Kąsnelis Visatos CCCXC: Palydovai

Kaip geriausia paleisti palydovus į kosmosą, kaip juos ten valdyti ir išlaikyti kuo ilgiau, o baigus darbą – užtikrinti, kad jie nekeltų pavojaus kitiems? Atsakymų į šiuos klausimus ieškoma ne vieną dešimtmetį, o technologijos vis tobulėja. Praėjusios savaitės naujienose yra keletas pranešimų apie tokius patobulinimus, nuo raketų paleidimo iš lėktuvų iki Voyagerių darbingumo išsaugojimo. Taip pat yra ir kitokių palydovų, kurie atsiskiria nuo savo planetų, joms migruojant, ir gali skraidyti gana keistomis orbitomis. Ir, žinoma, dar visokių įdomybių iš plačiosios Visatos. Gero skaitymo!

***

Palydovų paleidimas iš lėktuvo. Vis didėjant kosminių skrydžių apimtims, kuriami ir bandomi įvairūs metodai, kaip šiuos skrydžius padaryti pigesnius, efektyvesnius ir geriau prieinamus. Praeitą savaitę Virgin Galactic išbandė metodą, kuriamą nuo 2015 metų: palydovo paleidimą su raketa, kuri atsiskiria nuo lėktuvo. Lėktuvas – specialiai pritaikytas Boeing 747 – su raketa, pritvirtinta prie sparno, gali pakilti iš bet kokio pakilimo tako, o pasiekęs tinkamą aukštį, paleidžia raketą, kuri jau nuskrenda į kosmosą, ten atsiveria ir išleidžia palydovą. Bandymas, atliktas Kalifornijoje esančioje Edwards karinių oro pajėgų bazėje, buvo skirtas nustatyti, kaip skrenda lėktuvas su prikabintu nesimetrišku kroviniu, ir kaip raket laisvai krenta pirmas kelias sekundes po atsiskyrimo. Raketa paleista iš maždaug 11 kilometrų aukščio. Kol kas ji buvo nepritaikyta autonominiam skrydžiui – užpildyta vandeniu ir antifrizu vietoje raketinio kuro. Tikrieji raketos skrydžio bandymai numatomi artimiausiu metu, dar iki šių metų pabaigos. Ateityje tokia sistema, kol kas vadinama LauncherOne, galės į orbitą aplink Žemę iškelti iki 500 kilogramų masės krovinį, o į orbitą aplink Saulę – iki 300 kilogramų.

***

Šviesos burės bandymo misija. Birželio pabaigoje į kosmosą pakilo ir labai sėkmingai ten skrenda misija LightSail 2 – šviesos burės prototipas. Šviesos burė yra erdvėlaivių varymo sistema, paremta Saulės (ar kito šaltinio) šviesos atspindėjimu. Iš esmės tai yra didžiulis labai lengvos folijos lakštas, ištemptas ant palaikančios konstrukcijos, kurį sukiojant galima valdyti erdvėlaivio judėjimą – visai kaip naudojant burę galima valdyti laivą. LightSail 2 projektą parengė ir finansavo ne pelno siekianti organizacija The Planetary Society, jau daug metų skatinanti kosmoso tyrimus ir su tuo susijusias technologijas. Pirmoji misija, LightSail 1, dalinai sėkmingai įvykdyta 2015 metais. Ta misija patyrė problemų su komunikacija, bet naujajai tokių bėdų nekilo: komunikacijos užmegztos, duomenys į Žemę siunčiami ir atnaujinami praktiškai realiu laiku, o aparatas padarė ir į Žemę atsiuntė keletą planetos nuotraukų. Tiesa, pati burė dar neišskleista – tą ketinama padaryti ne anksčiau nei liepos 21 dieną, po daugybės bandymų ir patikrų.

Sėkmingi šviesos burių bandymai labai reikalingi ir tokiems vizionieriškiems projektams, kaip Breakthrough Starshot, kurio tikslas – nusiųsti spiečių mažyčių zondų į Kentauro Proksimos sistemą, ir gerokai artimesniems reikalams, pavyzdžiui pasenusių palydovų deorbitavimui. Tokių palydovų orbitoje aplink Žemę kaupiasi vis daugiau, taigi ir pavojus esamiems palydovams kyla vis didesnis. Praeitą savaitę NASA paskelbė finansuojanti tyrimų studiją, kaip palydovus būtų galima deorbituoti panaudojant bures. Tiesa, šios burės gaudytų ne šviesą, o labai retą atmosferą kelių šimtų kilometrų aukštyje virš planetos paviršiaus. Nauji palydovai galėtų turėti bures, kurias išskleistų misijos pabaigoje. Didelis burės plotas sukurtų efektyvią pasipriešinimo jėgą, kuri sulėtintų zondą ir leistų jam nukristi į Žemę, kur jis sudegtų tankėjančioje atmosferoje. Šios burės daug kuo panašios į šviesos bures, pavyzdžiui jos taip pat turi būti didelės ir lengvos, taigi abiejų sričių tyrimai gali pasitarnauti vieni kitiems.

***


Dulkių audra virš Marso šiaurinės poliarinės kepurės. Šaltinis: ESA/Mars Express/HRSC

Dulkių audros Marse pavasarį yra dažnas reiškinys. Šiuo metu pavasaris kaip tik prasideda šiauriniame planetos pusrutulyje, taigi ir audrų ten nemažai. Dauguma jų yra gana trumpos, trunka 1-3 dienas. Čia matome Europos kosmoso agentūros zondo Mars Express darytą nuotrauką, kurioje balta ledo kepurė ties ašigaliu kontrastuoja su rusvais dulkių audros tonais apatinėje dešinėje pusėje.

***

Voyagerių gyvybės palaikymas. Voyager zondai kosmose skrenda jau beveik 42 metus. Per tiek laiko jie aplankė didžiąsias planetas ir išskrido iš Saulės sistemos, bet vis dar veikia. Tiesa, veikia jie dėl didelių NASA inžinierių pastangų. Pagrindinė problema, su kuria susiduria abu zondai, yra energijos trūkumas. Tik paleisti, jie abu turėjo 470 vatų galios radioaktyviu skilimu varomus generatorius, bet iki 2011 metų jų galia sumažėjo maždaug ketvirčiu, o nuo tada mažėja beveik procentu per metus. Taigi praeitą savaitę nuspręsta išjungti Voyager 2 kosminių spindulių registravimo prietaiso šildymą. Pats prietaisas vis dar veikia, nors jo temperatūra nukrito iki -59 laipsnių, gerokai žemesnės, nei -45, iki kurių prietaisas buvo išbandytas. Tokie rezultatai nuteikia optimistiškai, kad zondai dar veiks ilgą laiką net ir išjunginėjant vieną po kito jų prietaisų šildytuvus. Iš kitos pusės, viena sistema be šildymo tikrai nebeveiks – zondo padėties reguliavimas. Ji yra kritiškai svarbi, nes zondai su Žeme kontaktuoti gali tik tada, kai jų antenos nukreipiamos tiksliai į planetą, o jei užšals varymui naudojamas hidrazino kuras, zondai taps praktiškai neveiksnūs. Be to, varikliai genda net ir neužšaldami. Pernai, siekdami užkirsti kelią tokioms problemoms, inžinieriai sugebėjo įjungti 37-erius metus nenaudotus Voyager 1 atsarginius variklius, o liepos gale planuoja tą patį padaryti su Voyager 2 atsarginiais varikliais, kurie paskutinį kartą veikė 1989 metais, zondui skrendant pro Neptūną. Belieka tikėtis, kad viskas pavyks sėkmingai ir iš zondų dar ne vieną dešimtmetį gausime naudingos informacijos apie Saulės sistemos prieigas, Saulės vėjo sąveiką su tarpžvaigždine terpe ir kitus procesus, vykstančius taip toli nuo Žemės.

***

Išsvaidyti egzomėnuliai. Formuojantis planetoms, aplink jas formuojasi ir palydovai. Daugelis žinomų didelių egzoplanetų yra labai arti savo žvaigždžių; tai reiškia, kad jos susiformavusios migravo artyn žvaigždės. Dabar skaitmeniniu modeliu parodyta, kad migruojančių planetų masyvūs palydovai dažnai gali būti atplėšiami nuo planetų ir išsviedžiami į netvarkingas orbitas aplink žvaigždę. Tokie palydovai, praminti „plunetais“ pagal seną Plutono kilmės hipotezę, per kelis milijonus metų gali atsitrenkti į savo planetą ar nukristi į žvaigždę, bet maždaug pusė jų išgyvena ir stabilizuojasi. Įdomu, kad plunetų paviršius greičiausiai yra padengtas ledu, todėl priartėję prie žvaigždės jie turėtų pradėti sparčiai garuoti. Garavimas galbūt netgi paaiškintų tokias keistenybes, kaip Tabi žvaigždė ir jos neperiodiški reikšmingi pritemimai: tai gali būti tiesiog greitai kintančiose orbitose judančių garuojančių plunetų pėdsakai. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Egzoplanetų spalvos pokyčiai. Vienas iš būdų, kaip galėtume aptikti gyvybės turinčią egzoplanetą, yra jos spalva. Štai Žemės spalva, gaunama stebint iš kosmoso, yra labai akivaizdžiai nulemta gyvybės: spektre matyti deguonies bei ozono pėdsakai, taip pat raudonos spinduliuotės atspindžio signalas, atsirandantis dėl chlorofilo. Raudonų spindulių atspindėjimas apsaugo Žemės augmeniją nuo perkaitimo; jo neįmanoma paaiškinti negyvybiniais procesais. Dabar pristatytas modelis, kuriuo nagrinėjamas Žemės spalvos kitimas laikui bėgant. Iki šiol Žemės spalva buvo apskaičiuota tik pastariesiems pusei milijardo metų, kai sausumoje buvo daug augalų. Tačiau gerokai anksčiau sausumoje dominavo kerpės, dar anksčiau vandenynus dažė melsvabakterės. Ir vieni, ir kiti organizmai turėjo chlorofilo, todėl raudonos šviesos atspindžiai turėjo išlikti. Įvertinus šiuos pokyčius galima numatyti, kokia Žemės spalva buvo pastaruosius du su puse milijardo metų – daugiau nei pusę planetos amžiaus. Žinodami Žemės spektro savybes, galėsime geriau tyrinėti ir egzoplanetas bei ieškoti ten galbūt egzistuojančios gyvybės pėdsakų. Tyrimo rezultatai publikuojami Astrophysical Journal.

***

Keturi tūkstančiai egzoplanetų. Per mažiau nei tris dešimtmečius – nuo nulio iki tokio skaičiaus. O kur dar gausybė galimai atrastų, bet nepatvirtintų, rezultatų? Ir, aišku, šimtai milijardų tų, kurios dar laukia mūsų žvilgsnių? Bet ir keturi tūkstančiai yra labai daug, nes šie duomenys leidžia mums pasakyti labai daug apie planetų savybių pasiskirstymą, padėtis Galaktikoje, ryšius su žvaigždėmis, evoliuciją ir tinkamumą gyvybei. Ta proga NASA sukūrė trumpą filmuką, kuris parodo visų žinomų egzoplanetų padėtis danguje. Žiūrėdami galite pabandyti surasti Keplerio ir K2 (to paties Keplerio teleskopo vėlesnės misijos) stebėjimų laukus.

***

Geležis tarpžvaigždinėje terpėje. Geležis yra vienas gausiausių cheminių elementų Visatoje; gausa jis nusileidžia tik vandeniliui, heliui, deguoniui, angliai ir neonui. Taip yra todėl, kad geležis yra masyviausias elementas, kurį gali suformuoti termobranduolinė sintezė žvaigždžių branduoliuose. Į sunkesnius elementus geležis virsta labai sunkiai, nes tam reikia išnaudoti energijos, todėl jos ir susikaupia gana daug. Geležį randame planetose ir žvaigždėse, bet tarpžvaigždinėje terpėje jos aptinkama labai mažai, nors modeliai teigia, kad turėtų būti daug. Taigi modeliai kažko neįvertina, o dabar pasiūlytas galimas neatitikimo paaiškinimas. Neseniai meteorituose aptikti junginiai, kuriuose geležies atomai susijungę su anglies turinčiomis molekulėmis. Tarpžvaigždinės terpės sąlygomis tokie junginiai, pavadinti pseudokarbinais, gali augti labai dideli: net keliolika geležies atomų gali „apaugti“ vieną angliavandenilio grandinę. Įdomu, kad geležies atomai praktiškai nepakeičia junginio spektro, taigi stebėjimais atskirti, ar tarpžvaigždinėje medžiagoje yra pseudokarbinų, praktiškai neįmanoma. Iš kitos pusės, tokie junginiai gali išspręsti keletą kitų astrofizikinių problemų. Kosmose egzistuoja junginiai su ilgomis, iš daugiau nei devynių atomų sudarytomis, anglies grandinėmis, tačiau tokie junginiai yra nestabilūs; geležies atomai gali juos stabilizuoti. Be to, geležies atomai stipriai sąveikauja su tarpžvaigždiniais magnetiniais laukais; žinoma, kad magnetiniai laukai reikšmingai poliarizuojami regionuose, kuriuose yra daug anglies junginių – juos poliarizuoti gali prie tų junginių prikibusi geležis. Tyrimo rezultatai publikuojami Astrophysical Journal.

***

Skirtingos masės žvaigždžių formavimasis. Mažiausių žvaigždžių masės siekia vos 8% Saulės masės, didžiausių – daugiau nei šimtą Saulės masių. Kiek skiriasi jų formavimasis? Naujas atradimas padeda atsakyti į šį klausimą. Pirmą kartą padaryta disko aplink besiformuojančią masyvią žvaigždę nuotrauka. Tokie diskai susidaro aplink visas gimstančias žvaigždes; jie maitina pačią žvaigždę, taip pat iš jų gali formuotis planetos. Žvaigždė G353.273+0.641 yra dešimt kartų masyvesnė už Saulę, o diskas aplink ją – 2-7 kartus masyvesnis. Žvaigždė vis dar auga, jos amžius tėra apie tris tūkstančius metų – tai yra vienas jauniausių žinomų masyvių žvaigždinių objektų. Anksčiau buvo atlikta panašios masės jaunų žvaigždžių stebėjimų, bet šios žvaigždės diskas matomas praktiškai iš viršaus, taigi galime detaliai nagrinėti jo savybes nuo pat centro iki pakraščių, ko nebuvo įmanoma daryti su kitomis žvaigždėmis. Įdomu tai, kad nepaisant labai didelės disko masės, jo dydis, sukimosi greitis, medžiagos pasiskirstymas ir netgi gravitacinis stabilumas yra labai panašūs į mažos masės žvaigždžių diskus. Diskas yra nesimetriškas – viena jo pusė šviesesnė už kitą, tai galimai žymi besiformuojančios gravitaciškai surištos sankaupos, galbūt virsiančios planeta, vietą. Šie ir panašūs tyrimai padeda geriau suprasti, kaip formuojasi žvaigždės. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Nepilnai sprogusios žvaigždžių liekanos. Vienas iš supernovų sprogimų tipų yra termobranduolinė supernova. Ji įvyksta, kai žvaigždės liekana baltoji nykštukė, rydama medžiagą iš gretimos žvaigždės ar susijungusi su kita nykštuke, viršija kritinę 1,4 Saulės masių ribą. Tada nykštukėje prasideda nevaldomos termobranduolinės reakcijos, suardančios objektą į gabalus. Bet dabar nauji stebėjimai leidžia spręsti, kad galbūt ne kiekviena termobranduolinė supernova sudrasko nykštukę į šipulius. Aptiktos trys baltosios nykštukės, kurių masė neįprastai maža, o greitis neįprastai didelis. Dvi iš jų lekia taip greitai, kad paliks mūsų Galaktiką, o viena skrenda diske priešinga kryptimi, nei kitos disko žvaigždės. Be to, žvaigždžių spektre aptikta daug neono ir silicio – elementų, susidarančių supernovą sukeliančių termobranduolinių reakcijų metu. Tokios savybės sufleruoja, kad šios žvaigždžių liekanos išgyveno supernovų sprogimus, bet neteko didžiosios dalies savo masės ir buvo nustumtos didžiuliu greičiu tolyn nuo sprogimo vietos. Toks „nepilno sprogimo“ procesas galėtų paaiškinti, kodėl kai kurios termobranduolinės supernovos yra blausesnės, nei kitos, nors daugumos jų šviesis yra labai panašus. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Visatos matavimas neutroninėmis žvaigždėmis. Didelius atstumus Visatoje matuojame remdamiesi įvairiais reiškiniais, kurių savybės yra tarpusavyje panašios, pavyzdžiui vienodo šviesumo supernovų sprogimais. Tada, išmatavę regimąjį supernovos šviesumą, galime nustatyti atstumą iki jos ir sužinome atstumą ir iki galaktikos, kurioje ta supernova sprogo. Dabar pasiūlytas naujas panašus metodas, paremtas neutroninių žvaigždžių susiliejimais. Metodui reikalingi ir gravitacinių bangų, ir elektromagnetinių spindulių stebėjimai. Gravitacinių bangų signalo, atsklindančio iš neutroninių žvaigždžių susiliejimo, forma leidžia nustatyti susidūrimo „stiprumą“, t.y. kiek energijos išmesta susidūrimo metu. Palyginę šį dydį su gravitacinių bangų intensyvumu, galime nustatyti atstumą iki šaltinio. Tačiau gravitacinės bangos paskleidžiamos ne visomis kryptimis vienodai: jos daug stipresnės statmenai besijungiančių objektų orbitos plokštumai. Taigi norėdami tiksliai nustatyti atstumą, turime žinoti ir neutroninių žvaigždžių orbitos orientaciją. Būtent tą padaryti galima stebint susiliejimo metu kilusio gama spindulių žybsnio padarinius žvaigždžių aplinkoje. Naujame tyrime tokia analizė leido pustrečio karto sumažinti atstumo iki neutroninių žvaigždžių susijungimo GW170817 įvertinimo paklaidas. Kartu tai atitinkamai sumažino ir Visatos plėtimosi spartos įvertinimo – Hablo parametro – paklaidas, gaunamas šiuo metodu. Tai yra labai svarbu, nes pastaruosius keletą metų Hablo parametro vertės, gaunamos dviem kitais metodais, vis labiau išsiskiria: supernovų sprogimai duoda didesnę vertę, nei kosminės foninės mikrobangų spinduliuotės matavimai. Kol kas gravitacinių bangų signalu paremto matavimo paklaidos yra pernelyg didelės, kad galima būtų atskirti šias dvi galimas vertes tarpusavyje, bet tyrėjai prognozuoja, kad dar 15 panašių įvykių leis jas sumažinti tiek, kad turėtume trečią palyginamo tikslumo Hablo parametro įvertinimą. Toks rezultatas galbūt padės išspręsti klausimą, kaip visgi plečiasi mūsų Visata. Tyrimo rezultatai publikuojami Nature Astronomy.

***

Aktyvių galaktikų čiurkšlių kryptis. Aktyvūs galaktikų branduoliai yra supermasyvios juodosios skylės, sparčiai ryjančios dujas. Nemaža jų dalis išmeta čiurkšles – iš pat juodosios skylės prieigų, padedama magnetinio lauko, dalis medžiagos nulekia tolyn beveik šviesos greičiu. Čiurkšlių paleidimo ir vystymosi detalės kol kas yra gana neaiškios. Pavyzdžiui, kai kurių čiurkšlių forma yra kūginė, kitų – parabolinė, ir neaišku, kas nulemia tokį skirtumą. Dabar nauja stebėjimų duomenų analizė leidžia priartėti prie atsakymo. Tyrimui pasirinkti 367 aktyvūs branduoliai, turintys čiurkšles; vidutiniškai jie yra labai toli, jų šviesa iki mūsų keliauja apie septynis milijardus metų. Automatinė analizė tarp jų rado dešimt, kurių čiurkšlių forma kinta, tolstant nuo branduolio. Įdomu, kad visi dešimt objektų yra palyginus artimi, jų šviesa iki mūsų keliauja mažiau nei milijardą metų. Tai reiškia, kad čiurkšlės formos pokyčiui aptikti reikalinga gera stebėjimų erdvinė skyra. Visos dešimt čiurkšlių arti juodosios skylės yra parabolinės, o didesniu atstumu tampa kūginėmis. Forma pasikeičia atstumu, maždaug milijoną kartų didesniu už juodosios skylės įvykių horizonto spindulį, nepriklausomai nuo čiurkšlės galingumo ar juodosios skylės masės. Tyrėjai teigia, jog forma pasikeičia tada, kai čiurkšlės kinetinė ir elektromagnetinė energijos susilygina. Hipotezei patikrinti reikėtų daugiau detalių čiurkšlių stebėjimų. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

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

Laiqualasse

Leave a Reply

El. pašto adresas nebus skelbiamas.