pozwolić odkryć lub wykluczyć istnienie planet. Mowa o astrometrii.

Stwierdzenie, że planety krążą wokół gwiazd jest bardzo sensownym skrótem myślowym. W rzeczywistości gwiazdy i planety krążą wokół wspólnego środka ciężkości. Wpływ grawitacji Ziemi sprawia, że centrum Układu Słonecznego jest przesunięte względem centrum naszej gwiazdy o jakieś 200 kilometrów. Jako, że średnica Słońca to 1 392 700 kilometrów łatwo zrozumieć, że powyższe uproszczenie jest mocno usprawiedliwione. Śledząc taniec gwiazd na niebie, można szukać niewidocznych egzoplanet. Do tej pory udawało się to w przypadku lekkich gwiazd i bardzo masywnych planet.

Peter Tuthill, pomysłodawca misji TOLIMAN, jest przekonany, że jego mały teleskop poradzi sobie z Alfą Centauri i potencjalnymi planetami wielkości Ziemi. Porównuje on to wyzwanie do obserwacji piłki do nogi w Singapurze obserwowanej z Sydney, która przemieszcza się o grubość ludzkiego włosa. Kluczowym czynnikiem jest tu precyzyjny pomiar a ten umożliwi natura Alfy Centaura. Fakt, że mamy do czynienia z dwiema gwiazdami o bardzo podobnej jasności sprawi, że bardzo dokładny pomiar przesunięć o wielkość rzędu 200 kilometrów będzie możliwy.

Z racji na to jak podobne są obie gwiazdy, ich ekosfera jest podobna do naszej lokalnej. Jedno z przybliżeń mówi, że ekosfera α Cen A sięga od 0,8 do 2,4 AU co przekłada się na orbity o okresie od 239 do 1240 ziemskich dni, a dla α Cen B sięga od 0,5 do 1,4 AU, co z kolei oznacza orbity o okresie od 136 do 636 dni. Peter Tuthill sądzi że około trzech lat obserwacji powinno starczyć by zebrać dość danych, żeby potwierdzić lub wykluczyć istnienie egzoplanet o masach podobnych do Ziemi w odległości, która pozwalałaby na istnienie wody w stanie ciekłym.

Na grafice umieściłem ekosfery obu gwiazd i ich odległość z zachowaniem skali. Przerywaną linią zaznaczyłem orbitę o rozmiarze 1 AU, czyli odpowiadającą Ziemi. Zakładając że istotnie uda się wysłać TOLIMANa w kosmos w 2024, już pod koniec 2027 możemy liczyć na wyniki. Mam nadzieję, że obędzie się bez opóźnień. I że do tej pory ludzkość zdąży wrócić na Księżyc.


* - w ramach propozycji TOLIMANa mówi się o obserwacji pobliskich gwiazd, ale wyzwanie rzucone przez Breakthrough Initiative tyczyło się Alfy Centauri no i przez pierwsze 3+ lata teleskop będzie skupiony na tym jednym układzie.


Źródełka:
The worlds next door: looking for habitable planets around Alpha Centauri
Wywiad Frasera Caina z Peterem Tuthillem
Of the Two Stars in Alpha Centauri, One is Probably More Habitable than the Other