Kąsnelis Visatos CCXCIX: Planetos

Praeitą savaitę JAV įvyko Astronomų draugijos Planetų mokslo skyriaus susitikimas. Iš ten ateina naujienos apie Mėnulį, Marsą, asteroidus ir Saturną. Iš toliau atkeliauja žinios apie planetų formavimąsi žieduose ir gyvybingų planetų paieškas, gama spindulių žybsnių klasifikavimą bei naujausio gravitacinių bangų signalo implikacijas. Kaip visada, naujienas skaitykite po kirpsniuku.

***

Palydovų-kubiukų perspektyvos. Mažyčiai kubo formos palydovai jau apie dešimt metų vis plačiau naudojami ir studentų projektuose, ir Žemės stebėjimo misijose, ir bandant naujas kosmines technologijas. Yra minčių ir apie platesnį panaudojimą, bet kol kas tam koją kiša jų nepatikimumas – kubiukai gaminami taip, kad būtų kuo pigesni ir lengvesni, o tai reiškia, kad dažnai gali ir nesuveikti. Vieno kubiuko praradimas – nedidelis nuostolis, nebent tas kubiukas yra pakeliui į Marsą arba vykdo kokią svarbią nacionalinio saugumo misiją. Praeitą savaitę JAV firma General Atomics, geriau žinoma kovinių dronų ir urano kasybos rinkose, paskelbė apie augančias kosmines ambicijas. Jie jau turi septynerių metų patirtį gamindami palydovus-kubiukus JAV kariuomenei, nors ta patirtis ir nėra didelė – per šį laikotarpį pagaminti septyni palydovai. Ateityje gamybos apimtys turėtų reikšmingai išsiplėsti, ir apimti ne tik kubiukus, bet ir didesnius, iki 500 kilogramų masės, palydovus. General Atomics taip pat svarsto apie palydovų paleidimo sistemą – elektromagnetinę patranką (geriau žinomą anglišku terminu railgun). Ji galėtų iššauti palydovus tiesiai į orbitą, be raketos-nešėjos, taip gerokai atpigindama paleidimo kaštus. Tiesa, net ir mažam kubiukui paleisti į orbitą reikėtų kelių šimtų metrų ilgio patrankos, taigi šios idėjos dar ilgai gali netapti realybe.

***

Lazerinė komunikacijų sistema. Šiuolaikiniai palydovai, skrendantys už Žemės orbitos ribų, su valdymo centrais bendrauja radijo bangomis. Jomis informacijos perdavimas yra labai lėtas, siekiantis vos dešimtis kilobitų per sekundę, taigi ieškoma spartesnių alternatyvų. Viena tokia yra lazerinė sistema, kuri informaciją perduoda šviesos pulsais. Ją planuojama išbandyti 2022 metais išskrisiančiame NASA palydove Psyche, kuris skris į to paties pavadinimo asteroidą. Numatoma, kad lazeris naudos ultravioletinę spinduliuotę, o informacija iš palydovo galės keliauti iki 264 megabitų per sekundę greičiu – panašiai, kaip šiandienis plačiajuostis internetas. Kol kas technologija dar nesukurta, Psichės misija bus pirmasis jos praktinis išbandymas. Bandymai turėtų trukti apie šešis mėnesius, o pati misija truks apie penkerius metus – pusketvirtų metų skrydžio iki Psichės ir dar beveik dveji metai jos stebėjimų.

***

Balionas Mėnulio orbitoje. Kompanija Bigelow Airspace kartu su United Launch Alliance paskelbė, jog iki 2022 metų į orbitą aplink Mėnulį nuskraidins pripučiamą modulį, kuris galėtų tapti kosminės stoties pagrindu. Vienas panašus modulis šiuo metu yra bandomas Tarptautinėje kosminėje stotyje (TKS), dar du bandomieji moduliai jau daugiau nei dešimt metų skraido orbitoje. Planuojamas Mėnulio modulis B330 būtų 14 metrų ilgio ir 6,7 metrų skersmens, o jo vidaus tūris sudarytų apie trečdalį TKS tūrio. Modulio parengimui reikėtų trijų skrydžių – vienas į orbitą aplink Žemę pakeltų patį modulį, kiti du jam atgabentų kuro. Tada nuskridęs į orbitą aplink Mėnulį modulis galėtų būti naudojamas kosmoso turizmui arba moksliniams tyrimams.

Į Mėnulį krypsta toli gražu ne tik Bigelow Airspace akys – žmones ten nuskraidinti ruošiasi ir įvairios kosmoso agentūros. Kada nors žmonės ten liks ir nuolatiniam darbui bei gyvenimui, tačiau iškyla problema – kur jiems gyventi? Mėnulio paviršių talžo nepridengiami energingi Saulės spinduliai, dienos ir nakties temperatūros skiriasi daugiau nei šimtu laipsnių – sudėtinga būtų pastatyti tokį kupolą, kuriame žmonėms gyventi būtų patogu. Vienas galimas sprendimas – gyvenimas urvuose, kuriuos paliko kadaise tekėjusi lava. Didžiausias žinomas lavos urvas Žemėje yra daugiau nei 65 km ilgio ir kilometro gylio Kazumura urvas Havajuose, o Mėnulyje jie turėtų būti dar didesni dėl silpnesnės gravitacijos. Dabar pateikti vieno tokio tunelio egzistavimo įrodymai. Apie jo egzistavimą įtariama dar nuo 2009 metų, kai Marijaus kalvose (Marius Hills) aptiktos trys gilios duobės. Dabar to regiono stebėjimų duomenų analizė parodė, kad po duobėmis yra bent kilometro gylio ir keleto kilometrų ilgio urvas. Tokiame urve galėtų išsitekti nemažas miestas – pavyzdžiui, centrinė Vilniaus dalis. Jo lubų uoliena apsaugotų gyventojus nuo energingų Saulės spindulių ir temperatūros svyravimų, be to, tokį urvą būtų lengviau hermetizuoti, nei statant kupolą ant Mėnulio paviršiaus. Tyrimo rezultatai pristatyti 48-ojoje Mėnulio ir planetų mokslo konferencijoje.

***

Magnetinė Marso uodega. Marsas neturi nuolatinio magnetinio lauko, tačiau kai kurios metalingos uolienos jo plutoje yra įmagnetintos tiek, kad sukuria vietinį „fosilizuotą“ lauką. Šio lauko linijos, pasirodo, gali susijungti su Saulės vėjo linijomis ir suformuoja neįprastai iškreiptą magnetinę uodegą už planetos. Tą parodė naujausių MAVEN zondo duomenų analizė. Ankstesni skaičiavimai rodė, kad jei Marso magnetinis laukas jungiasi su Saulės magnetiniu lauku, tai uodega turėtų būti iškreipta, o jei nesijungia, ji turėtų būti tiesi, panaši į Žemės. Susisukusi magnetinė uodega reiškia, kad bent kai kuriose vietose Saulės vėjo nešamas magnetinis laukas pasiekia planetos paviršių ir sudaro kanalus, per kuriuos Marso atmosfera gali pabėgti į kosmosą. Ateityje ketinama aiškintis, ar pabėgančių atmosferos dalelių srautų vietos sutampa su magnetinių „kanalų“ padėtimis.

Kadaise Marso paviršiuje buvo daug vandens, tačiau nėra iki galo aišku, kaip jis ten galėjo išsilaikyti apie milijardą metų. Marso atmosferos slėgis, tankis ir temperatūra greičiausiai niekada nebuvo tokie tinkami skystam vandeniui egzistuoti, kaip dabartinės sąlygos Žemėje. Tad kaip galėjo Marso paviršius būti „šiltas ir drėgnas“? Naujame tyrime siūloma idėja, kad taip nebuvo – šiandien randamus vandens pėdsakus galėjo palikti tik kartkartėmis suskystėjantis vanduo, kuris didžiąją laiko dalį Marsą dengė kaip ledynas. Kitaip tariant, Marso paviršius dažniausiai būdavo užšalęs, ir tik vasaromis ledynų pakraščiai kiek aptirpdavo. Šis ištirpęs vanduo tekėdavo srovelėmis, kurios kartais peraugdavo į upes, ir per milijonus metų išgraužė šiandieninius slėnius bei vagas. Šios struktūros yra panašios į Antarktidoje matomas struktūras, kurios susiformuoja iš retkarčiais aptirpstančių ledynų tekant vandeniui. Tyrimo rezultatai publikuojami Icarus.

***

Asteroidai ir šviesa. Marsas – vienintelė iš uolinių planetų, turinti asteroidų-trojėnų. Tai yra asteroidai, besisukantys tokia pačia orbita, kaip ir planeta, tik nuo jos atsiliekantys arba ją lenkiantys šeštadaliu apskritimo. Vienas iš Marso trojėnų, asteroidas Eureka, turi dar penkis labai panašia orbita judančius „brolius“. Du kiti asteroidai, kurių dydžiai ir orbitos yra praktiškai identiški Eurekai – 1998 VF31 ir 1999 UJ7, – tokių šeimų neturi. Dabar pasiūlytas skirtumo paaiškinimas: Eureką per pastarąjį milijardą metų galėjo suardyti Saulės spinduliuotė. Spinduliuotės poveikis kietiems kūnams vadinamas YORP (Jarkovskio-O'Keefe-Radzievskio-Paddacko) efektu. Vienas iš jo padarinių – greitėjantis kūno sukimasis. Eurekos dabartinis sukimasis beveik prilygsta kritiniam, kuriam esant asteroidas subyrėtų. Taigi tikėtina, kad praeityje jis jau kartą buvo įsuktas taip greitai, kad pametė dalį savo išorinių uolienų kaip atskirus asteroidus. Tuo tarpu kiti du asteroidai sukasi lėčiau. 1998 VF31 irgi kažkada galėjo patirti panašų suirimą, kaip ir Eureka, tačiau jo orbita yra tokia, kad šitaip atsiskyrę asteroidai per kelias dešimtis milijonų metų pabėga į kitokias orbitas ir jų nebegalėtume identifikuoti kaip susijusių su 1998 VF31. Tyrimo rezultatai pristatyti JAV astronomų sąjungos Planetų mokslo skyriaus susitikime.

Kitas pranešimas iš to paties susitikimo pristatė naujus įvertinimus, kiek dar liko neatrastų potencialiai Žemei pavojingų asteroidų. Šie asteroidai, žinomi kaip Artimi Žemei asteroidai (Near-Earth asteroids), kerta Žemės orbitą, taigi potencialiai kažkada gali susidurti su mūsų planeta. Anksčiau buvo įvertinta, kad kilometro dydžio ir didesnių asteroidų iš viso turėtų būti apie 990, o atrasta jų yra 884, taigi dar 106 laukia atradimo. Bet patikslinus įvertinimą, kuris remiasi statistine asteroidų dydžių analize ir dydžių skirstinio ekstrapoliavimu mažesnių dydžių link, paaiškėjo, kad greičiausiai didelių asteroidų yra tik apie 920. Vadinasi, neatrastų tikrai pavojingų asteroidų yra tik 36 – maždaug keturi procentai. Taigi galime pasidžiaugti, kad pavojų Žemei yra kiek mažiau, nei galima buvo baimintis. Tyrimo rezultatai arXiv.

***
Saturno žiedų išlaikymas. Jei Saturnas neturėtų palydovų, jo žiedai laikui bėgant išplistų į šalis. Bet palydovų gravitacija išlaiko aiškias žiedų ribas, neleisdama medžiagai kirsti orbitų, kurios rezonuoja su palydovais (t. y. kurių periodų santykis su palydovo orbitos periodu gali būti išreiškiamas nedidelių sveikų skaičių santykiu, pvz. 1:2 ar 3:5). Ilgą laiką buvo manoma, kad išorinį Saturno A žiedą išlaiko vienintelis palydovas Janas. Bet nauji skaičiavimai rodo, kad A žiedo kraštą sukuria bent septynių palydovų gravitacija. Kiekvieno palydovo traukia sulaiko dalį medžiagos, kol galiausiai tolyn judančios medžiagos nelieka visiškai. Jano rezonansinė orbita tiesiog yra paskutinė, per kurią medžiaga jau „neperlipa“. Tuo tarpu arčiau planetos esančio B žiedo kraštą sukuria praktiškai vien palydovo Mimo gravitacija. Tyrimo rezultatai pristatyti JAV astronomų draugijos Planetų mokslo skyriaus susitikime.

Tame pačiame susitikime pristatyti ir keli naujausi rezultatai, gauti analizuojant Cassini duomenis. Nors zondas jau daugiau kaip prieš mėnesį sudegė Saturno atmosferoje, jo atsiųstų duomenų analizė tik prasideda. Tarp naujųjų atradimų – metano lietus, lyjantis iš žiedų į planetos atmosferą, nors anksčiau buvo manoma, kad metanas prie Saturno turėtų išgaruoti.

***
Kometos – kartais periodiškai, o kartais tik vienam skrydžiui į centrinę Saulės sistemos dalį atlekiantys ledo kamuoliai, dažnai išlikę nepakitę nuo Saulės sistemos susiformavimo. Jos atskrenda iš Oorto debesies, gaubiančio Saulės sistemą. Apie šį debesį ir galimybes jį tyrinėti – savaitės filmuke:

***

Planetų formuojami žiedai. Yra žinoma ne viena planetų sistema, turinti įvairaus dydžio nuolaužų žiedą, panašų į Asteroidų ar Kuiperio žiedus Saulės sistemoje. Dabar pateikti įrodymų, kad keliose jaunose sistemose šie žiedai yra labai siauri, tarsi suspausti. Žiedai sudaryti daugiausiai iš uolienų, likusių išgaravus kometų ledui, o medžiaga iš jų po truputį sklinda ir žvaigždės link. Tokio amžiaus sistemose žiedai patys savaime siauri neturėtų būti – juose yra pakankamai medžiagos, kad ji pasklistų plačiai visoje sistemoje. Tokią keistą žiedų struktūrą galima paaiškinti aplink juos ir juose besiformuojančiomis planetomis. Panašiai, kaip Saturno palydovai valdo jo žiedų pločius, taip besiformuojančios planetos valdo aplink žvaigždę esančius žiedus. Laikui bėgant, iš viso žiedo gali susiformuoti viena planeta – žiede besikaupiantys telkiniai jungsis į vis didesnius, o uolienų likučius kažkuriuo metu išbarstys. Toks planetų formavimosi būdas – visiška naujovė, lyginant su iki šiol sugalvotais. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Vandens garai egzoplanetose. Šiuo metu yra žinomos kelios egzoplanetos, kurių atmosferose yra vandens garų, bet visos jos – dujinės milžinės. Aptikti vandens garus Žemės tipo egzoplanetoje yra labai sudėtinga, nes ir planeta mažesnė, ir jos atmosfera gerokai mažiau pasklidusi, nei dujinės milžinės. Tačiau galima apskaičiuoti tikėtiną vandens garų kiekį planetoje ir jo priklausomybę nuo planetos savybių. Ankstesni, vienmačiai, atmosferos modeliai prognozavo, kad planetos gali egzistuoti dviejose būsenose: arba kaip gana šaltos planetos be vandens garų atmosferoje, arba labai karštos ir daug vandens garų turinčios planetos, panašios į Venerą. Bet tuose modeliuose neatsižvelgiama į planetų debesuotumą ar nevienodą paviršiaus temperatūrą dėl lėto sukimosi aplink savo ašį. Dabar pristatytas naujas, trimatis, planetų atmosferų modelis, kuriame šie efektai įskaičiuojami. Jį panaudojus nustatyta, kad lėtai besisukančiose planetose – o tokių turėtų būti dauguma prie mažų žvaigždžių – dieninėje planetos pusėje susidaro storas debesų sluoksnis, vėsinantis planetos paviršių. Taip pat vandens garų kiekis atmosferoje turėtų kilti labiau tolygiai, kylant vidutinei planetos temperatūrai. Ir planetos gyvybei tinkamos išliktų didesniame vidutinių temperatūrų intervale, nei buvo manyta anksčiau. Tai taip pat reiškia, kad daugelyje planetų vandens garų kiekis viršutinėje atmosferos dalyje turėtų būti didesnis, nei prognozavo ankstesni modeliai, ir lengviau aptinkamas. Vadinasi vandens garų paieškos atmosferose nėra tokios jau beviltiškos ar bevertės. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

This image, taken with the NASA/ESA Hubble Space Telescope, shows the galaxy NGC 4490. The scattered and warped appearance of the galaxy are the result of a past cosmic collision with another galaxy, NGC 4485 (not visible in this image). The extreme tidal forces of the interaction between the two galaxies have carved out the shapes and properties of NGC 4490. Once a barred spiral galaxy, the outlying regions of NGC 4490 have been stretched out, resulting in its nickname of the Cocoon Galaxy.
Žvaigždėdara galaktikoje NGC 4490. ©ESA/Hubble, NASA

Savaitės paveiksliukas – žybsinti galaktika NGC 4490. Ji formuoja žvaigždes daug sparčiau, nei kitos panašios masės galaktikos, nes prieš keletą milijardų metų susidūrė su mažesne kompanione NGC 4485. Šiuo metu šios galaktikos, išgyvenusios susidūrimą, tolsta viena nuo kitos, bet po kelių milijardų metų vėl susidurs, ir žvaigždėdara jose vėl sustiprės.

***

GW170817 padariniai. Praeitą savaitę paskelbtas gravitacinių bangų signalo, atsklidusio iš neutroninių žvaigždžių susiliejimo, atradimas duoda daug galimybių analizei ir įvairių hipotezių tikrinimui. Vienas svarbus klausimas – ar susiliejimo padarinys yra neutroninė žvaigždė, ar juodoji skylė? Besijungiančių neutroninių žvaigždžių masės buvo apie 1,6 ir 1,1 Saulės masės, taigi jų suma – apie 2,7 Saulės masės. Ši masė yra artima teorinei neutroninių žvaigždžių masės ribai – trims Saulės masėms. Masyvesni objektai turėtų pavirsti juodosiomis skylėmis, tačiau ši riba nėra labai tiksliai apibrėžta, taigi juodąja skyle galėjo pavirsti ir GW170817 signalą sukūrusi pora. Vienas iš būdų tai išsiaiškinti yra tolesni objekto stebėjimai, bet jie kol kas atsakymo irgi nedavė. Įdomu tai, kad naujai susikūręs objektas rentgeno spindulių neskleidė ištisas devynias dienas. Vėliau šioks toks signalas užfiksuotas Chandra rentgeno spindulių kosminiu teleskopu. Greičiausiai tai reiškia, kad naujas objektas turi labai greitos medžiagos čiurkšlę, kuri spinduliuoja rentgeno ruože, tačiau ta čiurkšlė iš pradžių buvo nukreipta ne mūsų link, ir tik vėliau atsisuko į Žemę. Deja, ši informacija taip pat nepadeda nustatyti, koks objektas skleidžia spindulius, mat čiurkšles gali turėti ir neutroninės žvaigždės, ir juodosios skylės. Ilgalaikiai stebėjimai turėtų padėti nustatyti, kaip arti objekto priartėja į jį krentanti medžiaga, o tai leistų įvertinti ir objekto spindulį – neutroninės žvaigždės spindulys yra keletą kartų didesnis, nei juodosios skylės. Tyrimo rezultatai arXiv.

Dar vienas įdomus rezultatas – šis signalas patvirtina, jog didžioji dalis aukso Visatoje susiformavo neutroninių žvaigždžių susijungimo metu. Sunkesni už helį, bet lengvesni už geležį cheminiai elementai formuojasi žvaigždėse termobranduolinių reakcijų metu, o už geležį sunkesnių elementų susiformavimas ilgą laiką buvo neišaiškintas. Yra du būdai, kaip šie elementai gali formuotis; jie abu susiję su neutronų pagavimu – procesu, kai prie lengvesnio cheminio elemento branduolio prisijungia vienas ar keli neutronai ir tada branduolys išspinduliuoja elektroną bei vienas jo neutronas virsta protonu. Šis procesas gali vykti senų žvaigždžių atmosferose – ten jis vyksta lėtai, per milijonus metų. Supernovų sprogimų metu branduoliai neutronais apšaudomi labai intensyviai – procesas vyksta greitai. Taip pat greitai jis gali vykti ir neutroninių žvaigždžių susiliejimo metu vykstančiame gama spindulių žybsnyje. Išanalizavę šio žybsnio spektro kitimą per 18 dienų po susiliejimo, astronomai nustatė, kad jo metu susiformavo bent 5% Saulės masės (apie 16 tūkstančių Žemės masių) sunkiųjų elementų; tarp jų bent dvi Žemės masės vien aukso ir platinos. Tai yra pirmasis patvirtinimas, jog neutroninių žvaigždžių susiliejimai tikrai reikšmingai prisideda prie cheminių elementų formavimosi. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Gama žybsnių bendrumai. Gama spindulių žybsniai yra gana įvairūs – skiriasi jų maksimalūs šviesiai, trukmė, blėsimo savybės ir t.t. Bet tarp šių skirtumų galima rasti ir tam tikrų bendrumų. Pavyzdžiui, pernai pasiūlyta idėja, kad trys žybsnio parametrai – maksimalus šviesis, pastovaus šviesio fazės trukmė ir šviesis tos fazės pabaigoje – yra glaudžiai susiję tarpusavyje. Dabar ši hipotezė ištirta su beveik dviejų šimtų žybsnių duomenimis. Paaiškėjo, kad ji galioja visiems anksčiau išskirtiems žybsnių tipams, išskyrus vieną – trumpus žybsnius, greta kurių stebima pasklidusi spinduliuotė. Tai leidžia spręsti, kad šie gama žybsniai yra fiziškai skirtingi reiškiniai, nei visi kiti, o likusieji – to paties proceso atmainos. Šis sąryšis, pavadintas gama žybsnių fundamentaliąja plokštuma (angl. fundamental plane – panašus terminas naudojamas ir tyrinėjant kitus objektus, pavyzdžiui juodąsias skyles), yra labai naudingas, nes leis tyrinėti žybsnius nauju būdu – lyginant jų savybes su fundamentaliąja plokštuma ir tyrinėjant skirtumų prigimtį. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Štai tiek informacijos surinkau iš praėjusios savaitės. Kaip įprastai, laukiu jūsų klausimų ir komentarų.

Laiqualasse

Leave a Reply

El. pašto adresas nebus skelbiamas. Būtini laukeliai pažymėti *