Kąsnelis Visatos CCCXXVIII: Migracija

Nuo sodininkystės kosmose iki gravitacinių bangų signalų ir nuo magnetinių laukų aplink Žemę iki magnetinių bangų tarpžvaigždiniuose debesyse – kaip įprastai, naujienos iš praėjusios savaitės labai įvairios. Daug jų susijusios su planetų migracija ir jos poveikiu likusiai Saulės sistemai – kitų planetų augimui, asteroidų orbitoms ir panašiai. Kaip visada, skaitykite naujienas po kirpsniuku.

***

Kosminės sodininkystės iššūkiai. Per pastaruosius dešimtmečius yra buvę keletas eksperimentų, skirtų ištirti augaų augimą kosmose, mikrogravitacijos sąlygomis. Tačiau žmonėms naudingų augalų rūšių Žemėje yra dešimtys tūkstančių, o ištirti juos visus Tarptautinėje kosminėje stotyje (TKS) toli gražu nėra galimybių. Bet iš dalies kosmines sąlygas galima atkurti ir Žemėje, taigi NASA užsakymu Floridoje esančio Fairchild tropinio botanikos sodo komanda jau beveik dvejus metus tyrinėja, kaip įvairūs augalai auga galimai ekstremaliomis sąlygomis. Tam jie į pagalbą pasitelkė 15 tūkstančių moksleivių iš 150 mokyklų. Augalams auginti jie naudoja specialias dėžes, analogiškas trims, šiuo metu esančioms TKS. Nors mikrogravitacijos sąlygų Žemėje atkurti neįmanoma, visa kita – naudojama įranga, mikroklimatas, apšvietimas – atitinka kosmoso sąlygas, kuriose augtų augalai tarpplanetinėse misijose ar stotyse už Žemės ribų. Be to, moksleivių rūpinimasis augalais nėra idealiai tvarkingas – kartais jie tiesiog pamiršta laikytis visų nurodymų, kartais augalai paliekami likimo valiai atostogų metu, skirtingose mokyklose nevienoda aplinkos temperatūra irgi atsiliepia augalų gerovei. Tokie netikslumai atitinka galimas problemas kosminių misijų metu: galbūt kartais astronautai negalės rūpintis augalais taip nuosekliai, kaip norėtų. Augalai, kurie išgyvens tokias netolygias sąlygas, bus geresni kandidatai tolesniems tyrimams kosmose. Kai kuriuos augalus jau planuojama skraidinti į TKS – tarp jų yra net ir pomidorai.

***

Prieš porą mėnesių JAV prezidentas D. Trumpas pareiškė, kad JAV reikėtų sukurti kosmines karines pajėgas. Apie šiandieninius karinius pajėgumus kosmose savaitės filmuke pasakoja Fraser Cain:

***

Persijungimai Žemės magnetosferoje. Magnetinio lauko linijos visada yra uždaros, tarsi sūkuriai. Tačiau du magnetiniai laukai, suartėję vienas prie kito, gali „persijungti“, iš dviejų sūkurių suformuodami vieną arba atvirkščiai. Seniai žinoma, kad toks persijungimas vyksta žemutinėje Žemės magnetosferos dalyje, kur Saulės vėjo nešamos magnetinio lauko linijos prisijungia prie Žemės linijų ir leidžia ašigalių link nulėkti elektringų dalelių – daugiausiai jonų – srautams. O dabar nustatyta, kad panašus procesas vyksta ir gerokai aukščiau, dešimčių tūkstančių kilometrų atstumu nuo Žemės, kur Saulės vėjas atsimuša į Žemės magnetinį lauką, gerokai sulėtėja ir tampa turbulentiškas. Anksčiau buvo manoma, kad tame regione elektringų dalelių plazma juda per daug chaotiškai, kad galėtų vykti persijungimo reiškiniai, be to, ten nebuvo aptikta persijungimui būdingų jonų čiurkšlių. Naujasis atradimas, padarytas naudojant NASA Magnetic Multiscale keturių palydovų misijos duomenis, parodė, kad persijungimas toli nuo Žemės vyksta gerokai mažesniais erdviniais masteliais ir išmeta ne jonų, bet elektronų čiurkšles. O čiurkšlės yra keliasdešimt kartų greitesnės, nei analogiškos jonų čiurkšlės. Šis atradimas paaiškina, kur dingsta Saulės vėjo energija, „sugaunama“ Žemės magnetosferoje – ji panaudojama elektronams įgreitinti. Taip pat rezultatai leis geriau suprasti magnetinių laukų evoliuciją skirtingose terpėse, tokiose kaip Saulė ir jos vainikas, Saulės vėjas ir protoplanetiniai diskai. Tyrimo rezultatai publikuojami Nature.

***

Pražuvę Žemės palydovai. Mėnulis greičiausiai susiformavo, kai į Žemę jos jaunystėje atsitrenkė maždaug Marso dydžio kūnas; susidūrimas išmetė labai daug medžiagos, kurios dalis suformavo mūsų palydovą. Bet tokių susidūrimų turėjo būti ir daugiau, taigi tikėtina, kad Žemė per savo gyvenimą turėjo ne vieną palydovą, tačiau visi kiti arba buvo greitai išmesti tolyn į Saulės sistemą, arba susidūrė su Mėnuliu ir prisijungė prie jo, arba nukrito atgal į Žemę. Dabar pirmą kartą pastarasis procesas išnagrinėtas skaitmeniniais hidrodinaminiais modeliais. Pasirinkus tikėtinus naujai susiformavusių įvairaus dydžio mėnuliukų orbitų parametrus, apskaičiuota jų tolesnė evoliucija. Nustatyta, kad dažniausiai susidūrimai yra palyginus silpni – mėnuliukas „prabraukia“ Žemės paviršiumi arba suyra dėl potvyninių jėgų, kartu suardydamas dalį Žemės plutos. Tokių smūgių metu maždaug pusė mėnuliuko prisijungia prie Žemės, o pusė pavirsta nuolaužų žiedu, kuris vėliau gali susijungti į naują, mažesnį, mėnuliuką, prisijungti prie kito palydovo, išlėkti tolyn ar toliau kristi į Žemę. Tiesmuki susidūrimai kaktomuša yra labai efektyvūs – praktiškai visas mėnuliukas prisijungia prie Žemės – bet reti. Tarpiniais atvejais nuolaužų žiedą sudaro 2-25% mėnuliuko masės, o didžioji šių nuolaužų dalis pabėga toli nuo Žemės. Tokie susidūrimai taip pat gali šiek tiek pakeisti Žemės sukimosi periodą. Taip pat nustatyta, kad mėnuliukų medžiaga Žemė pasiskirsto lokaliai, taigi šis procesas gali paaiškinti, kodėl skirtingose Žemės vietose randami labai skirtingi sunkių cheminių elementų kiekiai: didžioji dalis šių elementų Žemei formuojantis nuskendo jos branduolyje, o plutoje liko tik tie, kuriuos atnešė vėlesni asteroidų ir mėnuliukų smūgiai. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Žemės orbitos (ne)pasikeitimai. Žemės orbita yra šiek tiek elipsinė; maža to, ji nuolatos kinta. Pokyčiai vyksta lėtai, taip, kad kasdieniame gyvenime jų nepastebime, tačiau geologiniai duomenys juos atskleidžia labai aiškiai. Ilgą laiką buvo žinoma, kad Jupiterio ir Veneros gravitacija periodiškai, kas 405 tūkstančius metų, turėtų ištempti ir sutraukti Žemės orbitos elipsiškumą, o dabar pirmą kartą aptikti šio periodiškumo įrodymai uolienose. Ištyrę priešistorinio ežero New Jersey'io valstijoje dugno nuosėdas bei Arizonos valstijoje paimtą uolienos mėginį, mokslininkai nustatė, kad prieš 202-253 milijonus metų būtent šis, 405 tūkstančių metų, klimato ciklas buvo aiškiausias periodinis Žemės orbitos pokytis. Anksčiau, remiantis vien astronominiais duomenimis, buvo apskaičiuota, kad šis ciklas veikė pastaruosius 50 milijonų metų, tačiau senesniais laikais apskaičiuoti tikslias planetų orbitas tampa nebeįmanoma dėl daugybės mažų kūnų gravitacijos įtakos. Taigi šis atradimas patvirtina, kad 405 tūkstančių metų ciklas egzistavo prieš daugiau nei 200 milijonų metų ir kad jo ilgis buvo toks pat, kaip ir dabar. Šie rezultatai padės geriau suprasti klimato ir gyvybės evoliuciją Žemėje, ypač tokius procesus, kaip dinozaurų ir panašios megafaunos atsiradimą ir išnykimą. Tyrimo rezultatai publikuojami PNAS.

***

Sustabdytas Marso augimas. Marsas yra gerokai mažesnis už Žemę ir Venerą. Kol kas Saulės sistemos formavimosi modeliai negali paaiškinti šio masės skirtumo. Dabar pasiūlyta hipotezė, galimai paaiškinanti ir Marso masę, ir vandens kilmę Žemėje. Ji remiasi labai anksti po susiformavimo prasidėjusia keturių didžiųjų planetų migracija tolyn nuo Saulės. Jau seniai manoma, kad tokia migracija vyko, bet pagal šią hipotezę, ji įvyko labai anksti, kai vidinės Saulės sistemos planetos dar nebuvo susiformavusios. Tuo metu, tik išgaravus dujų diskui, iš kurio formavosi planetos, vidinėje Saulės sistemos dalyje buvo apie šimtą Mėnulio-Marso masės objektų ir daugybė mažesnių uolienų. Jei nebūtų didžiųjų planetų, šie objektai laikui bėgant būtų suformavę keletą panašaus dydžio uolinių planetų. Tačiau didžiųjų planetų migracija destabilizavo uolinių objektų orbitas ir nustūmė daugumą jų artyn prie Saulės. Marsas liko vienas ir nebeturėjo iš ko augti, o masyvios uolienos, atlėkusios iš toliau, atnešė į Žemę ir Venerą didžiulius kiekius vandens (Žemės atstumu esančiose uolienose buvęs vandens ledas išgaravo kaitinamas Saulės spindulių). Hipotezė paremta skaitmeniniais modeliais, kurie rodo, kad tokia ankstyva didžiųjų planetų migracija tikrai galėtų paaiškinti Marso masę. Tačiau tai negarantuoja, kad toks scenarijus tikrai vyko ir nepaaiškina, kodėl didžiosios planetos migruoti ėmė būtent tada. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Asteroidas ne vietoje. Saulės sistemos jaunystėje daugybė mažų objektų migravo, tampomi didesnių kūnų gravitacijos. Jupiteris ir Saturnas daugybę asteroidų nusviedė į Saulę arba išmetė į Saulės sistemos pakraščius. Taigi tikėtina, kad Kuiperio žiede turėtų egzistuoti kažkiek asteroidų, kurie susiformavo gerokai arčiau Saulės, maždaug šiandieniniame Asteroidų žiede tarp Marso ir Jupiterio orbitų. Dabar paskelbta apie pirmojo tokio objekto aptikimą. Objektas 2004 EW95 yra 300 km skersmens asteroidas, kurio atspindėta Saulės šviesa rodo, jog jo paviršiuje yra daug anglies junginių. Tokie angliniai asteroidai yra būdingi centrinei Saulės sistemos daliai, o Kuiperio žiede anksčiau jų nebuvo aptikta. Kuiperio žiedo objektai, priešingai, turi lygius, vienodai visą šviesą atspindinčius, paviršius, kurie neleidžia identifikuoti juos sudarančios medžiagos. Objekto paviršiuje taip pat aptikta filosilikatų ir anglies oksidų – junginių, kurie irgi iki šiol nebuvo aptikti Kuiperio žiede. Nors tai tik pirmasis toks objektas, ateityje jų tikimasi atrasti ir daugiau; tai padės geriau suprasti asteroidų migraciją Saulės sistemos jaunystėje ir asteroidų evoliuciją juos veikiant labai skirtingo intensyvumo Saulės spinduliuotei ir vėjui. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Netikėtai aptikta planeta. Nors šiuo metu žinome tūkstančius egzoplanetų, o naujos atrandamos kone kasdien, kartais pasitaiko ir netikėtų bei tikrai įdomių atradimų. Štai praeitą savaitę paskelbta apie gana netikėtai aptiktą planetą prie labai jaunos dvinarės žvaigždės. Žvaigždė Chameleono CS (CS Chameleoni) yra vos 2-3 milijonų metų amžiaus; ją vis dar juosia protoplanetinis diskas, kuriame greičiausiai formuojasi planetos. Aptiktoji planeta yra keturis kartus toliau, nei disko kraštas, nuo žvaigždės nutolusi bent per 210 astronominių vienetų. Atradimas buvo neplanuotas: mokslininkai tyrinėjo žvaigždę supantį diską, kai vienoje nuotraukoje pamatė blausų taškelį. Palyginę jį su 19 metų senumo nuotrauka nustatė, kad taškelis juda kartu su žvaigžde, vadinasi, priklauso tai pačiai sistemai. Neaiški ir objekto masė – tai gali būti už Jupiterį kiek masyvesnė planeta arba rudoji nykštukė. Kaip bebūtų, tai yra viena jauniausių žinomų egzoplanetų – kol kas buvo žinoma tik viena panašaus amžiaus planeta, o kitos – bent 9 milijonų metų amžiaus. Taigi šis atradimas padės geriau suprasti planetų formavimosi ir sąveikos su protoplanetiniu disku procesą. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Tarpžvaigždinių debesų forma. Nustatyti kosminių struktūrų formą kartais gali būti sudėtinga, nes matome tik jų projekcijas dangaus skliaute. Tai ypač pasireiškia nagrinėjant tarpžvaigždinius dujų debesis, kurių forma gali būti labai įvairi – nuo beveik sferinių iki siūlo formos ar visiškai netvarkingų. Dabar pristatytas tyrimas, kuriame vieno tokio debesies forma nustatyta ištyrus magnetinio lauko kuriamų bangų sklidimą jame. Nuo debesies formos priklauso, kaip bangos atsispindi įvairiomis kryptimis, taigi ir jų sklidimo dažnis. Paaiškėjo, kad debesis nėra siūlo formos, kaip manyta iki šiol, bet plokščias tarsi popieriaus lapas, į kurį žiūrime iš šono. Šiuo metu debesis yra gana ramus, bet per keletą milijonų metų jame turėtų pradėti formuotis žvaigždės. Šis atradimas leis debesį tyrinėti kaip ankstyvos žvaigždžių formavimosi proceso evoliucijos laboratoriją. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Galaktikos centras rentgeno spindulių diapazone su pažymėtais taškiniais šaltiniais – neutroninėmis žvaigždėmis (geltoni apskritimai) ir juodosiomis skylėmis (raudoni apskritimai). ©NASA/CXC / Columbia Univ./ C. Hailey et al.
Galaktikos centras rentgeno spindulių diapazone su pažymėtais taškiniais šaltiniais – neutroninėmis žvaigždėmis (geltoni apskritimai) ir juodosiomis skylėmis (raudoni apskritimai). ©NASA/CXC / Columbia Univ./ C. Hailey et al.

Savaitės paveiksliuko herojų jame nematyti. Tai – juodosios skylės, esančios šalia supermasyvios juodosios skylės mūsų Galaktikos centre. Jų pačių matyti negalime, bet rentgeno spinduliuotė, atsklindanti iš taškinių šaltinių, beveik neabejotinai yra kuriama dujoms krentant įvykių horizontų link. Šie Chandra rentgeno spindulių kosminio teleskopo stebėjimai padeda geriau suprasti, kas dedasi mūsų Galaktikos centre.

***

Labai greitas pulsaras. Aptiktas pulsaras dvinarėje sistemoje, kurios periodas yra trumpiausias iš visų žinomų dvinarių pulsarų – mažiau nei 40 minučių. Pulsarai yra sparčiai besisukančios neutroninės žvaigždės, kurių spinduliuotė, daugiausiai sklindanti lygiagrečiai magnetinio lauko ašiai, periodiškai nukrypsta mūsų link. Kai kurie pulsarai randami dvinarėse sistemose, kur ryja medžiagą iš kompanionės ir kartais sužimba ryškesniais rentgeno spindulių žybsniais. Aptiktasis pulsaras, kodiniu pavadinimu IGR J17062–6143, irgi žybsni rentgeno spinduliuose, tačiau neaišku, kokia kompanionė jį maitina. Jo orbitos spindulys yra vos trys tūkstančiai kilometrų – gerokai mažesnis už bet kokios žvaigždės spindulį. Įvertinta, kad jo kompanionė yra 1-2% Saulės masės, taigi negali būti įprasta žvaigždė, o nebent rudoji nykštukė. Paties pulsaro masė yra apie 1,5-2 Saulės mases, taigi šimtą kartų didesnė, nei kompanionės. Galima sakyti, kad pulsaras yra beveik stacionarus, o kompanionė sukasi aplink jį kaip palydovė. Tyrimo rezultatai publikuojami Astrophysical Journal Letters.

***

Dvinarių gravitacinės bangos. Jau daugiau nei treji metai praėjo nuo pirmo gravitacinių bangų signalo užfiksavimo. Nuo tada LIGO ir VIRGO gravitacinių bangų tyrimų stotys aptiko dar penkis signalus. Šiuo metu ruošiamas kosminis gravitacinių bangų teleskopas LISA, pakilsiantis 2034-aisiais, turėtų aptikti gerokai daugiau signalų. Naujame tyrime prognozuojama, kad vien iš Paukščių Tako tokių signalų turėtų sklisti dešimtys – visi iš dvinarių sistemų kamuoliniuose spiečiuose. Skaitmeniniais kamuolinių spiečių evoliucijos modeliais ištyrus tikėtinas dvinarių sistemų savybes paaiškėjo, kad per visą Paukščių Taką galima tikėtis maždaug 21 sistemos, kurią galėtų aptikti LISA. Maždaug septynios sistemos būtų sudarytos iš dviejų juodųjų skylių, likusios – iš įvairių juodųjų skylių, neutroninių žvaigždžių ir baltųjų nykštukių kombinacijų. Juodųjų skylių porų signalai turėtų būti stipriausi; kai kurie iš jų gali būti tokie stiprūs, kad juos pavyktų užfiksuoti net iš kaimyninės Andromedos galaktikos ar Mergelės spiečiaus galaktikų. Ir čia kalba eina viena apie ilgalaikius šaltinius – lėtai evoliucionuojančias ir artimiausiu metu nesusijungsiančias dvinares žvaigždes. Kosminių susidūrimų bus aptikta gerokai daugiau, greičiausiai šimtai, jei ne tūkstančiai. Tyrimo rezultatai publikuojami Physical Review Letters.

***

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

Laiqualasse

Leave a Reply

El. pašto adresas nebus skelbiamas. Būtini laukeliai pažymėti *