Kąsnelis Visatos CCCXXVII: Formavimas(is)

Daug paprasčiau kosminius teleskopus ne statyti Žemėje, o leisti jiems patiems susirinkti orbitoje. Kone panašiai į galaktikų spiečius, vieno kurių formavimasis irgi aprašytas praeitą savaitę paskelbtame darbe. Taip pat naujienose skaitykite apie Marsą ir ten keliaujančią InSight misiją, apie sūkurius Saulėje ir helį egzoplanetos atmosferoje, bet dar šį tą įdomaus. Kaip visada, naujienos po kirpsniuku.

***

Autonomiškai surenkamas teleskopas. Šiuo metu jau baigiamas ir 2020-aisiais pagaliau pakilti turėsiantis James Webb kosminis teleskopas turi 6,5 metro skersmens pagrindinį veidrodį, sudarytą iš 18 vienodų šešiakampių segmentų. Jau ir tokio veidrodžio pagaminimas sukėlė daug techninių iššūkių, o ateityje teleskopai planuojami dar didesni. Štai NASA savo dešimtmečio planuose turi egzoplanetų tyrimams skirtą teleskopą LUVOIR, kurio pagrindinio veidrodžio skersmuo turėtų siekti net 15 metrų. Kaip pagaminti ir, svarbiausia, į kosmosą iškelti tokį monstrą? Vienas būdas – į orbitą kelti dalimis, kurios vėliau autonomiškai susijungia į galutinį prietaisą. Tokios autonominių teleskopų technologijos idėjai NASA prieš mėnesį skyrė 125 tūkstančių dolerių paramą pirminei devynių mėnesių galimybių studijai atlikti. Idėjos autorių teigimu, ateityje dideli kosminiai teleskopai galėtų susidėti iš daugybės identiškų komponentų, kurių kiekvienas galėtų tarnauti ir kaip veidrodžio, ir kaip atraminių struktūrų, ir kaip apsauginių skydų dalis. Tai būtų maždaug metro skersmens šešiakampiai palydovai, kurių vienas paviršius būtų veidrodinis. Jie būtų gaminami masiškai, paleidžiami vienas po kito, tada naudodami Saulės bures nuskristų iki teleskopo surinkimo vietos ir susijungtų į didelę struktūrą. Taip būtų galima gaminti labai didelius teleskopus – jų skersmuo būtų praktiškai neribotas, nes kosmose lengviau išlaikyti dideles struktūras, kai nereikia atsižvelgti į Žemės gravitaciją. Kūrėjai jau kalba ne tik apie 15 metrų skersmens LUVOIR, bet ir apie 30 metrų skersmens kosminį teleskopą, dydžiu prilygstantį didžiausiems šiandieniniams antžeminiams regimųjų spindulių teleskopams. Be to, sugedus vienam komponentui, kitas galėtų jį pakeisti, arba iš Žemės būtų galima atsiųsti atsarginę dalį, kuri irgi autonomiškai pakeistų sugedusiąją.

***

Saulės medžiagos sūkuriai. Saulėje medžiaga juda dėl žvaigždės sukimosi, dėl konvekcijos (karštos medžiagos kilimo į viršų ir atvėsusios leidimosi žemyn) ir dėl turbulencijos. O dabar nustatyta, kad dideliais masteliais medžiaga dar ir sukasi sūkuriais ties pusiauju, kurie susilpnina konvekciją ir turbulenciją. Šie sūkuriai, vadinami Rossby bangomis, egzistuoja ir Žemės atmosferoje bei reguliuoja mūsų planetos klimatą, taip pat greičiausiai paaiškina Saturno šiaurės ašigalyje esančio šešiakampio kilmę. Jos atsiranda bet kokiame sferiniame besisukančiame dujų telkinyje dėl Koriolio jėgos, t.y. kyla dėl nevienodo sukimosi greičio skirtingose platumose. Ilgą laiką buvo spėjama, kad jos egzistuoja ir Saulėje, bet tik dabar pavyko šį judėjimą užfiksuoti vienareikšmiškai. Sukimasis šiuose sūkuriuose yra panašiai spartus, kaip ir dėl konvekcijos kylantis sukimasis vertikalia kryptimi, taigi Rossby bangos yra reikšminga Saulės dinamikos detalė. Aptiktos bangos yra keleto mastelių, bet jų visų dydžiai siekia dešimtis tūkstančių kilometrų, o apsisukimo periodai – mėnesius. Tai yra viena iš priežasčių, kodėl jų iki šiol nepavyko aptikti. Bangos gali paaiškinti ir anksčiau mįslingai atrodžiusią Saulės savybę, jog dideliuose erdviniuose masteliuose jos medžiagos judėjimas yra keistai lėtas – pasirodo, jis tiesiog tampa daug tvarkingesnis ir sunkiau užfiksuojamas. Tyrimo rezultatai publikuojami Nature Astronomy.

***

InSight misija išskrido. Praėjo jau šešeri metai nuo paskutinio NASA marsaeigio nusileidimo Raudonojoje planetoje. O po kiek daugiau nei pusmečio prie Smalsiuko bei Opportunity prisijungs dar vienas zondas – InSight. Ši misija sėkmingai pakilo į kosmosą šeštadienį, apie antrą valandą Lietuvos laiku, ir netrukus pasuko Marso link. InSight nevažinės Marso paviršiumi; nusileidęs jis stovės vienoje vietoje ir tyrinės Marso drebėjimus. Jau seniai žinome, kad Marse drebėjimai vyksta, taip pat plutą sudrebina ir meteoritų smūgiai bei smėlio nuošliaužos, tačiau neaišku, kiek dažni šie procesai ir kaip jų atgarsiai sklinda planetos pluta bei mantija. Du pagrindiniai InSight instrumentai yra vibracijas paviršiuje matuosiantis seismometras ir šilumą matuosiantis zondas-kūjis, kuris bus įkaltas į 3-5 metrų gylį po paviršiumi. Suprasti temperatūros pokyčius Marse labai svarbu, kad būtų galima gerai suplanuoti žmonių skrydžius ir jiems reikalingą gyvenamąją aplinką. Misija truks 26 mėnesius, t.y. vienerius Marso metus, per kuriuos tikimasi užfiksuoti bent šimtą drebėjimų.

Kartu su InSight Marso link išskrido dar du erdvėlaiviai – WALL-E ir EVE. Filmo veikėjais pavadinti objektai yra palydovai-kubiukai (CubeSat'ai), skirti išbandyti tokių palydovų variklius bei navigacijos sistemą. Jie turėtų skristi kelių tūkstančių kilometrų atstumu nuo InSight ir vienas nuo kito, varomi suslėgtų šaltų dujų varikliu, iš principo panašiu į gesintuvą. Jie bus pirmieji kubiukai, išskridę iš Žemės aplinkos. Jei viskas vyks sėkmingai, jie viso skrydžio Marso link metu perduos duomenis į Žemę, o pabaigoje dar persiųs duomenis ir iš InSight zondo. Ateityje tokie palydovai gali būti naudojami kaip tarpplanetinių komunikacijų tinklo dalis.

***

Senovės Marso klimatas. Kadaise Marso paviršiuje tikrai buvo skysto vandens, tačiau kol kas neaišku, ar jis tokiu pavidalu egzistuodavo ilgą laiką, ar tik per trumpus atlydžius, ištirpus planetą kausčiusiems ledynams. Toks, ledinio Marso, modelis yra paremtas skaičiavimas, jog ankstyvąjį Marsą pasiekdavo per mažai Saulės šviesos, kad jame galėtų būti nuolatinių skysto vandens telkinių. Bet dabar, remiantis detalesniais skaičiavimais, pasiūlytas kitoks modelis, pagal kurį Marso niekados nekaustė didžiuliai ledynai. Pagal šį modelį, Marso klimatui reikšmingos įtakos turėjo ugnikalnių išsiveržimai ir meteoritų smūgiai, į atmosferą išmesdavę daug metano ir anglies dvideginio ir taip sustiprindavę šiltnamio efektą. Tokiame Marse esantis vanduo galėjo ilgai išlikti skystas, galėjo vykti vandens apytaka ir lyti lietus. Tiesa, lietaus turėjo būti nedaug – iki 10 cm per metus. Šie procesai geriausiai paaiškina stebimas Marso paviršiaus struktūras – upių vagas, ežerų ir jūrų baseinus bei potvynių užtvindomas plynes. Tyrimo rezultatai publikuojami Nature Geoscience.

***

Marso mantijos sudėtis. Ir Žemė, ir Marsas plutoje bei mantijoje turi daugiau kai kurių cheminių elementų, nei tikėtina, sprendžiant pagal standartinę planetų formavimosi teoriją. Pagal ją, planetai formuojantis geležis ir kai kurie kiti sunkūs cheminiai elementai, vadinami siderofilais, nuskęsta branduolyje, o mantijoje jų nebelieka. Vieninteliai paviršiuje esantys siderofilai ir geležis yra tie, kurie atkeliavo vėliau, su meteoritų ir asteroidų smūgiais. Tikėtiną smūgių ir jų atneštos medžiagos kiekį galima apskaičiuoti, žinant planetos masę, tačiau Žemės bei Marso plutos cheminė sudėtis šių skaičiavimų neatitinka. Žemėje tai paaiškinama Mėnulį suformavusiu susidūrimu – jis įvyko vėlai ir stipriai sujaukė Žemę, taigi iškėlė palyginus daug sunkių cheminių elementų į paviršių. Marso paviršiaus tyrimų duomenys rodo, kad jame siderofilų yra netgi santykinai daugiau, nei Žemėje, taigi Marsas taip pat turėjo patirti didelį smūgį. Stebimus kiekius paaiškintų 1200 km skersmens planetoido smūgis į Raudonąją planetą. Šis smūgis taip pat paaiškintų netvarkingą Marso formą – jo šiaurinio pusrutulio paviršius yra žemiau, nei pietinio. Apie panašų smūgį buvo šnekama ir seniau, bet šis tyrimas yra naujas argumentas, paremiantis tokią hipotezę. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Helio turinti egzoplaneta. Pirmą kartą egzoplanetos atmosferoje užfiksuotas helis. Nors helis yra antras gausiausias cheminis elementas Visatoje, po vandenilio, iki šiol jo aptikti egzoplanetose nepavyko, greičiausiai todėl, kad jis lengvai išgaruoja, planetai esant arti žvaigždės (laisvas vandenilis išgaruoja dar lengviau, bet jo gali pasipildyti cheminių reakcijų metu, o helis yra chemiškai nereaktyvus). Žvaigždė WASP-107b yra maždaug dvigubai masyvesnė už Neptūną ir aštuonis kartus lengvesnė už Jupiterį, tačiau jos skersmuo yra panašus į Jupiterio. Ji aplink savo žvaigždę apsisuka vos per šešias paras. Jos atmosfera yra labai karšta, 500 Celsijaus laipsnių temperatūroje; tiesa, tai yra šalčiausia kol kas aptikta egzoplanetos atmosfera. Atrodo, kad atmosfera taip pat yra labai plati ir tęsiasi dešimtis tūkstančių kilometrų, panašiai kaip dujinių milžinių Saulės sistemoje. Be to, atmosfera beveik neabejotinai sparčiai garuoja ir nyksta, nors visiškam išgaravimui jai reikėtų daugiau laiko, nei tikėtina WASP-107b gyvavimo trukmė. Tyrimo rezultatai publikuojami Nature.

***

Nežemiškų civilizacijų palydovai. Mūsų Žemė, stebint iš toli, per pastaruosius kelis dešimtmečius pastebimai pasikeitė, nes aplink ją atsirado dirbtinių palydovų žiedas. Palydovai skrajoja įvairiame aukštyje, bet daugiausiai jų randame maždaug 30 tūkstančių kilometrų virš planetos paviršiaus esančioje geostacionarioje orbitoje. Prie kitos žvaigždės esančioje planetoje egzistuojanti technologinė civilizacija taip pat greičiausiai iškeltų daug palydovų į geostacionarią orbitą, o tai padėtų mums ją aptikti. Geostacionarūs palydovai turi daug privalumų, lyginant su bet kokiais kitais – jie visą laiką kybo virš to paties planetos taško, todėl yra labai naudingi komunikacijoms ar konkrečių Žemės paviršiaus dalių stebėjimams. Taigi tikėtina, kad protinga nežemiška civilizacija taip pat turės palydovų, o gal net orbitinę stotį, tokiame aukštyje. Jei palydovų yra pakankamai daug – bent viena 10000-oji viso žiedo dalis – juos galėtų aptikti toks teleskopas, kaip TESS. Tokia paieška nereikalauja jokių papildomų resursų, išskyrus stebėjimų duomenų apdorojimą, taigi ją bus galima daryti nagrinėjant TESS surinktą medžiagą. Panašiai į tokį rašytojo Arthuro Clarke'o vardu pakrikštytą žiedą gali atrodyti ir natūralūs planetų žiedai, bet jų orbitos visai nebūtinai turi sutapti su planetostacionaria. Taigi stacionarioje orbitoje esantis žiedas greičiausiai būtų dirbtinis. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Lėtai besisukanti žvaigždė. Mūsų Saulė aplink savo ašį apsisuka per maždaug 24 paras. Kitos žvaigždės sukasi įvairiai – vienos lėčiau, kitos greičiau. Yra ir labai lėtai besisukančių žvaigždžių: pavyzdžiui praeitą savaitę paskelbta apie apskaičiuotą tikėtiną žvaigždės HD 101065 sukimosi periodą, kuris siekia 188 metus. Ši žvaigždė, dar vadinama Przybylskio žvaigžde, yra Kentauro žvaigždyne, nuo mūsų nutolusi per kiek daugiau nei 110 parsekų. Ji turi labai stiprų magnetinį lauką, kuris ir padėjo nustatyti sukimosi greitį. Naudodami 43 metų stebėjimų duomenis, mokslininkai įvertino, kiek pasislinko magnetinio lauko linijos per šį laikotarpį. Jų poslinkis leido nustatyti ir sukimosi periodą. Tiesa, nustatymas nėra ypatingai tikslus, ir kol kas neįmanoma visiškai atmesti net ir 43 metų sukimosi periodo; trumpesni jau gali būti atmetami. Magnetinis laukas gali būti ir lėto sukimosi priežastis: žvaigždės jaunystėje magnetinis laukas sustiprina sąveiką su protoplanetiniu disku, kuriam žvaigždė gali perduoti beveik visą savo judesio kiekio momentą ir dėl to labai sulėtėti. Kitos stiprų magnetinį lauką turinčios žvaigždės taip pat sukasi gana lėtai. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Žvaigždžių formavimosi dėsniai. Žvaigždės susiformuoja iš santykinai tankių dujų telkinių, vadinamų molekuliniais debesimis. Debesys, veikiami savo gravitacijos ir dujų judėjimo, byra į vis smulkesnius gabalus, kol galiausiai virsta žvaigždėmis. Iki šiol buvo manoma, kad debesies fragmentų masės yra pasiskirsčiusios beveik taip pat, kaip ir žvaigždžių masės, taigi žvaigždės iš kiekvieno fragmento formuojasi vienodai efektyviai, nepriklausomai nuo pastarojo masės. Bet ši išvada buvo paremta artimų mums žvaigždėdaros regionų stebėjimais ir nedideliu duomenų kiekiu. Žvaigždžių masių pasiskirstymas yra beveik vienodas visur, tačiau apie debesies fragmentų masių pasiskirstymą to pasakyti negalime. Dabar ištirtas didesnis žvaigždėdaros regionas W43-MM1 ir paaiškėjo, kad ten yra santykinai gerokai daugiau masyvių debesies fragmentų, nei masyvių žvaigždžių. Tai reiškia, kad besiformuodamos masyvios žvaigždės nustumia didesnę dalį fragmento dujų, nei mažos masės analogai. Kodėl taip yra – neaišku; stebėjimai rodo, kad būtent mažos masės žvaigždės besiformuodamos į aplinką išmeta santykinai daugiau masės, nei didelės. Tolesni kitų žvaigždėdaros regionų stebėjimai padės susidaryti geresnį bendrą vaizdą ir nustatyti, ar skirtumai tarp žvaigždėdaros regionų priklauso nuo jų padėties Galaktikoje bei kitų savybių. Tyrimo rezultatai publikuojami Nature Astronomy.

***

Kaip atrodys žvaigždės, planetos ir gyvybė po milijardų metų, kai mūsų Galaktika artės prie gyvenimo pabaigos? Apie tai – savaitės filmuke iš PBS SpaceTime:

***

Didžiojo Magelano debesies žvaigždžių judėjimas. (c) ESA/Gaia/DPAC
Didžiojo Magelano debesies žvaigždžių judėjimas. (c) ESA/Gaia/DPAC

Savaitės paveiksliukas – viena iš naujienų, kurias mums davė GAIA antrasis duomenų paketas. GAIA išmatavo daugybės Didžiojo Magelano debesies – palydovinės Paukščių Tako galaktikos – žvaigždžių judėjimo greitį ir kryptį, ir šie duomenys pateikti nuotraukoje. Spalva ir jos intensyvumas žymi žvaigždžių tankį ir šviesį, atskleisdami galaktikos struktūrą ir žvaigždžių formavimosi regionus. Paveikslo „tekstūra“ žymi žvaigždžių judėjimo kryptį; iš čia matyti, kad visas Debesis sukasi daugmaž dangaus plokštumoje.

***

Pirmykščio spiečiaus formavimasis. Kuo tolimesnius objektus stebime, tuo toliau į praeitį žiūrime – jų šviesa iki mūsų gali keliauti daugiau nei dešimt milijardų metų. Šitaip galime susidaryti vaizdą apie įvairių struktūrų formavimąsi Visatoje. Dabar paskelbta apie labai tolimo galaktikų proto-spiečiaus atradimą – jį sudaro net 14 galaktikų, kurios stebimu metu dar nėra susijungusios į spiečių, bet artėja to link. Visos keturiolika galaktikų turi daug dujų ir formuoja žvaigždes 50-1000 kartų sparčiau, nei Paukščių Takas. Tai yra gana įprasta tokioms tolimoms galaktikoms, tačiau neįprasta atrasti jų tiek daug vienoje vietoje – galaktikas skiria atstumai, palyginami su Paukščių Tako skersmeniu. Galaktikas matome tokias, kokios jos buvo Visatai esant vos 1,4 milijardo metų amžiaus – dešimt kartų jaunesnei, nei dabar. Ir jau tuo metu šis spiečius buvo beveik susiformavęs. Šis atradimas padeda išspręsti klausimą, kaip spiečiai formuojasi: anksčiau skaitmeniniai modeliai prognozavo, kad jie turėtų formuotis iš dešimčių galaktikų, sukrentančių į vieną telkinį, tačiau aptikti buvo pavykę tik keleto galaktikų proto-spiečius. Naujasis atradimas puikiai atitinka prognozes, taip sustiprindamas skaitmeninių modelių realistiškumą. Tyrimo rezultatai publikuojami Nature.

***

Štai ir visos žinios iš praėjusios savaitės. Kaip įprastai, laukiu jūsų klausimų ir komentarų.

Laiqualasse

Leave a Reply

El. pašto adresas nebus skelbiamas. Būtini laukeliai pažymėti *