Kąsnelis Visatos CCCLXXV: Skirtumai ir panašumai

Vienas geriausių būdų atrasti kažką naujo yra lyginant tyrimų objektus. Ar tai būtų planetos, ar seni ir nauji duomenys, ar galaktikos. Keletas tokių istorijų yra ir šiame Kąsnelyje: dviejų aktyvių galaktikų palyginimas, vandens tinklo Žemėje ir Marse analizė, ir panašiai. Taip pat – paankstinta žmonių kelionė į Mėnulį, gyvybei reikalingų junginių formavimasis Marse ir netgi patikrinimas, kas galėjo vykti prieš Didįjį sprogimą. Gero skaitymo!

***

Žmonės Mėnulyje 2024-aisiais? Praėjusią savaitę JAV viceprezidentas Mike`as Pence`as paskelbė, kad šalis turėtų išlaipinti astronautus Mėnulyje 2024 metais. Iki šiol NASA skelbė, kad žmonių sugrįžimas į Mėnulį planuojamas 2028-aisiais, bet viceprezidentas pareiškė, kad kosminės lenktynės su Kinija ir Rusija nelaukia, tad darbus vykdyti reikia greičiau. Pagal dabartinius NASA planus, žmonių sugrįžimo darbai prasidės nuo stoties statybų orbitoje aplink mūsų palydovą; jie turėtų prasidėti 2022 metais. Nežinia, ar šiuos darbus pavyks paskubinti ir ar Gateway (Vartų) stotis bus įrengta iki 2024-ųjų, bet su tinkamu nusiteikimu ir biudžetu tai gali būti visai įmanoma. Diena vėliau NASA administratorius Jimas Bridenstine`as pareiškė, kad šiam planui įgyvendinti būtinai reikia paspartinti raketos Space Launch System (SLS) kūrimą. Šie darbai kol kas šiek tiek vėluoja ir NASA biudžete nėra pakankamai lėšų juos greitinti, bet biudžetas dar gali būti pakeistas. Pirmasis SLS skrydis su astronautais numatytas tik 2022 metais; kad galėtų saugiai nuskraidinti žmones į Mėnulį, SLS po bandomojo skrydžio turėtų kilti bent po du kartus per metus. Taip pat SLS gali tekti dedikuoti vien Mėnulio misijai, o kitas misijas skraidinti komercinėmis raketomis. Kaip bebūtų, Bridenstine`as nusiteikęs optimistiškai ir teigia, kad žmones nusiųsti į Mėnulį 2024 metais tikrai įmanoma. Jam pritaria ir Lockheed Martin atstovai; ši kompanija gamina Orion įgulos kapsulę, kuri bus naudojama šioje misijoje. Jie teigia, kad naudodami Orion kapsulės technologijas gana greitai galėtų sukurti ir Mėnulio nusileidimo modulį. Kiti kosmoso misijų ekspertai irgi palaiko tokį sprendimą, tačiau ragina nepamiršti, kad tikslui įgyvendinti reikės didelio susitelkimo iš NASA bei kitų JAV valdžios institucijų.

***

Saulės ir Žemės panašumas. Žemė formavosi iš to paties ūko, kaip ir Saulė, taigi jų cheminės sudėtys turėtų būti gana panašios. Pagrindinis skirtumas tarp planetos ir žvaigždės – lakiųjų cheminių elementų gausa, kurių Saulėje yra daug daugiau, nes stipresnė žvaigždės gravitacija neleidžia jiems pabėgti. Dabar šis teiginys patvirtintas detaliausia Žemės ir Saulės cheminės sudėties analize. Ištyrę cheminių elementų signalus Saulės fotosferoje, numanomą Žemės branduolio bei mantijos cheminę sudėtį bei chondritinių meteoritų cheminę sandarą, mokslininkai nustatė, kad daugelio sunkiai besilydančių elementų gausos visose trijose vietose sutampa idealiai. Tuo tarpu kuo lengviau elementas lydosi ir garuoja – kitaip tariant, kuo jis lakesnis – tuo jo Žemėje santykinai mažiau. Atrasta aiški laipsninė priklausomybė tarp elemento gausos Žemėje ir Saulėje santykio bei elemento kondensacijos temperatūros. Rasti keli reikšmingi nuokrypiai, bet juos galima paaiškinti ganėtinai gerai suprantamais procesais. Pavyzdžiui, elementai, kurie kondensuojasi žemesnėje temperatūroje, nei vanduo stingsta į ledą, iš Žemės išgaravo sparčiau ir efektyviau, nes tirpstantis ledas negalėjo pristabdyti trumpalaikių Žemės temperatūros pokyčių šaltais jos evoliucijos etapais. O štai anglies ir deguonies Žemėje yra daugiau, nei prognozuoja nustatyta priklausomybė – greičiausiai todėl, kad nemaža dalis šių elementų yra mineralų sudėtyje ir neišgaravo. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Stiprus Saulės magnetinis laukas. Daugelį Saulės paviršiaus procesų nulemia magnetinis laukas, tačiau išmatuoti jo stiprumą ir konfigūraciją labai sudėtinga. Dabar pristatyta 2017 metų rugsėjį įvykusio Saulės žybsnio stebėjimų analizė, kuri parodė, jog Saulės magnetinis laukas yra net dešimt kartų stipresnis, nei manyta iki šiol. Stebėjimai atlikti nedideliu teleskopu Švedijoje, kurio padėtis buvo kaip tyčia puikiai tinkama šiam žybsniui stebėti. Būtent tinkama žybsnio metu iškylančių kilpų orientacija ir leido apskaičiuoti magnetinio lauko stiprumą. Jis pasirodė esąs net 350 gausų, maždaug 700 kartų didesnis, nei Žemės paviršiuje. Šis atradimas padės geriau suprasti, kaip kyla Saulės žybsniai ir vainikinės masės išmetimo reiškiniai, ir kaip medžiaga įgreitinama ties Saulės paviršiumi. Tyrimo rezultatai arXiv.

Kitas įdomus rezultatas iš Saulės paviršiaus ir prieigų – pasirodo, Saulės protuberantuose jonai juda greičiau, nei neutralūs atomai. Stebint vieno protuberanto (lėtai judančio medžiagos išsiveržimo, primenančio debesį) evoliuciją, dviem laiko momentais išmatuoti jonizuotų stroncio atomų judėjimo greičiai pasirodė esą 10-20% didesni, nei neutralaus natrio. Analogiški skirtumai aptikti lyginant jonizuotą geležį su neutraliu heliu. Įdomu tai, kad nei elektronų koncentracija, nei medžiagos turbulencija (mažo mastelio judėjimai pačiame debesyje) nekoreliuoja su greičių skirtumu. Vadinasi, nevienodi greičiai atsiranda ne dėl tankio ar turbulencijos skirtumų, o dėl kitų priežasčių, galbūt nevienodos sąveikos su magnetiniu lauku, kuris palaiko protuberantą nesukrentantį atgal į Saulę. Galutinio paaiškinimo, kokios priežastys sukelia tokį greičių netolygumą, dar teks palaukti. Tyrimo rezultatai publikuojami Astrophysical Journal.

***

Vanduo po Marso paviršiumi. Naujienų apie vandenį Marse pastaruoju metu išgirstame reguliariai. Kartais tai būna atradimai apie senovėje tekėjusias upes ar plytėjusius vandenynus, kartais – apie vandenį šiandien, kurio didžioji dalis sušalusi poliarinėse kepurėse, bet kažkiek yra ir kitur planetoje. Dabar pristatyti nauji įrodymai, jog po Marso paviršiumi kai kur gali būti skysto vandens. Šis popaviršinis vanduo juda tarp įvairių rezervuarų, o kartais netgi prasiskverbia į planetos paviršių. Įrodymai remiasi tuo, kad galimi vandens pėdsakai Marso paviršiuje – kopų šlaituose atsirandančios nuošliaužos – yra stebimi labai arti plutos įskilimų, kurie gali žymėti gilius siaurus plyšius, per kuriuos vanduo gali skverbtis į paviršių. Panašios sistemos randamos Žemėje, skaitmeniniai modeliai rodo, kad toks pat procesas gali vykti ir Marse. Numanomi vandens rezervuarai yra 750 metrų gylyje po planetos paviršiumi – giliau, nei gali ištirti dabartiniai ar planuojami marsaeigiai, bet ne tiek giliai, kad jų nebūtų įmanoma pasiekti ateityje. Tyrimo rezultatai publikuojami Nature Geoscience.

Kalbant apie upes Marse senovėje, nauji tyrimai rodo, kad globalus upių tinklas Raudonojoje planetoje galėjo egzistuoti vos prieš milijardą metų. Rezultatai gauti išnagrinėjus daugybės Marso upių vagų nuotraukas, kurios leido kiekybiškai įvertinti, kiek vandens tekėjo upėmis ir kuriuo metu. Nustatyta, kad Marso upės įprastai buvo platesnės, nei Žemės, ir kad vanduo jomis tekėjo labai ilgą laiką. Neabejotina, kad globalus upių tinklas egzistavo prieš mažiau nei tris milijardus metų, bet gali būti, kad ir prieš milijardą metų dar buvo išlikę šimtai upių. Upės visą laiką tekėjo sparčiai, iki pat Marsui visiškai išdžiūstant; tai reiškia, kad Marso klimatas iš drėgno į sausą pakito labai staigiai. Šie rezultatai prieštarauja ankstesniems atradimams, kad Marsas didžiąją dalį savo gyvenimo buvo šaltas ir sausas. Kol kas neaišku, kaip ir ar šiuos atradimus pavyks suderinti. Tyrimo rezultatai publikuojami Science Advances.

***

Gyvybės receptas Marsui. Nitratai ir nitritai yra du cheminiai junginiai, reikalingi gyvybei ir jos atsiradimui. Curiosity jų aptiko Marse, Gale kraterio dugne, ir tuo nustebino mokslininkus, kurie anksčiau nesitikėjo rasti šių junginių tokioje mažai deguonies ir azoto turinčioje aplinkoje. Dabar laboratoriniais tyrimais parodyta, kad asteroidų smūgiai Marso jaunystėje galėjo sudaryti puikias sąlygas formuotis abiems junginiams. Asteroido smūgis sukuria smūginę bangą, kuri įkaitina atmosferos dujas ir gali sukelti įvairias reakcijas. Esminis ingredientas, reikalingas nitritų ir nitratų formavimuisi, netikėtai pasirodė esąs vandenilis – jis leidžia atmosferai sparčiau atvėsti, tad azoto junginiai susiformuoja, bet nespėja suirti, ir gali nusėsti planetos paviršiuje. Laboratorinius rezultatus ekstrapoliuojant jauno Marso sąlygoms gauti nitratų ir nitritų kiekiai atitinka Curiosity radinius. Šis atradimas yra gana tvirtas įrodymas, kad Marso atmosferoje kadaise buvo daug vandenilio, greičiausiai išmesto ugnikalnių. Kol kas neaišku, ar azoto junginiai davė pradžią sudėtingesnėms molekulėms, o gal net gyvybei, bet vienas žingsnis šia linkme tikrai buvo žengtas. Be to, didesnis vandenilio kiekis atmosferoje reiškia, kad Marsas ilgiau galėjo išlikti šiltas. Tyrimo rezultatai publikuojami Journal of Geophysical Research Planets.

***


SpaceX Starship Marso atmosferoje. Dailininko iliustracija. Šaltinis: SpaceX

Aš tikrai neslėpsiu, kad esu SpaceX fanas. Be to, man patinka retrofuturizmo estetika. Tad SpaceX kuriamas erdvėlaivis Starship yra tiesiog nuostabiai gražus. Prieš kelias dienas paskelbta dar viena dailininko iliustracija, rodanti, kaip Starship galėtų atrodyti, skrisdamas Marso atmosferoje. Labai tikiuosi, kad per artimiausius dešimt metų pamatysiu ir tikro tokio vaizdo nuotrauką.

***

Byrantis asteroidas. 1988 metais aptiktas asteroidas Gaultas yra keturių kilometrų skersmens akmuo, nuo Saulės nutolęs kiek daugiau nei du astronominius vienetus. Dabar Hablu daryti stebėjimai parodė, kad jis sukasi taip greitai, jog byra į gabalus. Naujausiose nuotraukose matomos dvi uodegos, nusidriekusios už asteroido – jos žymi du momentus, kai asteroido dalys subyrėjo ir nulėkė į tarpplanetinę erdvę. Manoma, kad toks reiškinys Asteroidų žiede įvyksta maždaug kartą per metus, ir iki šiol panašių asteroidų aptikta labai nedaug. Uodegos užfiksuotos sausio mėnesį; tolesni stebėjimai leido nustatyti, kad jos greičiausiai susiformavo paskutinėmis gruodžio dienomis. Asteroidas byra dėl Saulės šviesos, kuri jį po truputį įsuka vis greičiau; šis efektas, vadinamas YORP, kyla dėl asteroido paviršiaus netolygumų ir nevienodo Saulės šviesos atspindėjimo. Manoma, kad asteroidas greitėja bent 100 milijonų metų ir byrėti ėmė tik dabar. Tolesni asteroido ir jo uodegų stebėjimai bei duomenų analizė padės geriau suprasti, iš ko ir kaip jis sudarytas.

***

Pirmieji TESS atradimai. Beveik prieš metus į orbitą pakilęs ir nuo praėjusios vasaros duomenis renkantis TESS jau atrado keletą planetų, bet vis dar yra daug „pirmųjų“ atradimų, kuriuos padarome analizuodami jo duomenis. Štai praeitą savaitę paskelbta apie pirmą planetą prie žvaigždės, kurios vibracijas galime išmatuoti ir charakterizuoti. Vibracijos arba drebėjimai vyksta visose žvaigždėse, o jų savybės – žvaigždės šviesio ir temperatūros pokyčiai – leidžia geriau suprasti žvaigždžių struktūrą ir cheminę sudėtį. Žvaigždė TOI-197 yra šiek tiek masyvesnė už Saulę, o drebėjimų duomenys leido labai tiksliai nustatyti ir jos spindulį, kuris yra beveik tris kartus didesnis, nei mūsų žvaigždės. TOI-197 jau artėja prie gyvenimo pabaigos ir tampa raudonąja milžine. Tikslus spindulio išmatavimas leidžia labai tiksliai išmatuoti ir planetos, TOI-197.01 – spindulį: jis devynis kartus viršija Žemės ir yra panašus į Saturno. Planeta yra taip arti žvaigždės, kad iš jos gauna 350 kartų daugiau energijos, nei Žemė iš Saulės, tad TOI-197.01 galima vadinti „karštuoju saturnu“. Šis atradimas svarbus keliais aspektais: tai yra viena iš nedaugelio žinomų Saturno dydžio planetų, taip pat viena iš nedaugelio žinomų planetų prie žvaigždžių, palikusių pagrindinę seką, bet dar nemirusių. Ateityje TESS atras ir daugiau panašiai retų planetų ir taip reikšmingai papildys mūsų supratimą apie jų įvairovę. Tyrimo rezultatai arXiv.

Tarp daugybės TESS atrastų planetų bus ir nemažai panašių į Žemę. Kur geriausia jų ieškoti? Naujame straipsnyje surinktas 1822 žvaigždžių katalogas, prie kurių panašias į Žemę planetas aptikti įmanoma. Iš daugiau nei 400 tūkstančių žvaigždžių, kurios pateks į TESS stebėjimų lauką, atrinktos tos, kurios yra pakankamai šviesios, tačiau pakankamai mažos, kad arti prie jų esančios panašaus į Žemės dydžio ir panašiai kiek Žemė energijos iš žvaigždės gaunančios planetos būtų aptinkamos teleskopo jutikliais. Tiesa, konkrečiai Žemės dydžio planetas TESS gali aptikti tik prie 408 žvaigždžių; visame kataloge įmanoma aptikti dvigubai už Žemę didesnes planetas, bet jos taip pat turėtų būti daugiausiai uolinės. Šis katalogas padės geriau atrinkti žvaigždes, kurių duomenis verta analizuoti pirmiau, mat visus TESS duomenis išnagrinėti užtruks ne vieną dešimtmetį. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Optine interferometrija aptikta planeta. Egzoplanetos įprastai aptinkamos netiesiogiai – pagal poveikį, kurį turi savo žvaigždėms. Kartais įmanoma jas nufotografuoti ir tiesiogiai, uždengus žvaigždės šviesą. Detaliau nagrinėti planetos savybes leidžia interferometriniai matavimai, pasiekiantys labai gerą erdvinę raišką. Problema, kad iki šiol naudota infraraudonųjų spindulių interferometrija nepajėgdavo atskirti objektų, kurie yra daugiau nei 10 tūkstančių kartų blausesni už žvaigždes. Dabar, naudojant naują prietaisą GRAVITY, sumontuotą Labai Dideliame Teleskope Čilėje, daug geresnis rezultatas pasiektas naudojant regimųjų spindulių (optinę) interferometriją. Metodo išbandymui pasirinkta sistema HR8799, turinti net keturias planetas-milžines. Viena jų užfiksuota ir su GRAVITY; planetos padėtis nustatyta taip tiksliai, kad galima buvo pasakyti, jog ji skrieja ne toje pačioje plokštumoje, kaip kitos planetos sistemoje. Taip pat labai tiksliai apskaičiuoti planetos spindulys ir masė – gauti rezultatai patvirtina gautus kitais metodais. Ateityje GRAVITY instrumentą ir apskritai optinės interferometrijos metodus bus galima pritaikyti egzoplanetų paieškoms prie daugybės žvaigždžių. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Gyvybė Žemėje yra paremta anglies junginiais, naudoja DNR ir vykdo įvairias metabolines reakcijas. Kitose planetose gyvybė turėtų susidėti iš tų pačių cheminių elementų, bet junginiai, reakcijos ir kitos savybės gali labai skirtis nuo mums įprastų. Apie tai pasakoja John Michael Godier:

***

Aktyvių galaktikų branduolių skirtumai. Dalis aktyvių galaktikų branduolių turi čiurkšles, dalis – ne. Dauguma čiurkšles turinčių aktyvių branduolių dujas ryja palyginus nesparčiai, aplink jų centrines supermasyvias juodąsias skyles kartais netgi nebūna akrecinių diskų. Spartėjant medžiagos kritimui, diskas išryškėja, o čiurkšlė nublanksta. Bet ne visada – kartais čiurkšlės matomos ir labai ryškiuose aktyviuose branduoliuose. Naujame tyrime bandoma išsiaiškinti, kuo skiriasi turintys ir neturintys čiurkšlių ryškūs aktyvūs branduoliai. Stebėdami čiurkšlę turinčios galaktikos PKS 2251+11 rentgeno spindulių spektrą, astronomai nustatė jos akrecinio disko savybes. Paaiškėjo, kad akrecinis diskas praktiškai nesiskiria nuo čiurkšlių neturinčių galaktikų diskų – ir medžiagos tankis aplink diską, ir fotonų energijos pasiskirstymas, ir medžiagos jonizacija, ir geometrija atitinka tipines kitų aktyvių galaktikų savybes. Bet šie stebėjimai leido išnagrinėti tik disko dalį, nuo centrinės juodosios skylės nutolusią daugiau nei 600 Švarcšildo spindulių (Švarcšildo spindulys žymi įvykių horizonto ribą, iš už kurios pabėgti neįmanoma). Įprastai disko vidinis pakraštys yra keleto Švarcšildo spindulių atstumu nuo juodosios skylės įvykių horizonto. Taigi čiurkšlės paleidimo mechanizmas greičiausiai slypi kažkur pačiame disko centre. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Visatos pradžios patikrinimo būdai. Kaip prasidėjo mūsų Visata? Standartinis kosmologinis modelis teigia, kad Visata atsirado Didžiojo sprogimo metu, o praėjus labai mažai sekundės daliai po jo įvyko infliacija – eksponentinis Visatos tūrio išsiplėtimas. Bet nors infliacija paaiškina kai kurias Visatos savybes, patikrinti šią teoriją labai sudėtinga; be to, yra ir kitų teorijų, kurios gali paaiškinti stebėjimus taip pat gerai, kaip infliacija, bet reikšmingai skiriasi prognozėmis apie Visatos evoliuciją iškart po Didžiojo sprogimo ar prieš jį. Dabar pasiūlytas metodas, kaip šiuos modelius būtų galima atskirti. Jis remiasi Visatos dydžio kitimo skirtumais: vieni modeliai prognozuoja eksponentinį augimą, kiti – labai lėtą, treti – išvis traukimąsi. Dalelės, egzistuojančios labai mažoje Visatoje, svyruoja skirtingai priklausomai nuo jos dydžio, ir palieka pėdsakus didelio masto struktūroje. Kiekvieną Visatos dydžio istoriją galima susieti su tokiu pėdsaku; atradus pėdsakus stebėjimais, galėtume nustatyti, kuri iš Visatos evoliucijos hipotezių yra teisingiausia. Kol kas metodas tik pasiūlytas, o ne išbandytas, bet atrodo labai įdomiai. Potencialus jo rezultatas – milžiniškas: galimybė suprasti, kaip atsirado mūsų Visata. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

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

Laiqualasse

2 comments

  1. Ar neatrodo keista kad marse tekejo upes kai temperatura apie -80c?
    Jei manoma kad buvo siltas klimatas o veliau saules vejas ji nunese tai ar ne logiskiau butu manyti kad saules vejas taip niekada ir neleido susiformuoti atmosferai marse? Nereikia pamirst kad marsas 30% tuoliau nuo saules nei zeme vadinasi ir energijos maziau gauna. Juk net musu menulyje apie -100c.

    1. Net ir šiuo metu Marso paviršiuje temperatūra kartais pakyla virš nulio Celsijaus. Seniau, kai atmosfera buvo daug tankesnė, temperatūra ten dažnai būdavo tinkama egzistuoti skystam vandeniui. Be to, jei vandenyje daug ištirpusių mineralų, jis neužšąla ir prie neigiamų temperatūrų, panašiai kaip jūros ir vandenynai arti Žemės ašigalių.

      Dėl atmosferos išnykimo: besiformuojantis Marsas išlaikė nemažai dujų aplink save, nes Saulės vėjas tada išpūtinėjo medžiagą iš protoplanetinio disko. Vėliau vėjas pasiekė ir Marsą ir ėmė ardyti jo atmosferą. Be to, kurį laiką Marsas galėjo turėti ir globalią magnetosferą, tik vėliau, vėstant planetos branduoliui, ji pranyko ir Saulės vėjas ėmė stipriai veikti atmosferą.

      (Jūsų pasikartojantį komentarą ištryniau)

Leave a Reply

El. pašto adresas nebus skelbiamas. Būtini laukeliai pažymėti *