Kąsnelis Visatos CCCXXXV: Plutos

Vienos planetos turi uolinę plutą, kitos – ledinę, trečios apskritai galbūt neturi. Bet panašumų yra tarp visų. Praėjusios savaitės naujienose – nuo Marso plutos amžiaus skaičiavimo iki tamsiosios materijos egzistavimo patikrinimo nykštukinėse galaktikose. Kaip įprastai, dešimt naujienų rasite po kirpsniuku.

***

Vasaros astronominės įdomybės. Šaltinis: Universe2go
Vasaros astronominės įdomybės. Šaltinis: Universe2go

Liepa ir rugpjūtis – patys geriausi mėnesiai dangaus stebėjimams. Ir pamatyti galima toli gražu ne tik krentančias žvaigždes – sulauksime ir Mėnulio užtemimo, ir kometos, ir dar visokių įdomių dalykų. Gero nakties dangaus!

***

Webbas vėl vėluoja. Praeitą savaitę, po nepriklausomo audito, NASA paskelbė, jog James Webb kosminis teleskopas vėluos dar daugiau. Paskelbta nauja planuojama paleidimo data – 2021 metų kovas arba vėliau. Prieš porą mėnesių paleidimas buvo atidėtas nuo 2019 vidurio iki 2020-ųjų gegužės, bet ir ši data pasirodė pernelyg optimistiška. Audito metu identifikuota daug smulkių problemų, kurias sutvarkyti per dvejus metus laiko neužteks. Be to, jų sutvarkymui ir teleskopo užbaigimui reikės ir daugiau lėšų: teleskopo kaina greičiausiai pakils iki 8,8 milijardo dolerių.

Kad ši naujiena būtų ne vien liūdna, galime pažvelgti į kai kurių kosminių misijų sėkmingą progresą. Štai praeitą savaitę iš Tarptautinės kosminės stoties paleistas didžiausias palydovas – 100 kilogramų masės RemoveDebris. Jo tikslas – išbandyti kosminių šiukšlių – palydovų, raketų ir erdvėlaivių nuolaužų – surinkimo technologiją, sugaudant juos tinklais ir harpūnais. Tikrų šiukšlių šis palydovas nerinks – jis pats paleis du bandomuosius palydovus-kubiukus, kurių vienas išpūs balioną. RemoveDebris tikslas bus susekti abu kubiukus, naudojant atstumo ir padėties matuoklius, ir juos pagauti – vieną tinklu, kitą harpūnu. Pagauti mėginiai bus numesti į Žemės atmosferą, kur saugiai sudegs.

Dar viena gera žinia – Japonijos zondas Hayabusa2 sėkmingai pasiekė asteroidą Ryugu, kurį tyrinės artimiausius 18 mėnesių. Tyrimo metu bus paimti asteroidą sudarančios medžiagos, kurioje turėtų būti daug vandens bei organinių junginių, mėginiai, kurie bus pargabenti į Žemę tolesniems tyrimams. Palydovas ne tik skraidys aplink asteroidą, bet ir nuleis ant jo paviršiaus du zondus, iš kurių vienas tvirtai prisikabins prie kilometro skersmens asteroido paviršiaus, o kitas važinės aplink jį.

***

Marso plutos formavimasis. Žemės pluta susiformavo praėjus maždaug 120 milijonų metų po Saulės įsižiebimo. O štai Marso pluta susiformavo anksčiau – 20 milijonų metų po termobranduolinių reakcijų Saulėje pradžios, arba prieš 4,547 milijardo metų. Toks atradimas padarytas nuodugniai ištyrus uolienų mėginius, paimtus iš Marso meteorito, atrasto Žemėje 2011 metais. Cheminio elemento hafnio izotopų gausų santykis parodė, kad šie meteoritai buvo suformuoti iš tokios labai senos plutos. Vėliau pluta buvo perdirbta įvairių smūgių metu – kitos struktūros meteorite yra maždaug 4,4 milijardų metų amžiaus. Šis atradimas padidina tikimybę, kad Marse galėjo egzistuoti gyvybė – jai atsirasti reikalingas kietas paviršius, taigi Marse gyvybei tinkamos sąlygos egzistavo gal net 100 milijonų metų ilgiau, nei manyta iki šiol. Tyrimo rezultatai publikuojami Nature.

Kitas, irgi su Marso gyvybe, susijęs atradimas padarytas tyrinėjant senovinius tėkmių kanalus Marso paviršiuje. Šiuos kanalus galėjo suformuoti lietaus sukurtos upės, tirpstantys ledynai arba iš po paviršiaus besisunkiantis vanduo. Žemėje kiekvienas iš šių procesų sukuria kanalus, kurių šakojimosi kampai yra skirtingi: lietaus sukurtų upių kanalai šakojasi mažesniu kampu, nei besisunkiančio iš po paviršiaus vandens. Išanalizavus kanalų geometriją Marse paaiškėjo, kad juos greičiausiai sukūrė lietaus sukeltos srovės. Tai reiškia, kad ankstyvasis Marsas turėjo vandens apytakos ratą – jame paviršinis vanduo garavo, formavo debesis ir vėliau lijo ant paviršiaus. Vandens apytaka svarbi mineralų pernašai iš vienų planetos vietų į kitas ir galėjo prisidėti prie gyvybės atsiradimo. Tyrimo rezultatai publikuojami Science Advances.

***

Jupiterio palydovo Europos pluta sudaryta iš vandens ledo. Europos paviršiuje matyti daugybė pusapvalių iškilimų ir įdubimų, vadinamų cikloidinėmis kreivėmis. Jas sukuria potvyninės jėgos, tampančios Europos paviršių. Plačiau apie šį procesą – savaitės filmuke:

***

Titano kopų kilmė. Saturno palydove Titane, arti pusiaujo, yra daug kopų. Kol kas nėra vienareikšmiško atsakymo, iš ko jos susideda, bet tai greičiausiai yra organiniai junginiai, galbūt tolinai (Saulės spinduliuotės paveiktos organinės molekulės). Grupė mokslininkų neseniai ištyrė, kokias savybes turėtų turėti tolino kopos, palyginus jas su silikatinio smėlio kopomis Žemėje. Paaiškėjo, kad tolinai yra daug trapesni ir minkštesni junginiai, nei silikatai. Tai reiškia, kad Titano kopų tolinai turėjo susiformuoti maždaug ten pat, kur yra aptinkami – jei jie būtų nešami didelį atstumą palydovo atmosferoje, junginiai tiesiog subyrėtų ir išgaruotų. Šis atradimas turėtų padėti geriau suprasti Titano paviršiaus struktūrų evoliuciją. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Organinės molekulės Encelade. Saturno palydovas Enceladas dar prieš metus buvo pakrikštytas tinkamiausia vieta gyvybei Saulės sistemoje, neskaitant Žemės. Tada buvo nustatyta, kad po jo paviršiaus ledynais esančiame vandenyne greičiausiai egzistuoja hidroterminės versmės, leidžiančios vykti sudėtingoms cheminėms reakcijoms. O dabar, toliau analizuojant Cassini zondo surinktus duomenis, paaiškėjo, kad pro ledynuose esančias kiaurymes į kosmosą iš Encelado vandenyno veržiasi ne tik vanduo, bet ir sudėtingos organinės molekulės. Šių molekulių masė siekia net iki 200 atominių masės vienetų – vienas a.m.v. maždaug lygus vandenilio atomo masei. Anksčiau Encelado geizeriuose buvo aptiktos tik paprastesnės, iki 50 a.m.v., molekulės. Tokių molekulių išsiveržimas iš palydovo leidžia spręsti, kad vandenyno viršuje egzistuoja plona organinių medžiagų plėvelė. Gali būti, kad aptiktos molekulės yra tik dar sudėtingesnių junginių fragmentai. Nors tai tikrai nėra tvirtas gyvybės egzistavimo Encelade įrodymas, visgi to tikimybė dar labiau išauga. Enceladas dabar yra vienintelė, neskaitant Žemės, vieta, kur žinome egzistuojant visus gyvybei reikalingus komponentus – vandenį, energiją, sudėtingas organines molekules. Tyrimo rezultatai publikuojami Nature.

***

'Oumuamua pagreitėjo. Praėjusių metų pabaigoje aptiktas objektas 1I/2017 U1 ('Oumuamua), į Saulės sistemą atskridęs iš tarpžvaigždinės erdvės, uždavė daug klausimų. Vienas iš jų – ar tai yra asteroidas (daugiausiai uolinis objektas), ar kometa (daugiausiai ledinis kūnas). Pirminiai duomenys leido spėti, kad tai turbūt kometa, bet vėliau, neaptikus jokios uodegos ar kitokių dujų išsiveržimo požymių, nuspręsta, kad 'Oumuamua yra asteroidas. Visgi paskutiniai stebėjimai, atlikti sausį prieš kūnui nutolstant per toli, kad būtų įmanoma jį įžiūrėti per teleskopus, parodė, kad visgi tai greičiausiai yra kometa. Pagrindinis įrodymas – 'Oumuamua trajektorija yra neabejotinai ne tokia, kokią sukurtų vien gravitacijos poveikis. Toldamas nuo Saulės, kūnas ne lėtėjo, kaip turėtų, įveikdamas žvaigždės ir planetų gravitaciją, o netgi šiek tiek pagreitėjo. Pagreitėjimas įmanomas, jei į Saulę nukreiptoje kūno pusėje paviršinė medžiaga sušyla ir ima garuoti, taip stumdama visą objektą pirmyn. Būtent taip vyksta kometose, kurių garuojantis ledas ir įvairios lakios medžiagos stumia jas tolyn nuo Saulės. Vien tai, kad nuokrypį nuo gravitacijos nulemiamos trajektorijos galima buvo užfiksuoti, reiškia, jog medžiagos veržimasis iš 'Oumuamua yra labai stiprus. Tyrimo rezultatai publikuojami Nature.

***

Gyvybingų egzoplanetų savybės. Šiuo metu žinoma apie penkiasdešimt egzoplanetų, kurių masė panaši į Žemės, o vidutinė paviršiaus temperatūra turėtų būti tinkama skystam vandeniui egzistuoti. Joms skiriama daug dėmesio, nes tai yra tikėtiniausios vietos aptikti gyvybės pėdsakus už Saulės sistemos ribų. Bet gyvybei reikia ne vien tinkamos temperatūros – pavyzdžiui, Marso paviršiaus temperatūra irgi galėtų tikti gyvybei, tačiau jo sukimosi ašis yra nestabili. Laikui bėgant, jos posvyris į orbitos plokštumą kinta nuo 0 iki 60 laipsnių, o tokie drastiški pokyčiai, manoma, trukdo atsirasti ir vystytis bet kokioms gyvybės formoms. Tuo tarpu Žemės sukimosi ašies posvyrio kampas svyruoja tarp 22 ir 25 laipsnių kas 10 tūkstančių metų. Dabar pristatyti skaitmeniniai modeliai, rodantys, kad dviejų gyvybinėje zonoje esančių planetų, Keplerio-62f ir Keplerio-186f, sukimosi ašys taip pat turėtų būti stabilios. Nors dar nežinome daug detalių apie šias sistemas, visgi modeliai rodo, kad ašies stabilumas išlaikomas daugelyje tikėtinų sistemos konfigūracijų. Detalesni sistemų tyrimai padės patikslinti rezultatus, o šis metodas ateityje galės būti panaudotas egzoplanetoms charakterizuoti. Taip bus galima atrinkti planetas, vertas tolimesnių stebėjimų ir detalesnės analizės. Tyrimo rezultatai arXiv.

Kai kurios iš pirmo žvilgsnio į Žemę panašios egzoplanetos yra vandeniniai pasauliai – kartais net kelias dešimtis procentų jų masės sudaro vanduo. Ilgą laiką buvo manoma, kad jose gyvybei egzistuoti būtų sudėtinga, nes visiškai vandeniu padengtoje planetoje nevyksta anglies-silicio apykaitos ciklas, kuris Žemėje palaiko gana stabilią atmosferos sudėtį. Visgi neseniai pasiūlytas mechanizmas, kaip toks ciklas gali vykti be kieto paviršiaus, o dabar skaitmeniniais modeliais apskaičiuota, kokiu atstumu nuo žvaigždės tokiose egzoplanetose gali susidaryti gyvybei tinkamos sąlygos. Ciklas vykti gali tokiu atveju, jei prie planetos ašigalių formuojasi ledo kepurės. Esant dideliam anglies dvideginio slėgiui atmosferoje, ledas gali prisisotinti anglies klatratų (ledo gardelių, kuriose įkalinti anglies atomai), tapti sunkesnis už vandenį ir skęsti gilyn. Tokios ledo kepurės formuojasi planetose, kurios aplink savo ašį sukasi pakankamai greitai – bent trigubai greičiau, nei Žemė, – ir kurių atstumas nuo žvaigždės yra truputį didesnis, nei kietą paviršių turinčių planetų atveju. Tokių planetų atmosferose nusistovėtų dujų balansas, kuriame anglies atomų būtų maždaug pusė tiek, kiek deguonies. Šią prognozę bus galima patikrinti su James Webb kosminiu teleskopu. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Ankstyvas planetų formavimasis. Planetos formuojasi protoplanetiniuose diskuose aplink žvaigždes. Šis procesas prasideda nuo dulkių jungimosi į vis didesnes, kurios galiausiai tampa uolienomis, o jos ima jungtis į vis didesnius asteroidus ir planetas. O dabar pristatyti stebėjimų duomenys, parodantys, kad dulkės diskuose ima augti anksčiau, nei įsižieba žvaigždė. Į Saulę panašios, tik dar nepradėjusios termobranduolinių reakcijų, prožvaigždės TMC1A protoplanetiniame diske aptikta labai daug dulkių, sugeriančių anglies monoksido dujų spinduliuotę. Dulkelių dydis siekia net 1 milimetrą – gerokai daugiau, nei įprastų dulkių tarpžvaigždinėje terpėje. Tai yra pirmasis įrodymas, kad dulkių augimas prasideda taip anksti; iki šiol tokie įrodymai buvo aptikti tik poros milijonų metų amžiaus ar senesnėse sistemose, kuriose protoplanetinis diskas jau pradėjęs garuoti, o jo masė nesiekdavo Neptūno masės. Ankstyvas dulkių augimas paaiškina, kaip gali susiformuoti masyvesnės už Neptūną, t. y. Saturno ir Jupiterio masės, planetos. Tyrimo rezultatai publikuojami Nature Astronomy.

***

Neutroninių žvaigždžių dydis. Neutroninės žvaigždės yra vieni tankiausių objektų Visatoje – keletą kartų masyvesni už Saulę, bet suspausti į vos keliolikos kilometrų spindulio rutulį. Tikslus šio rutulio spindulys yra kol kas neatsakytas klausimas. Pagrindinė problema bandant nustatyti neutroninių žvaigždžių spindulius yra kvantinės jas sudarančios medžiagos savybės. Laboratorijoje tokio slėgio ir tankio sąlygų, kokios yra neutroninėse žvaigždėse, sukurti neįmanoma, taigi ir išmatuoti jų savybių taip pat nepavyksta. Belieka remtis teoriniais skaitmeniniais modeliais, tačiau jie turi įvairių laisvų parametrų, kurie įveda paklaidas į galutinius rezultatus. Dabar tokie modeliai, tiksliau jų rezultatai, buvo patobulinti remiantis gravitacinių bangų signalo GW170817 duomenimis. Šis signalas leido apibrėžti, kad maksimali neutroninių žvaigždžių masė negali viršyti 2,16 Saulės masių, taip pat apribojo ir galimą jų nukrypimą nuo visiškai sferiškos formos. Suskaičiavus daugiau nei du milijardus neutroninių žvaigždžių struktūros modelių ir atmetus tuos, kurie duoda negalimus masės ar išsikreipimo rezultatus, nustatyta, kad 1,4 karto už Saulę masyvesnės neutroninės žvaigždės spindulys turėtų būti tarp 12 ir 13,5 kilometrų. Masyvesnių neutroninių žvaigždžių spindulys šiek tiek mažesnis, nuo 11 iki 13 kilometrų. Ateityje, aptikus daugiau neutroninių žvaigždžių susijungimo signalų, rezultatus bus galima dar labiau patikslinti. Šie rezultatai padeda suprasti ne tik apie neutronines žvaigždes, bet ir bendrai apie medžiagos elgesį labai didelio tankio ir slėgio sąlygomis. Tyrimo rezultatai publikuojami Physical Review Letters.

***

Tarpžvaigždinių dulkių sudėtis. Tarpžvaigždinėje terpėje yra daug dulkių – anglies ir silicio pagrindu susijungusių didelių molekulių ir panašių junginių, kurie sugeria didelę dalį infraraudonosios, regimosios ir ultravioletinės šviesos. Tiksliai nustatyti dulkių sudėtį yra sudėtinga dėl daugybės sunkiai interpretuojamų spektro linijų, tačiau reikalinga, norint suprasti tarpžvaigždinės terpės evoliuciją ir netgi planetų formavimąsi. Dabar pristatyti laboratorinių tyrimų rezultatai, padedantys susigaudyti, kiek tarpžvaigždinės anglies yra sutelkta į riebalus panašiuose alifatiniuose junginiuose. Laboratorijoje sukūrus sąlygas, panašias į senų žvaigždžių atmosferas – vietas, kur turėtų formuotis didžioji dalis dulkių – gauti įvairūs anglies junginiai. Šio mišinio spektroskopinė analizė leido nustatyti, kaip stipriai alifatinės molekulės sugeria 3,4 mikrometrų bangos ilgio infraraudonuosius spindulius. Paaiškėjo, kad sugertis, kuriama vienos anglies-vandenilio jungties, yra kone dvigubai silpnesnė, nei buvo įvertinta anksčiau, tyrinėjant mažesnes molekules, randamas Žemėje natūraliomis sąlygomis. Taigi tarpžvaigždinėje terpėje alifatinių molekulių yra daugiau, nei manyta iki šiol – jose gali būti nuo ketvirčio iki pusės visos tarpžvaigždinės anglies. Dar kažkiek anglies sutelkta kito tipo – aromatinėse – dulkėse, bet išsiaiškinti šį skaičių reikės daugiau laboratorinių tyrimų. Apie pusę teoriškai apskaičiuoto anglies kiekio randame dujinėje formoje, taigi aromatinių dulkių greičiausiai yra mažiau, nei alifatinių. Tyrimo rezultatai publikuojami MNRAS.

***

Tamsiosios materijos patikrinimas. Standartinis šiandieninis supratimas apie galaktikų evoliuciją remiasi tamsiosios materijos egzistavimu. Šios materijos Visatoje turėtų būti apie penkis kartus daugiau, nei mums įprastos, tačiau kol kas visi bandymai aptikti ją tiesiogiai baigėsi nesėkme. Netiesioginių jos egzistavimo įrodymų yra nemažai, bet juos teoriškai įmanoma paaiškinti ir kitokiais modeliais, pavyzdžiui dideliais masteliais pakintančiais Niutono dėsniais. Dabar pristatytas skaitmeninis modelis, kurio rezultatai leistų atskirti tamsiosios materijos ir modifikuotos niutoninės dinamikos (MOND) modelius ir nustatyti, kuris iš jų yra teisingesnis realybės paaiškinimas. Skaitmeniniame modelyje apskaičiuota, kaip turėtų judėti žvaigždės nykštukinėse galaktikose, besisukančiose aplink didesnes. Pagal tamsiosios materijos modelį, žvaigždžių judėjimo greičio priklausomybė nuo atstumo iki galaktikos centro turėtų būti analogiška ir nykštukinėse, ir didelėse galaktikose, tik dydžiai atitinkamai padidinti arba sumažinti. Tuo tarpu pagal MOND modelį, nykštukinių galaktikų žvaigždžių judėjimas turėtų reikšmingai priklausyti nuo atstumo iki didžiosios motininės galaktikos. Kol kas turimi nykštukinių galaktikų žvaigždžių judėjimo duomenys nėra pakankamai geri, kad būtų įmanoma atskirti šias prognozes, bet netolimoje ateityje situacija turėtų pasikeisti. Po keleto metų į kosmosą išskris Europos kosmoso agentūros teleskopas Euclid, kuris tarp kitų dalykų duos ir labai daug žinių apie nykštukines galaktikas. Tada bus galima patikrinti, ar jų dinamiką valdo tamsioji materija, ar skirtingi fizikos dėsniai. 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 *