Kąsnelis Visatos CCXXIV: Naujos egzoplanetos

Praėjusią savaitę buvo paskelbta apie daugybę naujų egzoplanetų, kurių pririnko Kepleris. Tarp kitų naujienų – deguonis Marse, daugiau Merkurijaus tranzito vaizdų, nykštukinės planetos dydžio patikslinimas ir taip toliau. Apie visa tai skaitykite po kirpsniuku.

***

Sakalo skrydis. Lapkričio mėnesį į pirmąjį darbinį skrydį turėtų pakilti SpaceX raketa Falcon Heavy. Ši raketa kuriama jau ne vienerius metus, o pirmieji skrydžiai buvo planuojami išvis 2013 metais, bet vėliau SpaceX susikoncentravo į daugkartinio naudojimo raketų gamybą, taigi šis projektas buvo kiek atidėtas. Falcon Heavy bus galingiausia šiuo metu veikianti raketa, į geostacionarią orbitą (~30 tūkst. km aukštį) galės iškelti 22 tonų krovinį. Tiesa, jei raketą bus bandoma išsaugoti tolesniam naudojimui, jai reikės daug papildomo kuro, ir galima krovinio masė sumažės iki 8 tonų. Visgi tokios masės yra tikrai didelės (palyginimui – United Launch Alliance raketa Delta-4 Heavy pakelia 14 tonų, o Arianespace Ariane5 – dešimt su puse). Koks krovinys bus gabenamas šiuo skrydžiu – dar neaišku, bet SpaceX atstovai teigia, kad tai turėtų būti palydovas, skirtas arba komerciniams, arba JAV saugumo tikslams.

***

Sena atmosfera. Net dvi naujienos iš praeitos savaitės kalba apie Žemės atmosferą senais laikais. Tie laikai buvo prieš 2,7 milijardo metų. Atmosfera tada buvo labai kitokia, nei dabartinė – mažai deguonies, didelis tankis… ar bent jau taip buvo manoma iki šiol. Nauji atradimai verčia peržiūrėti abu šiuos teiginius. Ištyrę kelias dešimtis mikrometeoritų, mokslininkai nustatė, kad viršutiniuose atmosferos sluoksniuose buvo daug daugiau deguonies, nei arti Žemės paviršiaus, galbūt net tiek pat, kiek šiandieninėje atmosferoje. Mikrometeoritai greičiausiai subyrėjo kelių dešimčių kilometrų aukštyje virš Žemės paviršiaus, o jų paviršius padengtas geležies oksidu – tai reiškia, kad krisdami toliau, jie sąveikavo su nemažu deguonies kiekiu atmosferoje. Tyrimo rezultatai publikuojami Nature.

Tuo tarpu kita tyrėjų grupė nagrinėjo Australijoje randamose senose lavos tėkmėse sustingusius burbuliukus. Šių burbuliukų dydis priklauso nuo atmosferos slėgio tuo metu, kai lava dar nebuvo sustingusi. Išmatavę burbuliukų skersmenis, mokslininkai nustatė, kad prieš 2,7 milijardo metų Žemės atmosfera greičiausiai buvo retesnė, nei dabar. Gali būti, kad atmosfera praretėjo lyginant su dar ankstesne tankesne, kai pirmosios gyvybės formos ėmė sparčiai vartoti azotą. Vėliau, atsiradus deguonį gaminančiai gyvybei, azotas ir deguonis buvo išmetami į atmosferą ir ji vėl sutankėjo maždaug iki dabartinio slėgio. Tyrimo rezultatai publikuojami Nature Geoscience.

***

Magnetinės audros. Saulės vėjas, sąveikaudamas su Žemės magnetosfera, apgaubia Žemę ir yra nustumiamas į šalis. Tam reikalingas magnetinio persijungimo procesas – Saulės magnetinio lauko linijos, pasiekusios žemiškąsias, susijungia su jomis. Šis procesas daug nagrinėtas skaitmeniniais modeliais ir laboratoriniais eksperimentais, tačiau tik dabar pavyko jo eigą pamatyti realybėje. Keturi NASA zondai, sudarantys MMS (Magnetospheric MultiScale mission) programą, skraidydami persijungimo regione, labai sparčiai stebėjo elektringų dalelių judėjimą, ir nustatė, kaip vyksta persijungimo procesas ir kaip jo metu magnetinio lauko energija perduodama protonams ir elektronams. Visi gauti duomenys puikiai atitiko teorinį ir laboratorinį supratimą apie magnetinio lauko persijungimą. Tyrimo rezultatai publikuojami Science.

Žemės magnetinis laukas kartais apsiverčia – šiaurinis polius tampa pietiniu. Tai vyksta reguliariai, tarp apsivertimų praeina 200-300 tūkstančių metų, tačiau po paskutinio apsivertimo praėjo jau gerokai daugiau laiko, taigi gali būti, kad magnetinis laukas apsivers kažkada visai netrukus. Pastaruoju metu vykdomi detalūs magnetinio lauko stiprumo tyrimai rodo gana greitus – per keletą mėnesių vykstančius – procentų lygio stiprumo pokyčius. Ar jie žymi magnetinio lauko apsivertimo pradžią, ar yra natūralių nuolatos vykstančių svyravimų dalis – nežinia.

***

Tranzito mokslas. Praeitą pirmadienį įvykęs Merkurijaus tranzitas Saulės disku į internetus atnešė labai daug nuotraukų, kurių šiek tiek rasite čia, o čia – aukštos raiškos tranzito filmukas. Tranzitas pasitarnavo ir moksliniams tikslams – jo stebėjimai leido patikslinti egzoplanetų tranzitų stebėjimų interpretaciją.

Prieš metus pasibaigusios MESSENGER misijos duomenys sudėti į detaliausią kada nors padarytą Merkurijaus merkurlapį. Šiuose žemėlapiuose aiškiai pavaizduoti ir paviršiaus darinių aukščiai bei gyliai, taigi galima įsivaizduoti, kad skrendame virš planetos paviršiaus.

***

Marso deguonis. Marso atmosferoje yra šiek tiek deguonies. Labai nedaug, todėl ir aptikti jį – pasiutusiai sudėtinga. Viking ir Mariner zondai, nusileidę Marso paviršiuje aštuntajame dešimtmetyje, deguonį užfiksavo, bet vėliau to pakartoti nepavyko (tiesa, atrodo, nelabai buvo ir bandoma). Dabar pagaliau pasiekimas pakartotas, tik jau iš Žemės. Teleskopu SOFIA, kuris stebi infraraudonuosius spindulius ir yra įrengtas specialiai pritaikytame lėktuve, kuriuo galima pakilti į 11-13 km aukštį, nustatytas atominio deguonies (t. y. palaidų deguonies atomų) spektrinis signalas. Signalas labai silpnas, nes deguonies, kaip minėta, labai nedaug – kvėpuoti tikrai neverta bandyti. Bet apskritai rezultatas įdomus. Jis publikuotas Astronomy & Astrophysics.

Kad jau prakalbome apie deguonį Marse, štai jums ir filmukas apie tai, kada ten galės gyventi žmonės. Na, ar bent jau numirti:

[tentblogger-youtube bYfgvyxvPnc]

***

Saturno ašigalio sūkurys. ©NASA/JPL/Space Science Institute

Saturno ašigaliuose sukasi vėtros, kurių skersmenys palyginami su visos Žemės dydžiu. Šiauriniame ašigalyje vėtra yra šešiakampės formos. Pietinio sūkurio vaizdai sutinkami ne taip dažnai, bet irgi yra įspūdingi. Čia matome Cassini zondo padarytą labai detalią nuotrauką, kurios vienas pikselis atitinka du kilometrus Saturno paviršiaus.

***

Plutono klasifikacija. Plutono sąveika su pro šalį lekiančiu Saulės vėju yra panašesnė į planetų, nei į asteroidų ar nykštukinių planetų. Nors taip toli nuo Saulės jos vėjas yra silpnas, bet elektringos dalelės ten vis tiek lekia ir sąveikauja su planetų atmosferomis. New Horizons duomenys parodė, kaip Plutono atmosfera reaguoja į Saulės vėją – pasirodo, ji yra nupučiama gerokai menkiau, nei buvo tikimasi. Taip savo atmosferą išlaiko planetos. Iš kitos pusės, prieš Plutoną Saulės vėjas šiek tiek sulėtėja ir susiformuoja silpna smūginė banga, panašiai kaip kometose. Taigi bendrai paėmus Plutono sąveika su Saulės vėju turi Saulės sistemoje unikalių savybių. Tyrimo rezultatai publikuojami Journal of Geophysical Research.

***

Nykštukės dydis. Saulės sistemos pakraštyje, nuo Saulės nutolęs per maždaug 67 astronominius vienetus (AU; 1 AU – vidutinis atstumas tarp Saulės ir Žemės; Plutonas nuo Saulės nutolęs per maždaug 37 AU), sukasi objektas, kol kas neturintis vardo, žinomas tik katalogo numeriu $$2007 OR_{10}$$. Naujausi jo stebėjimai, atlikti Heršelio kosminiu teleskopu ir Keplerio misijos K2 metu, parodė, kad jis iš tiesų yra gana didelis – tarp 1310 ir 1610 km, o tikėtiniausias skersmuo yra 1535 km. Tai reiškia, kad už jį didesnės yra tik dvi nykštukinės planetos – Plutonas (2374 km) ir Eridė (2236 km). Dar panašaus dydžio yra Haumėja, kurios forma labai pailga ir viena kryptimi ilgis siekia 1920 km, tačiau kita yra gerokai mažesnis. Makemakės skersmuo – 1430 km. Taigi $$2007 OR_{10}$$, iš pradžių dar vadintas Snieguole (nes buvo manoma, kad jis atspindi labai daug Saulės šviesos, bet vėliau paaiškėjo, kad tai visai netiesa, todėl ir pravardė pranyko), iš tikro yra visai nemažas kūnas. Bet jis neturi vardo! Koks tas vardas bus – kol kas nežinia; teisę jį siūlyti pirmiausiai turi objekto atradėjai. Kitos planetos – ir didelės, ir nykštukinės – pavadintos įvairiais dievais; dauguma romėniškaisiais, bet ne taip seniai atrastos nykštukinės pavadintos pagal kitų religijų dievus. Ech, kad taip pasiūlytų kokį Eru ar Manvę… Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Keplerio radiniai. Praeitą savaitę paskelbta apie 1284-ių naujų egzoplanetų atradimą. Na, toks teiginys nėra visiškai teisingas: apie šias planetas žinojome jau anksčiau, bet dabar patvirtinta, kad jos beveik neabejotinai egzistuoja. Kaip šitai suprasti? Reikalas čia yra toks, kad egzoplanetos aptiktos Keplerio teleskopu, kuris matuoja planetų tranzitus. Tačiau tranzitas – periodinis žvaigždės šviesio sumažėjimas – gali įvykti ir dėl kitų priežasčių, pavyzdžiui ilgalaikės žvaigždės dėmės arba kompanionės rudosios nykštukės (kuri yra daugiau nei 13 kartų masyvesnė už Jupiterį ir planeta nelaikoma). Taigi Keplerio atrastos planetos vadinamos planetomis-kandidatėmis, ir šiuos atradimus reikia kažkaip patvirtinti. Paprastai patvirtinimo siekiama stebint žvaigždę su antžeminiais teleskopais, galinčiais išmatuoti žvaigždės judėjimo greitį; jei aplink žvaigždę sukasi planeta, matysime, kaip žvaigždė juda tai truputį tolyn nuo mūsų, tai truputį artyn, lyginant su vidutiniu jos greičiu. Šitaip aptikta planeta jau laikoma patvirtinta. Bet šįkart grupė mokslininkų nusprendė padaryti kitaip – jie pasinaudojo geriausiu mūsų supratimu apie žvaigždžių dėmes, rudąsias nykštukes ir kitus galimus reiškinius, kurie gali apsimesti planetomis, ir nustatė kiekvienos Keplerio atrastos planetos realumo tikimybę. Visi radiniai, kuriems tikimybė būti realiems yra didesnė, nei 99 procentai, paskelbti tikromis egzoplanetomis. Taip dar kartą patvirtintas jau anksčiau aptiktų 984 planetų egzistavimas, aptiktos 1284-os naujos egzoplanetos, o dar 1327-os greičiausiai irgi yra tikros egzoplanetos, bet šis teiginys nėra toks tvirtas, kad jas būtų galima patvirtinti. Dar 707 Keplerio radiniai greičiausiai yra ne planetos. Šitaip patvirtintų egzoplanetų skaičius išauga iki maždaug 3200, o Kepleriui priklauso daugiau nei 2200-ų atradimas. Tyrimo rezultatai arXiv.

Tarp naujai aptiktų planetų maždaug 550 yra pakankamai mažos, kad greičiausiai būtų uolinės. Tiesa, visiško Žemės analogo – planetos, kurios masė ir motininė žvaigždė atitiktų žemiškąsias – kol kas nėra, nors dvi – Keplerio-1229b ir Keplerio-1638b – yra tikrai panašios, pirmoji mase, antroji motininės žvaigždės ir orbitos savybėmis. Apskritai tarp naujųjų planetų yra devynios, panašios į Žemę ir patenkančios į savo žvaigždžių gyvybines zonas – sritis, kuriose temperatūra tinkama skystam vandeniui egzistuoti. Šie nauji duomenys patvirtina jau anksčiau išryškėjusį paveikslą – į Žemę panašios ar šiek tiek už ją didesnės uolinės planetos yra dažniausiai sutinkamas planetų tipas Galaktikoje. Maždaug kas ketvirta Paukščių Tako žvaigždė turėtų turėti po uolinę planetą gyvybinėje zonoje.

Tarp naujai paskelbtų egzoplanetų akį traukia viena sistema, Keplerio-223, kurioje yra keturios planetos, surakintos į orbitinį rezonansą. Tai reiškia, kad visų planetų metų trukmių santykiai gali būti išreiškiami nedidelių natūraliųjų skaičių santykiais. Keplerio-223 atveju šie skaičiai yra 8:6:4:3, t. y. kol vidinė planeta apsuka aštuonis ratus aplink žvaigždę, antroji apsuka šešis, trečioji – keturis, o ketvirtoji – tris. Saulės sistemoje panašūs rezonansai egzistuoja tarp Neptūno ir Plutono (3:2) bei kai kurių Jupiterio palydovų. Visgi šis atradimas – tikrai stebinantis, nes Keplerio-223 yra šešių milijardų metų amžiaus. Per tiek laiko rezonansą tikrai galėjo suardyti net ir netoliese skraidantys asteroidai arba kokia kita sistemos planeta, jei tokia egzistuotų, mat rezonansai dažniausiai yra gana nestabilios konfigūracijos. Tyrimo rezultatai publikuojami Nature.

***

Gyvybė Galaktikoje? Balandžio mėnesį vykusiame JAV fizikų draugijos suvažiavime daug dėmesio skirta nežemiškos gyvybės paieškoms ir bandymams įvertinti, kiek nežemiškų civilizacijų galėtų būti Paukščių Take ar visoje Visatoje. Šis įvertinimas remiasi pusšimčio metų senumo Dreiko lygtimi, kuria bandoma priskirti skaitines vertes įvairiems civilizacijai atsirasti reikalingiems aspektams – nuo žvaigždžių formavimosi spartos Galaktikoje iki tikimybės, kad planetoje atsiradusi gyvybė taps protinga ir sukurs civilizaciją bei pradės komunikuoti. Aišku, daugumos šių faktorių verčių mes nei žinome, nei realiai galime įsivaizduoti, bet tai netrukdo bandyti juos sudauginti; taip gaunami rezultatai, kad šiuo metu Galaktikoje yra gal tik dvi komunikuojančios civilizacijos, o gal jų yra 200 milijonų. Bet klausimą, ar mes esame vieniši, galima nagrinėti ir kitaip – remiantis egzoplanetų atradimais ir netgi Paukščių Tako tinkamumu uolingoms planetoms formuotis. Pasirodo, masyvesnėse galaktikose susiformuoti uolinėms planetoms tikimybė yra didesnė, tačiau Paukščių Tako masės galaktikų yra daugiau, taigi mūsų egzistavimas būtent tokioje galaktikoje neturėtų būti netikėtas. Tuo tarpu Saulės sistemos konfigūracija atrodo gana išskirtinė – dauguma kitų žinomų sistemų turi masyvias planetas prie žvaigždės, o mažesnės masės – toliau, priešingai, nei pas mus. Ar tai svarbu gyvybės formavimuisi? Atsakymas yra tvirtas galbūt. Ar šios diskusijos yra niekur nevedantis filosofavimas? Kol kas filosofijos čia daugiau, nei mokslo, bet nebūtinai taip bus ateityje; o tokie svarstymai gali padėti nuspręsti, kokiais būdais geriausia ieškoti nežemiškos gyvybės, nesvarbu, protingos ar ne.

***

Savaitės filmukas – apie besiplečiančią supernovą. Jos šviesa mus pasiekė 1572-aisiais metais, bet jos liekana vis dar plečiasi. Ir penkiolika metų rentgeno spindulių stebėjimų bei trisdešimt metų radijo bangų stebėjimų leidžia pamatyti tą plėtimąsi gyvai. Filmuką sukūrė Chandra rentgeno spindulių teleskopo komanda, bet jūtūbėje radau tik apkarpytą versiją be autorių įvardinimo:

[tentblogger-youtube 0YmEaqTXKhg]

***

Reliatyvumas veikia. Bendroji reliatyvumo teorija labai gerai paaiškina bendrą Visatos evoliuciją beveik nuo Didžiojo sprogimo iki mūsų dienų. Ja paremtas kosmologinis modelis, vadinamas ΛCDM (Lambda, t. y. tamsiosios energijos, ir šaltosios tamsiosios materijos), paaiškina kosmologinių struktūrų formavimosi eigą. Dabar pirmą kartą patikrinta, ar šio modelio prognozės apie labai tolimų galaktikų telkimąsi į struktūras atitinka realybę. Tam pasirinktos beveik 3000 galaktikų, patekusių į Japonijos teleskopo Subaru apžvalgą. Šių galaktikų šviesa iki mūsų keliavo daugiau nei 9 milijardus metų, taigi stebėdami jas, žvelgiame į Visatos vaizdą, kai ji buvo trigubai jaunesnė, nei dabar. Išmatavus šių galaktiktų pasiskirstymą dangaus plokštumoje ir jų raudonojo poslinkio (kuris nurodo atstumą) pasiskirstymą, apskaičiuoti nukrypimai nuo tolygumo, t. y. nustatyta, kiek smarkiai galaktikų tarpusavio gravitacija jas spėjo sutelkti į spiečius. Nuokrypio vertė labai gerai atitinka ΛCDM modelio prognozes. Anksčiau šie nuokrypiai buvo patikrinti artimesnėms galaktikoms ir taip pat puikiai atitiko. Šis rezultatas ne tik patvirtina, kad ΛCDM modelio prognozės atitinka realybę, bet ir suteikia dar vieną būdą patikrinti alternatyvias, pavyzdžiui modifikuotos gravitacijos, kosmologines teorijas. Tyrimo rezultatai arXiv http://arxiv.org/abs/1511.08083.

***

Štai ir visos naujienos, kurias surinkau šį kartą. Kaip visada, laukiu jūsų klausimų ir komentarų.

Laiqualasse

2 comments

Leave a Reply

El. pašto adresas nebus skelbiamas. Būtini laukeliai pažymėti *