Kąsnelis Visatos CCLXXIV: Susidūrimai

Praėjusią savaitę Cassini praskrido pro Saturno žiedus, sužinojome apie Marsą trankiusių meteoritų istoriją ir apie heliosferos formą, ir dar daug visokių įdomybių. Kaip visada, skaitykite apie jas po kirpsniuku.

***

Savaitės filmukas – apie mokslą, kurį galima daryti iš Mėnulio. Mėnulyje nėra atmosferos, todėl ten stovintys teleskopai galėtų daryti daug detalesnius stebėjimus, nei esantys Žemėje. Kokios yra Mėnulio teleskopų perspektyvos ir problemos, pasakojama kanale PBS Space Time:

***

Saulės išsiveržimų priežastis. Saulėje būna dviejų tipų išsiveržimai: vainikinės masės išmetimo įvykiai ir žybsniai. Kartais jie sutampa, kartais – ne, ir ilgą laiką buvo manoma, kad juos sukelia skirtingi procesai. Žybsniai, senuoju mąstymu, kildavo tada, kai susisukusios magnetinio lauko linijos „persijungdavo“ ir taip išskirdavo daug energijos bei išmesdavo šiek tiek medžiagos (tai vadinama disipatyviu procesu). Tuo tarpu vainikinės masės išmetimui magnetinio lauko persijungimo nereikėdavo, medžiaga tiesiog atsiskirdavo nuo Saulės. Bet naujausi stebėjimai rodo, kad abu procesai yra gana panašūs, o dabar tai patvirtina ir skaitmeniniai modeliai. Magnetiniame lauke įstrigusio plazmos cilindro evoliucija pasirodė galinti paaiškinti ir mažo, ir didelio masto medžiagos išmetimą. Išsiveržimų skirtumus nulemia aplink esančio magnetinio lauko savybės. Stiprus aplinkinis magnetinis laukas suspaudžia cilindrą ir priverčia jį išsiveržti su dideliu energijos išmetimu, o silpnas ir tolygus magnetinis laukas leidžia cilindrui kelti aplinkinę medžiagą ir išlėkti kartu su ja. Vieningas modelis, paaiškinantis Saulės išsiveržimus, leis geriau juos prognozuoti, o tai svarbu, norint užtikrinti pasiruošimą jų keliamiems pavojams Žemėje. Tyrimo rezultatai publikuojami Nature.

***

Marso smūgių pertrauka. Saulės sistemos kūnai patyrė du didelius asteroidų smūgių periodus. Pirmasis vyko formuojantis Saulės sistemai, prieš 4,5 milijardo metų. Antrasis, vadinamas Vėlyvasis kosminis bombardavimas (Late Heavy Bombardment), vyko prieš 3,8-4,1 milijardo metų. Merkurijaus, Mėnulio ir Asteroidų Žiedo objektų stebėjimai rodo, kad tarp 4,1 ir 4,5 milijardo metų stiprių smūgių nebuvo. Dabar toks pat rezultatas gautas išnagrinėjus Marso kraterius. Šiaurinėje planetos dalyje yra didžiulė žemuma, vadinama Šiauriniu baseinu (Borealis basin), kurią sukūrė asteroido smūgis prieš 4,5 milijardo metų. Dar keturios didelės kraterių sistemos yra datuojamos Vėlyvojo bombardavimo laikotarpiu, o tarpinio amžiaus kraterių neaptikta, nors lyginant žinomus skirtingo amžiaus kraterius matyti, kad erozija jų sunaikinti neturėjo. Statistinis tyrimas rodo, jog egzistuoja tik labai menka tikimybė, kad asteroidų smūgiai į Marsą galėjo vykti ir prieš 4,1-4,5 milijardo metų, tačiau jų kraterius paslėpė vėlesni. Žymiai labiau tikėtinas paaiškinimas, kad prieš 4,1-4,5 milijardo metų į Marsą joks stambus kūnas neatsitrenkė. Tyrimo rezultatai publikuojami Nature Geophysics.

***

Kometa Lovejoy E4 ir jos dviguba uodega. ©Fritz Helmut Hemmerich

Savaitės paveiksliukas – kometa C/2017 E4 (Lovejoy), kurią visą balandį buvo galima matyti pro žiūronus ar nedidelius teleskopus. Geresni teleskopai leido pamatyti ir jos uodegą, kuri balandžio pradžioje buvo susidvejinusi. Toks netikėtas efektas kilo dėl Saulės vėjo ir magnetinio lauko sąveikos, tačiau detalaus paaiškinimo neturime. Kometos branduolys mėnesio viduryje netikėtai paryškėjo, o paskui, atrodo, subyrėjo, kai kometa praeitą savaitę priartėjo arčiausiai Saulės.

***

Saturno pakraščių vaizdai. Praeitą savaitę prasidėjo Cassini misijos finalinis etapas, kurio metu zondas atliks 22 skrydžius tarp Saturno ir jo žiedų. Trečiadienį įvyko pirmas toks skrydis – Cassini pralėkė arčiau Saturno, nei bet koks kitas zondas kada nors buvo priartėjęs. Skrydžio metu dvidešimčiai valandų buvo nutrūkęs ryšys tarp zondo ir kontrolės punkto Žemėje, tačiau ketvirtadienį ryte, grįžus ryšiui, paaiškėjo, kad skrydis pavyko labai sėkmingai. Užmezgęs ryšį, zondas ėmė siųsti nuotraukas, kuriose matyti viesulai ir įvairūs kiti atmosferiniai reiškiniai. Šias nuotraukas dar reikia apdoroti, o jų analizė truks ne vienerius metus ir po misijos pabaigos. Planuojama, kad Cassini baigs misiją rugsėjo mėnesį, kai įkris į Saturno atmosferą ir ten sudegs.

***

Šviesi Titano prieblanda. Saturno palydovas Titanas prieblandoje yra šviesesnis, nei vidury dienos. Tokia keista išvada gauta išanalizavus Cassini zondo darytas Titano nuotraukas. Šiose nuotraukose matyti Titano vaizdas iš įvairių pusių – dieninės, naktinės ir tarpinių, kuriose Titanas skendi prieblandoje. Nuotraukos darytos įvairiuose elektromagnetinių bangų spektro ruožuose, nuo infraraudonųjų iki ultravioletinių. Visuose stebėtuose ruožuose matoma vienoda tendencija: zondui sukantis aplink Titaną nuo vietos, kurioje yra vidurdienis, palydovo šviesumas iš pradžių mažėja, o paskui, skrendant į naktinę pusę, išlieka vienodas arba ima augti. Kai kuriuose ruožuose Titanas yra šviesesnis stebint iš beveik naktinės pusės (kampas tarp Saulės, Titano ir Cassini lygus 150 laipsnių), nei stebint iš visiškai dieninės pusės (kampas mažesnis nei 30 laipsnių). Tokio unikalaus Saulės sistemoje reiškinio paaiškinimas gana paprastas – Titano atmosfera labai efektyviai sklaido Saulės spinduliuotę, bet nukreipia ją tik nedideliu kampu nuo pradinės. Taigi iš naktinės pusės Titanas atrodo didesnis, nei iš dieninės, o jo švytinti atmosfera yra ryškesnė, nei dieninėje pusėje, kur didžioji dalis Saulės spindulių yra sugeriama, o ne atspindima atgal į kosmosą. Tyrimo rezultatai publikuoti žurnale Nature astronomy, juos taip pat rasite arXiv.

***

Heliosferos forma. Saulės vėjas išpučia burbulą, kuris gaubia planetas ir saugo jas nuo tarpgalaktinių vėjų bei dalelių srautų, tarsi didelė magnetosfera. Ilgą laiką nesutariama, kokia yra tikroji burbulo forma – apvali ar pailga. Pailgas burbulas primintų planetų magnetosferas, todėl šis modelis sulaukia daug pritarimo. Visgi naujausia Cassini zondo surinktų duomenų analizė rodo, kad burbulas greičiausiai yra apvalus. Cassini burbulo – heliosferos – pakraščius įvairiomis kryptimis fotografavo nuo 2003 metų. Palyginus šiuos duomenis su Voyager zondų atsiųsta informacija nustatyta, kad energingi fotonai tikrai sklinda iš heliosferos pakraščio. O šių fotonų srautas kinta priklausomai nuo Saulės vėjo pokyčių, ir kinta vienu metu visomis kryptimis. Tai reiškia, kad atstumas nuo Saulės iki heliosferos pakraščio yra maždaug vienodas visomis kryptimis, taigi burbulas yra apvalus. Analogišką rezultatą duoda ir naujausi skaitmeniniai heliosferos sąveikos su tarpgalaktine medžiaga modeliai. Tyrimo rezultatai publikuojami Nature Astronomy.

***

Gyvybės apykaita egzoplanetose. TRAPPIST-1 sistema, kurioje septynios uolinės planetos skrieja labai arti žvaigždės, yra puikiai tinkama gyvybės pernašai asteroidai. Šis procesas, vadinamas lito-panspermija, galėjo nulemti ir gyvybės atsiradimą Žemėje – egzistuoja hipotezė, kad pirmykštė gyvybė ar bent kai kurie jai reikalingi junginiai į Žemę atkeliavo iš Marso išmestuose meteorituose. TRAPPIST-1 sistemoje procesas galėtų vykti labai greitai. Skaitmeniniai modeliai, kuriais išanalizuotos galimų meteoroidų trajektorijos nuo išmetimo iš planetos iki nukritimo kitoje planetoje, parodė, kad jei meteoroidai išmetami greičiu, nedaug didesniu už pabėgimo greitį iš planetos, tai kitą planetą jie gali pasiekti vos per šimtą metų. Saulės sistemoje tokia kelionė truktų milijoną-dešimt milijonų metų. Taigi jei nors vienoje TRAPPIST-1 planetoje atsirado gyvybė, labai gali būti, kad ji netruko pasklisti ir tinkamose kaimynėse. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Nežemiškų civilizacijų paieška. Užpraeitą savaitę vykusioje Breakthrough Discuss konferencijoje pristatyti pirmieji projekto Breakthrough Listen rezultatai. Šis projektas – tai didžiausias bandymas aptikti nežemiškų civilizacijų skleidžiamus radijo signalus. Jis stebi dešimt kartų didesnį dangaus plotą, nei ankstesni projektai, ir naudoja 50 kartų jautresnius instrumentus. Galutinis projekto tikslas yra stebėti milijoną artimiausių žvaigždžių ir šimtą artimiausių galaktikų. Pirmieji rezultatai yra 692 žvaigždžių stebėjimai. Iš jų 11 žvaigždžių skleidžia signalus, kurie pasirodė „keisti“ ir yra verti tolesnių tyrimų. Preliminari analizė rodo, kad nei vienas iš 11 signalų beveik neabejotinai nėra dirbtinis – tai tiesiog žvaigždžių radijo spinduliuotės savitumai. Visgi tolesni stebėjimai, jei ir neaptiks nežemiškų civilizacijų, gali padėti išsiaiškinti, kas tuos savitumus sukelia, ir taip pagilinti mūsų supratimą apie žvaigždžių struktūrą.

Milijonas žvaigždžių figūravo ir kitame nežemiškos gyvybės paieškų kontekste. SETI instituto vyriausiasis astronomas Sethas Shostakas pristatė tokių paieškų perspektyvas JAV Senato Mokslo, kosmoso ir technologijų komitetui. Jo teigimu, per artimiausius du dešimtmečius tikrai bus ištirta bent milijonas žvaigždžių. Taip pat jis tikisi, kad iki 2040 metų kokį nors nežemiškos gyvybės signalą aptiksime. Tai nebūtinai turi būti pažangios civilizacijos skleidžiamos radijo bangos. Galbūt tai bus tiesiog gyvybės sukurti atmosferos pokyčiai, bet ir tai būtų labai įdomu.

***

Galaktikoje išsimaišęs silicis. Dauguma cheminių elementų turi po keletą izotopų – branduolio sudėties variacijų, kurios skiriasi neutronų skaičiumi. Pirmosios žvaigždės Visatoje sukūrė praktiškai tik lengviausius daugumos elementų izotopus, o vėlesnės jų kartos pridėjo ir sunkesnių. Taigi tikėtina, kad galaktikų centruose, kur žvaigždžių daugiau ir jos formuojasi sparčiau, sunkiųjų izotopų turėtų būti santykinai daugiau, nei pakraščiuose. Senesni stebėjimai patvirtino tokius skirtumus deguonies ir anglies izotopams mūsų Galaktikoje, tačiau rezultatų paklaidos buvo labai didelės. Dabar žymiai detaliau išnagrinėti silicio izotopų gausų santykiai įvairiose Paukščių Tako vietose ir jokių skirtumų neaptikta. Stebėjimai apėmė regionus nuo pat Galaktikos centro iki 9,8 kiloparsekų nuotolio (Saulė nuo Galaktikos centro nutolusi per 8,3 kiloparseko). Tokie rezultatai greičiausiai reiškia, kad dujos Paukščių Take labai efektyviai maišosi tarp skirtingų regionų. Tačiau labai svarbu pakartoti analizę su deguonies, anglies ir kitų elementų izotopais ir nustatyti, ar jie visi Galaktikoje pasiskirstę vienodai, ar silicis yra kažkokia anomalija. Pastaruoju atveju reikėtų galvoti apie tai, kad galbūt silicį žvaigždės gamina kiek kitaip, nei kitus cheminius elementus. Tyrimo rezultatai publikuojami Astrophysical Journal.

***

Pūkuota tamsioji materija. Tamsiosios materijos Visatoje turėtų būti maždaug šešis kartus daugiau, nei įprastos; ji nulemia daugumos didžiųjų struktūrų pagrindines savybes. Visgi tiesiogiai ji nėra aptikta, o kai kurios teorinės prognozės visiškai neatitinka stebėjimų duomenų. Pavyzdžiui, tamsiosios materijos telkinių centruose tankis turėtų būti daugybę kartų didesnis, nei toliau nuo jų, o realybėje jis menkai kinta gana dideliame plote aplink centrą. Dabar pasiūlytas vienas alternatyvus tamsiosios materijos modelis, paaiškinantis šią ir kai kurias kitas savybes. Pagal šį modelį, priešingai nei įprastai galvojama, tamsioji materija yra sudaryta iš labai mažos masės dalelių. Kvantinė fizika teigia, jog kiekviena dalelė turi ir bangos savybių; tokių tamsiosios materijos dalelių bangos ilgiai būtų maždaug kiloparseko eilės. Taigi ir dalelių bei tamsiosios materijos struktūrų savybės būtų pasklidusios kiloparseko eilės regionuose – būtent tokiuose, kokie yra beveik vienodo tankio regionai galaktikų centruose. Šis modelis lengvai paaiškina tamsiosios materijos pasiskirstymą mažose galaktikose, tačiau didelių galaktikų ir galaktikų spiečių stebėjimai rodo, kad ir šio modelio prognozės neatitinka realybės. Visgi atitikimas tampa daug geresnis, jei padarome prielaidą, kad tamsiosios materijos dalelės gali būti „sužadintos“, panašiai kaip sužadinami atomai ar jų branduoliai. Skirtingą energiją turinčios dalelės gali pasiskirstyti taip, kaip rodo stebėjimai. Šis modelis taip pat prognozuoja, kad galaktikų spiečiuose turėtų būti matomi periodiški tankio netolygumai, tačiau jų amplitudė yra mažesnė, nei dabartinių stebėjimų paklaidos, taigi modelį patikrinti ir atskirti nuo įprastinės tamsiosios materijos kol kas neįmanoma. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Šaltojo taško kilmė. Kosminėje foninėje mikrobangų spinduliuotėje matomos įvairios struktūros. Viena iš jų vadinama Šaltuoju tašku – tai didelis kiek žemesnės už vidutinę temperatūros regionas. Iki šiol buvo manoma, kad jį sukuria didžiulė tarpgalaktinė tuštuma, pro kurią sklindanti foninė spinduliuotė atvėsta kiek daugiau, nei sklindanti iš kitų pusių. Bet naujas tyrimas rodo, kad tokios tuštumos beveik neabejotinai nėra. Išmatavę atstumus iki 7000 galaktikų, matomų Šaltojo taško kryptimi, mokslininkai sudarė trimatį regiono žemėlapį. Jame matyti, kad galaktikos pasiskirsčiusios daugmaž tolygiai, be jokių neįprastai didelių tarpų. Galaktikų pasiskirstymas šiame regione statistiškai nesiskiria nuo to, kas matoma kitomis kryptimis. Taigi Šaltojo taško kilmė lieka neaiški ir atsiveria durys įvairioms egzotiškoms hipotezėms, pavyzdžiui, kad jį sukurė gretimos visatos susidūrimas su mūsiške. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Štai tokios naujienos iš praėjusios savaitės. Kaip visada, laukiu jūsų klausimų ir komentarų.

Laiqualasse

Leave a Reply

El. pašto adresas nebus skelbiamas.