Kąsnelis Visatos CCLXXX: Planetos ir gyvybė

Iš ko susideda ir kaip susidarė septynios uolinės TRAPPIST-1 sistemos planetos? Kokie tornadai sukosi senovės Marse? Kaip atrodo mūsų Galaktikos aplinka Visatos masteliais? Tai tik trys klausimai, kurių atsakymų paieškos davė rezultatų praėjusią savaitę. Kaip visada, dešimt naujienų skaitykite po kirpsniuku.

***

Branduolinės sintezės raketos. Šiandieninės raketos yra varomos cheminėmis reakcijomis, kurios yra labai neefektyvios. Alternatyva šiai technologijai yra joniniai varikliai, bet juos riboja elektrą generuojančių Saulės baterijų efektyvumas. Dar viena, kol kas praktinio pritaikymo nepasiekusi, alternatyva yra branduolinės sintezės varikliai. Nors branduolinės sintezės reaktoriai kol kas yra tik eksperimentiniai ir dar nepavyko sukurti reaktoriaus, kuris branduoline sinteze pagamintų daugiau energijos, negu sunaudoja reakcijoms palaikyti, šiuo metu bandoma sukurti ir mažo mastelio reaktorius, pritaikomus raketose. Tokie reaktoriai radijo bangomis kaitintų deuterio (sunkesnės vandenilio atmainos, turinčios vieną protoną ir vieną neutroną) ir helio-3 (helio atmainos, turinčios du protonus ir vieną neutroną) mišinį, magnetiniu lauku jį suspaustų iki tinkamo tankio, kad prasidėtų termobranduolinės reakcijos, ir palaikytų susidariusią plazmą besisukančią žiedu. Dalis plazmos galėtų būti išmetama iš raketos tūtos iki 25 tūkstančių km/s greičiu – gerokai greičiau, nei dabartiniuose varikliuose. Skaičiuojama, kad tokios raketos leistų sumažinti tarpplanetinių skrydžių trukmes daugiau nei dvigubai – iki Marso ir atgal suskraidyti būtų įmanoma per metus, iki Plutono nuskristi – per ketverius metus. Tiesa, naudojant šią technologiją, varikliai negalėtų būti labai dideli – iki dešimties metrų skersmens ir kelių dešimčių megavatų galios, – tačiau apjungus keletą variklių, būtų galima skraidinti ir sunkesnius krovinius.

***

Marso senovės tornadai. Prie kai kurių Marso kraterių matyti ilgos nugludintų uolienų linijos, besidriekiančios tolyn nuo smūgio epicentro. Kartais atrodo, kad smūgio metu išmesta medžiaga nukrito jau ant nugludintų linijų, taigi jos turėjo susiformuoti labai sparčiai ir smūgiui dar neįvykus. Galimas jas sukuriantis procesas – vėjo gūsiai, tarsi šonu pasukti tornadai sklidę planetos paviršiumi meteorų smūgių metu. Prie planetos paviršiaus artėjantis kūnas įkaitina ir išgarina labai daug uolienų bei atmosferos, dėl to susidaro didžiulis slėgio gradientas ir ima pūsti stiprus vėjas. Skaitmeniniai modeliai parodė, kad tokiomis sąlygomis gali susidaryti ir horizontalus sūkurys, panašus į tornadą, tik pasuktas šonu. Vėjų greitis galėjo siekti iki tūkstančio kilometrų per valandą. Šie rezultatai gana preliminarūs, dar reikia išsiaiškinti, kodėl ne prie visų kraterių matomi tokių tornadų pėdsakai ir kaip tiksliai sūkuriai susiformuoja. Tyrimo rezultatai publikuojami Icarus.

Marso paviršius nesiliauja stebinęs įvairiais įdomiais dariniais. Pavyzdžiui, netoli pietų ašigalio neseniai aptikta duobė, kurios forma nepanaši nei į smūginio, nei į kalderos tipo kraterio. Jos kilmės paaiškinimo kol kas neturime, bet tai gali būti tiek meteorito paliktas pėdsakas, tiek požeminio urvo įgriuvos pasekmė, tik neįprasta. O kiti Marso paviršiai kartais atrodo panašūs į Žemės – tai parodoma Marso apžvalgos zondo komandos sukurtame filmuke.

***

Atostogos Saulės sistemoje. ©Steve Thomas/Random House

Saulės sistema – pilna įdomybių. Kai kurios iš jų vaizdžiai pateikiamos naujoje knygoje "Vacation Guide to the Solar System" ("Atostogų gidas po Saulės sistemą"). Savaitės paveiksliukas – pirmoji šios kelionės iliustracija, o daugiau rasite space.com galerijoje.

***

Planetų atmosferų skirtumai. Dvi planetos, kurių savybės – ir dydis, ir masė, ir orbitos periodas, ir motininė žvaigždė – yra praktiškai vienodos, turėtų ir atrodyti vienodai, ar ne? Pasirodo, ne: karštieji jupiteriai HAT-P-38b ir WASP-67b skiriasi kaip diena ir naktis. Jos abi aplink savo žvaigždes apsisuka per 4,5 Žemės paros, o paviršiaus temperatūros yra apie 700 laipsnių celsijaus. Tačiau pirmosios atmosferoje yra daug debesų, kurie užstoja gilesniuose sluoksniuose esančius vandens garus, o antrosios vandens garai matomi puikiai, tarsi atmosferos viršutiniai sluoksniai būtų visiškai skaidrūs. Tokį skirtumą atradėjai aiškina skirtinga planetų kilme: gali būti, kad jos susiformavo labai skirtingu atstumu nuo savo žvaigždžių ir vėliau atmigravo į dabartines pozicijas. Taigi nors dabartinės planetų savybės yra panašios, skirtinga cheminė sudėtis nulemia skirtingą debesuotumą. Tyrimo rezultatai pristatyti Amerikos astronomų sąjungos susitikime.

***

Ypatingai karšta planeta. Planetos paviršiaus temperatūra labai priklauso nuo žvaigždės temperatūros, taigi norėdami tyrinėti ypatingai karštas planetas, turime jų ieškoti prie labai karštų žvaigždžių. Praeitą savaitę paskelbta apie tranzituojančią planetą, atrastą prie žvaigždės, kurios paviršiaus temperatūra viršija 10 tūkstančių kelvinų. Tai karščiausia žvaigždė, prie kurios aptikta planeta. Planeta, pažymėta KELT-9b, yra dujinė milžinė, aplink savo žvaigždę apsisukanti per pusantros Žemės paros. Jos paviršiaus temperatūra yra apie 4600 kelvinų – tokią paviršiaus temperatūrą turi 60% Saulės masės žvaigždės. Šiose žvaigždėse neaptinkama molekulių, tad planetos atmosferoje jų greičiausiai irgi nėra – spinduliuotę ten sugeria metalų jonai ir atomai. Ateities stebėjimais ši hipotezė bus patikrinta. Taip pat pastebėta, kad planeta turi kometišką uodegą; tai reiškia, kad ji sparčiai garuoja ir per savo žvaigždės gyvavimo laiką (apie 300 milijonų metų) gali visiškai išgaruoti. Tyrimo rezultatai publikuojami Nature.

***

TRAPPIST-1 savybės. TRAPPIST-1 sistema turi septynias į Žemę panašias planetas. Jų spinduliai ir masės yra išmatuoti, tačiau šių matavimų paklaidos – didžiulės. Siekdami pagerinti rezultatus, mokslininkai pasitelkė skaitmeninius modelius: suskaičiavo daugybę sistemos evoliucijos scenarijų, parinkdami vis skirtingas planetų chemines sudėtis. Paaiškėjo, kad visuose sistemos variantuose, kuriuose planetų orbitos išlieka stabilios milijonus metų ir ilgiau, šešios iš septynių planetų yra analogiškos cheminės sudėties, kaip ir Žemė. Tik viena planeta, TRAPPIST-1f, turėtų turėti apie 25% vandens, gerokai daugiau, nei Žemė. Tyrimo rezultatai arXiv.

TRAPPIST-1 planetų susiformavimas irgi neduoda ramybės astronomams. Suformuoti septynias planetas taip arti žvaigždės sudėtinga, nes aplink žvaigždę buvusiame protoplanetiniame diske taip arti jos paprasčiausiai nebuvo užtektinai medžiagos. O jei planetos formavosi toli nuo žvaigždės, už vadinamosios "sniego linijos", ties kuria disko temperatūra nukrenta iki ledo tirpimo temperatūros, kyla klausimas, kodėl jos daugiausiai sudarytos iš uolienų, o ne iš ledo. Dabar pasiūlytas modelis, apjungiantis planetų formavimosi ir migracijos idėjas ir taip paaiškinantis tokių kompaktiškų planetų sistemų atsiradimą. Pagal šį modelį, planetos pradėjo formuotis maždaug ties sniego linija. Netrukus jos ėmė migruoti centro link, todėl neprisijungė daug ledo. Kuriam laikui jos sustojo rezonansinėse orbitose, o vidinės planetos orbitą nuo tolesnės migracijos sulaikė disko magnetinis laukas. Diskui sklaidantis, migracija ėmė tęstis, planetų orbitos šiek tiek nutolo nuo idealių rezonansų ir dar labiau priartėjo prie žvaigždės. Šis modelis ne tik paaiškina tokių planetų sistemų egzistavimą, bet ir prognozuoja, kad panašiose sistemose neturėtų būti tolimų dujinių milžinių, mat jos būtų sustabdžiusios mažųjų planetų augimą. Tyrimo rezultatai arXiv.

Raudonosios nykštukės, tokios kaip TRAPPIST-1, dažnai turi planetų ir yra dažnos žvaigždės, tačiau gyvybei jų planetose vystytis gali būti sudėtinga. Šių žvaigždžių žybsniai gali pražūtingai paveikti planetų biosferą, mat planetos turi būti gerokai arčiau tokių žvaigždžių, nei masyvesnių, kad jų temperatūra būtų tinkama skystam vandeniui egzistuoti. Dabar, panaudoję dešimties metų trukmės ultravioletinės spinduliuotės stebėjimų duomenis, astronomai nustatė raudonųjų nykštukių žybsnių dažnumą. Patvirtinta anksčiau daryta išvada, kad raudonosios nykštukės žybsi panašiai dažnai ir stipriai, kaip ir Saulė. Tai tikrai nėra gera žinia gyvybės prie raudonųjų nykštukių paieškoms. Iš kitos pusės, šiuo tyrimu parodyta, kad archyviniai seniai pasibaigusių misijų duomenys gali būti panaudojami net visai kitos srities tyrimams: čia panaudoti ultravioletiniai duomenys buvo renkami tyrinėjant žvaigždžių formavimosi spartą tolimose galaktikose. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Kas bus, kai žmonių civilizacija išplis per visą Galaktiką ir sugebės panaudoti visus jos resursus? Tokio lygio būtybės yra vadinamos Kardaševo II tipo civilizacija. Apie galimą žmonijos kelią į tokias aukštumas ir jas pasiekus naudojamas technologijas pasakojama savaitės filmuke:

***

Gyvybės ingredientai žvaigždėse. Prieš Žemėje atsirandant gyvybei, joje jau buvo įvairiausių sudėtingų cheminių junginių, kurie padėjo vykti vis sudėtingesnėms reakcijoms. Kai kurie junginiai susiformavo planetoje, tačiau vis daugiau junginių atrandame ir tarpžvaigždinėje erdvėje, taigi jie Žemėje galėjo atsirasti jos formavimosi metu, arba juos galėjo atnešti kometos. Dabar pristatytas dar vieno junginio – metilo izocianato – aptikimas prie jaunos Saulės masės žvaigždės. Šis junginys jau seniau aptiktas prie masyvių žvaigždžių ir tarpžvaigždinėje terpėje, tačiau jo egzistavimas prie žvaigždės, panašios į jauną mūsų Saulę, sustiprina įtarimus, kad ir į Žemę jis galėjo atkeliauti iš kosmoso. Metilo izocianatas dalyvauja peptidų ir aminorūgščių sintezės reakcijose, taigi buvo labai svarbus gyvybės atsiradimo veiksnys. Junginio atrasta kometoje 67P, kuri yra išlikusi praktiškai nepakitusi nuo Saulės sistemos susiformavimo. Naujųjų stebėjimų analizė rodo, kad junginys turėtų formuotis ir dujinėje fazėje, ir ant tarpžvaigždinių dulkelių – kitaip jo turėtų būti gerokai mažiau, nei aptikta. Tyrimo rezultatai pristatomi dviejuose straipsniuose, kuriuos rasite arXiv: pirmasis ir antrasis.

***

Šalčiausio ūko paaiškinimas. Bumerango ūkas yra šalčiausia žinoma Visatos vieta; jo temperatūra yra maždaug –272,15 celsijaus laipsniai, arba vos vienu laipsniu aukštesnė nei absoliutus nulis. Mokslininkai pagaliau surado paaiškinimą, kodėl šis ūkas yra šaltesnis net už reliktinę kosminę spinduliuotę. Ūką sudaro medžiaga, išmesta gyvenimą baigiančios žvaigždės, o nauji stebėjimai parodė, kad medžiagos išmesta daugiau ir jos energija didesnė, nei pati viena žvaigždė pajėgtų. Tikėtiniausias paaiškinimas toks, kad žvaigždė kadaise turėjo kompanionę, kuri priskrido per arti, įkrito į pirmąją žvaigždę ir išsviedė jos išorinius sluoksnius tolyn. Labai greitai besiplečianti medžiaga atšalo iki ypatingai žemos temperatūros. Tikėtina, kad ateityje aptiksime ir daugiau panašių sistemų, nes dvinarės žvaigždės yra gana dažnas reiškinys. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Masės matavimas lęšiavimu. Gravitacinis lęšiavimas – šviesos trajektorijos nukrypimas judant pro masyvų kūną – gali būti panaudotas lęšiuojančių objektų masei nustatyti. Tokiu būdu yra aptikta keletas egzoplanetų, o dabar lęšiavimas panaudotas baltosios nykštukės masei išmatuoti. Atradimui buvo panaudotas vadinamasis astrometrinis lęšiavimas – išmatuota, kaip pasikeitė tolimos žvaigždės regimoji padėtis, kai baltoji nykštukė praskrido tarp jos ir mūsų. Analogiškas metodas buvo panaudotas prieš šimtą metų nustatant Saulės gravitacijos sukeliamą žvaigždės padėties pokytį, taip patvirtinant vieną pagrindinių bendrosios reliatyvumo teorijos prognozių. Naujajame tyrime nagrinėta baltoji nykštukė yra santykinai netoli – vos už penkių parsekų; tolima žvaigždė yra maždaug tris šimtus kartų toliau. Per dvejus metus abi žvaigždės fotografuotos septynis kartus; per šį laikotarpį baltoji nykštukė praskrido prieš tolimąją žvaigždę, o pastarosios padėtis dėl gravitacinio lęšiavimo pasislinko maždaug dviem tūkstantosiomis kampinės sekundės dalimis. Net ir tokį mažą pokytį pavyko išmatuoti, o tai leido nustatyti ir baltosios nykštukės masę – 68% Saulės masės. Taip patvirtinta, kad astrometrinį lęšiavimą galima panaudoti žvaigždžių masių nustatymui. Šis būdas leis labai tiksliai įvertinti objektų mases ir taip padės patikslinti žvaigždžių struktūros ir evoliucijos modelius. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Ekstremali dvinarė sistema. Dvinarės sistemos yra labai naudingos įvairiais aspektais – leidžia nustatyti jas sudarančių objektų mases, tyrinėti sąveikos evoliuciją ir ekstremalią fiziką. Dabar pranešta apie ekstremalios dvinarės sistemos aptikimą. Ją sudaro maždaug 40% Saulės masės baltoji nykštukė, aplink kurią per 71 su trupučiu minutės apsisuka 6,8% Saulės masės rudoji nykštukė. Tokios sistemos egzistavimas yra gana netikėtas, nes rudoji nykštukė negalėjo egzistuoti taip arti kompanionės, kol ši buvo normali pagrindinės sekos žvaigždė. Skaitmeniniais modeliais pavyko rasti tikėtiną sistemos evoliucijos scenarijų: šiek tiek masyvesnė už Saulę žvaigždė turėjo kompanionę rudąją nykštukę, kurios orbitos periodas siekė 150 dienų. Kai masyvesnė žvaigždė tapo raudonąja milžine, ji apgaubė rudąją nykštukę ir pastaroji ėmė "skęsti" milžinės atmosferoje. Skęsdama ji išstūmė išorinius žvaigždės sluoksnius tolyn, todėl baltosios nykštukės masė yra gerokai mažesnė, nei pradinės žvaigždės – įprastai nykštukėje lieka apie 70% pradinės žvaigždės masės. Rudosios nykštukės orbita susitraukė maždaug iki dabartinio 71 minutės periodo. Ir vis dar traukiasi – modelis rodo, kad per artimiausius 250 milijonų metų kompanionės suartės tiek, kad rudoji nykštukė subyrės ir pavirs medžiagos žiedu, kurį laiką maitinsiančiu baltąją nykštukę. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Paukščių Takas – dykroje. Mūsų Galaktika, pasirodo, yra kosminėje dykroje. Dar prieš ketverius metus, stebint galaktikų pasiskirstymą, buvo iškelta idėja, kad mes esame maždaug 300 megaparsekų skersmens mažesnio tankio zonoje. Dabar šie rezultatai patvirtinti stebint tarpgalaktinės medžiagos ir supernovų sprogimų pasiskirstymą. Supernovų sprogimų duomenys, naudojami didžiuliams atstumams matuoti ir kosmologiniams parametrams nustatyti, leidžia patikrinti ir įvairius medžiagos pasiskirstymo Visatoje modelius. Šiuo metu turimi duomenys neprieštarauja kosminės tuštumos modeliui, nors neatmeta ir standartinio modelio, kuriame tokios tuštumos nėra. Tarpgalaktinės medžiagos tankio matavimai patvirtina galaktikų pasiskirstymo duomenis, kad aplink mus medžiagos tankis yra iki pusantro karto mažesnis, nei vidutiniškai Visatoje. Ši aplinkinė tuštuma yra bent dvigubai didesnė už Laniakea superspiečių, kuriam priklauso ir mūsų Galaktika, ir septynis kartus didesnė už tipines tuštumas Visatoje. Tai yra dar vienas įrodymas, kad mūsų Visata net ir didžiausiais masteliais nėra tokia tolygi, kaip įprastai manoma. Senesniojo tyrimo rezultatus rasite arXiv, o naujieji buvo pristatyti Amerikos astronomų sąjungos susitikime.

***

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

Laiqualasse

Leave a Reply

El. pašto adresas nebus skelbiamas. Būtini laukeliai pažymėti *