Kąsnelis Visatos CCCXCVI: Atmosferos

Žemės atmosfera mus saugo nuo žalingų spindulių, padeda išlaikyti šilumą (kartais ir šiek tiek per daug), ir apskritai yra būtina beveik visai gyvybei. O kaip yra kitose planetose? Štai pirmą kartą apskaičiuotos prie žvaigždės-nykštukės esančios planetos paviršiaus savybės ir paaiškėjo, kad ji atmosferos neturi. Ar tai yra universali tokių planetų savybė, parodys tik laikas. Jupiterio atmosfera yra labai stora ir labai kitokia, nei Žemės – joje, pavyzdžiui, egzistuoja sumišę vandens ir amoniako debesys. Kitose naujienose – įvairių kosminių technologijų bandymų planai, Marso klimatas, asteroido Ryugu paviršius, galaktikų susiliejimų aptikimas ir dar šis tas. Gero skaitymo!

***

Para trunka 24 valandas, ar ne? Ot ir ne. Tiek trunka vidutinė Saulės para – vidutinis laiko tarpas tarp dviejų momentų, kai Saulė pasiekia zenitą. Bet reali Saulės para kasdien vis kitokia, kartais nuo vidutinės paros ji gali skirtis net keliolika minučių. Be to, 24 valandos nėra Žemės apsisukimo aplink ašį laikas. Apie skirtingas paras žiūrėkite savaitės filmuke iš Minutephysics:

***

Kosmose surenkami Saulės kolektoriai. Vienas iš svarbiausių kiekvieno erdvėlaivio komponentų yra energijos šaltinis, dažnai – Saulės baterijos. Taip pat šis komponentas yra vienas iš pažeidžiamiausių, kol erdvėlaivis dar yra Žemėje. Taigi įprastai erdvėlaiviai į kosmosą siunčiami sulankstyti, o nuskridę ten turi išskleisti Saulės baterijas tarsi sparnus. Šiam procesui gali pakenkti daugybė techninių ar fizinių kliūčių, nuo programų užlūžimo iki mikrometeoritų smūgių. Didelę dalį problemų būtų galima išspręsti, jei Saulės kolektorius erdvėlaiviai tiesiog pasistatytų kosmose. Liepos mėnesį NASA kompanijai Made in Space skyrė finansavimą sukurti ir išbandyti būtent tokią sistemą, o dabar paskelbta daugiau detalių apie planuojamus bandymus. Erdvėlaivis Archinaut One turėtų būti išbandytas 2022 metais. Šiuo metu svarstomos dvi dizaino koncepcijos, abi paremtos trimačio spausdinimo technologijomis. Vienas erdvėlaivio variantas susidėtų iš aštuonkampio kanistro su žaliavomis ir aplink jį išdėstytų sistemų, kurios galėtų spausdinti reikalingus komponentus, pavyzdžiui komunikacijų antenas. Antrasis variantas – spausdintuvas su keliomis robotinėmis rankomis, kuris nebūtų ribojamas kartu atsiskraidinamų žaliavų kiekiu. Žinoma, bandomasis erdvėlaivis kažką pagaminti galės tik iš medžiagų, kurias atsineš kartu su savimi, tačiau net ir tokia sistema leistų padaryti erdvėlaivius atsparesnius, nes skrydžio metu jie turėtų daug mažiau gležnų jungčių, o vėliau, kosmose, galėtų pasigaminti netgi labai didelius Saulės kolektorius. Tolimesnėje perspektyvoje panašios sistemos galėtų gaminti erdvėlaivių komponentus kosmose iš medžiagų, išgaunamų iš asteroidų, taip sutaupant daugybę resursų, šiuo metu sunaudojamų pakeliant medžiagas nuo Žemės paviršiaus.

***

Kaip kosmose verda vanduo? Tarptautinėje kosminėje stotyje (TKS) nuolatos vykdomi įvairūs eksperimentai; kai kurie susiję su kosmoso tyrimais, kiti – su žmonių sveikata kosmose, treti tiesiog išnaudoja mikrogravitacijos sąlygas. Vienas iš pastarųjų eksperimentų yra neseniai pradėtas vandens virimo tyrimas. Atrodytų, vandens virimas yra labai įprastas ir kasdienis procesas, kurį turėtume suprasti puikiai, bet tiesa visgi kitokia. Žemės sąlygomis susiformuojantys verdančio vandens burbuliukai yra pernelyg maži ir juda pernelyg greitai, kad galėtume juos tyrinėti detaliai. Todėl kol kas vis dar iki galo nesuprantame, kaip verda įvairūs skysčiai. Šios žinios labai svarbios pramonėje, kur netikėtai užverdantys, ar tiesiog burbuliuoti imantys, techniniai skysčiai gali pagadinti įvairią įrangą, net ir nešiojamus kompiuterius. Mikrogravitacijos sąlygomis verdant vandeniui susidaro daug didesni ir lėtai judantys burbulai, kuriuos tyrinėti daug paprasčiau. Tikimasi, kad eksperimento rezultatai leis patobulinti ir įvairias sistemas Žemėje. Be to, geresnis supratimas apie virimo procesą bus naudingas ir kosmose, kai ten lankysis ir net gyvens vis daugiau žmonių.

***

Indai skrenda į Mėnulį. Indijos zondas Chandrayaan 2 praeitą savaitę įskrido į orbitą aplink Mėnulį. Liepos 22 dieną paleistas palydovas kol kas atlikinėjo lėtus manevrus, kurie pasibaigė sėkmingu orbitos pakeitimu rugpjūčio 20 dieną. Toliau zondo laukia panašių manevrų seka, vis mažinant atstumą iki palydovo, kol galiausiai rugsėjo 7 dieną numatomas nusileidimas pietų ašigalyje. Jei misija pavyks sėkmingai, Indija taps vos ketvirtąja valstybe – po Sovietų Sąjungos, JAV ir Kinijos – sėkmingai „minkštai“ nutūpdžiusia zondą Mėnulio paviršiuje. Šį pavasarį panašų tikslą turėjo Izraelis, bet zondas Beresheet sudužo nusileidimo metu. Ši misija nėra vien šalies prestižo gerinimas, nors, žinoma, kiekvienas kosminis pasiekimas prisideda ir prie to. Spartėjant kosmoso komercializacijai, daugybė valstybių siekia tapti šios rinkos dalimi. Sėkmingas technologijų, reikalingų skrydžiui į Mėnulį, pademonstravimas paverstų Indiją viena iš rimčiausių naujų kosminių lenktynių dalyvių.

***

Senovės Marso klimato klausimai. Marso paviršiuje kadaise buvo daug vandens – upės, ežerai ir jūros. Tačiau vis dar nežinome, ar jie buvo ilgalaikis, ar trumpalaikis reiškinys. Pavyzdžiui, Marsas galėjo būti ledinė planeta, kurioje skystas vanduo atsirasdavo tik retų atlydžių metu; iš kitos pusės, planetos klimatas galėjo būti panašesnis į atogrąžas – šiltas ir lietingas. Naujame tyrime bandoma nustatyti, kuris klimato modelis teisingesnis, remiantis uolienų tyrimais įvairiose Žemės vietose. Pasirodo, Žemės paviršiuje esančių nuosėdinių uolienų pobūdis priklauso nuo klimato sąlygų: šaltose vietose, kur skystas vanduo prateka nedažnai, formuojasi menkai kristališki silikatai, o šiltose, plaunamose gausaus lietaus – kristalinės molingos uolienos. Šiandieninės žinios apie Marso paviršiaus uolienas rodo, kad jaunesnės uolienos yra menkai kristališkos, o senesnės – labiau kristalizuotos. Taigi galima teigti, jog Marsas pačioje jaunystėje buvo šiltas ir vandeningas, o vėliau atšalo ir suledėjo. Tiesa, kol kas dar neaišku, kaip sparčiai vyko ši transformacija ir kiek laiko truko viena ar kita fazė. Atsakymų į šiuos klausimus padės ieškoti Mars 2020 marsaeigis. Tyrimo rezultatai pristatyti praeitą savaitę Goldschmidt geochemijos konferencijoje.

Kitame tyrime irgi nagrinėjamas Marso vandens likimas, šįkart – remiantis druskų nuosėdų sudėtimi ir padėtimis Marso paviršiuje. Druskų Marse yra tiek daug, kad jos negalėjo susiformuoti per vieną išgaravimą – planetoje turėjo vykti vandens apytakos ratas, kiekvieno ciklo metu plutoje užrakinantis šiek tiek anglies dvideginio. Apytakos rato egzistavimas reiškia, kad kadaise Marso paviršius buvo pakankamai šiltas popaviršinio vandens srovėms egzistuoti. Apskaičiavę tikėtinas ciklo savybes mokslininkai nustatė, kad druskų nusodinimas galėjo vykti pakankamai ilgai, kad pašalintų beveik visą anglies dvideginį iš pirmykštės Marso atmosferos. Tai galėjo būti viena iš priežasčių, kodėl planeta laikui bėgant atšalo – mažėjantis anglies dvideginio kiekis nebegalėjo išlaikyti šilumos. Tyrimo rezultatai publikuojami Earth and Planetary Science Letters.

***

Ryugu paviršiuje nėra dulkių. Asteroidą Ryugu tyrinėjantis Japonijos zondas Hayabusa2 pernai spalį ant paviršiaus numetė Vokietijos-Prancūzijos prietaisą MASCOT, skirtą asteroido paviršiaus savybių tyrimams. Šis zondas šokinėjo per Ryugu paviršių ir matavo temperatūrą bei padarė daugybę nuotraukų. Jų analizė atskleidė, kad Ryugu paviršiuje praktiškai nėra dulkių. Visą paviršių dengia akmenys, kurių dydžiai siekia nuo kelių dešimčių centimetrų iki kelių metrų, o smulkesnių objektų beveik neaptikta. Akmenys yra dviejų tipų: kai kurie – labai šviesūs, lygiais paviršiais, atspindinčiais Saulės šviesą, kiti – tamsūs ir gruoblėti. Gali būti, kad skirtingos uolienos žymi Ryugu susiformavimą susidūrus dviem skirtingos sudėties asteroidams. Ir vienuose, ir kituose akmenyse aptikta milimetrų dydžio inkliuzų, primenančių anglinius chondritus – dažniausiai pasitaikantį meteoritų tipą. Iš to galime spręsti, kad Ryugu paviršiaus akmenys yra pirmykščiai, nestipriai pakitę nuo Saulės sistemos susiformavimo prieš puspenkto milijardo metų. Tokie asteroidai yra labai reikšmingi planetų formavimosi tyrimams, nes jie leidžia geriau suprasti, kokios sąlygos buvo Saulės sistemos jaunystėje. Tyrimo rezultatai publikuojami Science.

***

Jupiterio juostos, jaukiamos turbulencijos. Jupiteris yra dujinė milžinė – tai reiškia, kad kažkur gilumoje esantį kietą branduolį supa dešimčių tūkstančių kilometrų storio atmosfera. Atmosfera toli gražu ne visur vienoda – skirtinguose jos sluoksniuose skiriasi ir cheminė sudėtis, ir debesuotumas, ir vykstantys procesai. Paviršiniai Jupiterio debesys sudaryti daugiausiai iš amoniako, o maždaug 80 kilometrų gylyje yra vandens debesų sluoksnis. Pastarojo negalime pamatyti regimųjų spindulių ruože, nes jį dengia paviršiniai debesys, bet pro juos prasiskverbia didesnio bangos ilgio spinduliuotė. 2017 metų sausio pradžioje Jupiterį stebėjo visas būrys teleskopų, tarp jų ir submilimetrinių bangų teleskopų masyvas ALMA. Stebėjimai surengti neplanuotai, po to, kai pačioje metų pradžioje astronomai-mėgėjai pastebėjo medžiagos išsiveržimą truputį į pietus nuo pusiaujo esančioje debesų juostoje. Be to, stebėjimų metu buvo praėję vos keli mėnesiai nuo panašaus išsiveržimo šiaurinėse platumose esančioje juostoje. ALMA duomenys – pirmieji Jupiterio stebėjimai 1-3 milimetrų bangos ilgio ruože – padėjo išsiaiškinti, kaip susiję šie Jupiterio atmosferos sluoksniai. Visų pirma, išsiveržimai keičia Jupiterio juostų struktūrą; pavyzdžiui, šiaurinė juosta per kelis mėnesius po išsiveržimo išplatėjo, o prie pusiaujo esančioje juostoje išsiveržimas sukėlė pastebimus sūkurius. Antra, nustatyta, kad išsiveržimo metu į paviršių pakyla amoniako dujos, nesustingusios į ledo daleles, sudarančias debesis. Toks procesas prognozuojamas vieno teorinio Jupiterio atmosferos modelio. Pagal jį, išsiveržimai prasideda giliau nei 80 kilometrų gylyje po debesimis, kur turbulencija iškelia aukštyn amoniako ir vandens garų mišinį. 80 kilometrų gelmėje vanduo ima kondensuotis į lašelius; šis procesas išskiria daug energijos, kuri pašildo bei išpučia amoniaką ir iškelia jį virš debesų, kur stebime išsiveržimą. Laikui bėgant, dujos ataušta, suformuoja debesis ir prisideda prie juostų išvaizdos kitimo. Tyrimo rezultatai arXiv.

***


Neptūnas. Voyager 2 nuotrauka, daryta 1989 rugpjūčio 20 dieną. Šaltinis: NASA/JPL-Caltech

Prieš trisdešimt metų, 1989-ųjų rugpjūčio 25 dieną, Voyager 2, pakeliui iš Saulės sistemos, praskriejo pro Neptūną, tolimiausią Saulei planetą. Tai buvo kol kas vienintelis toks artimas kokio nors zondo skrydis pro šį dangaus kūną, o dedikuotos misijos tyrinėti ledo milžinei dar reikės palaukti, nes kol kas jos yra tik koncepcijų stadijoje. Voyager 2 išnaudojo labai retą, kas 175 metus pasitaikantį, keturių didžiųjų planetų išsidėstymą, leidusį aplankyti jas visas vieno skrydžio metu. Skrisdamas pro Neptūną, Voyager 2 atrado geologinio aktyvumo pėdsakus jo didžiausiame palydove Tritone, taip pat suteikė daug informacijos apie pačios planetos atmosferą.

***

Uolinės egzoplanetos paviršiaus savybės. Praeitą savaitę paskelbta apie pirmąją uolinės egzoplanetos, besisukančios aplink M tipo žvaigždę-nykštukę, paviršiaus savybių analizę. Planeta LHS 3844b buvo atrasta TESS kosminiu teleskopu, kuris ieško planetų tranzitų, pritemdančių jų žvaigždes. Tolesniam tyrimui pasitelktas Spitzer infraraudonųjų spindulių teleskopas – būtent šiame ruože planeta, kurios paviršius įkaista iki maždaug 770 laipsnių Celsijaus, spinduliuoja stipriausiai. Net ir ši spinduliuotė yra daug blausesnė, nei žvaigždės, taigi norėdami nustatyti planetos savybes, astronomai turėjo labai gerai atskirti, kokia bendros spinduliuotės dalis sklinda iš žvaigždės, o kokia – iš planetos. Tą padarius paaiškėjo, kad planeta atspindi gana mažą dalį žvaigždės šviesos, panašiai kaip Mėnulis ar Merkurijus. Taigi, panašiai kaip šių kūnų, LHS 3844b paviršių galimai dengia vulkaninės kilmės bazaltinės uolienos. Taip pat nustatyta, kad planetos dieninės ir naktinės pusių temperatūra skiriasi maždaug tūkstančiu laipsnių, o karščiausias planetos taškas yra artimiausia žvaigždei paviršiaus dalis. Šias savybes puikiai paaiškina planetos struktūros modelis, pagal kurį planeta yra prirakinta prie savo žvaigždės, t. y. visada jai atsukusi vieną pusę, ir neturi atmosferos. Atradimas patvirtina kai kurių teorinių modelių prognozes, kad planetos, esančios taip arti savo žvaigždžių – LHS 3844b vieną ratą apsuka per mažiau nei dvylika valandų – turėtų prarasti atmosferas dėl stipraus žvaigždės vėjo. Tokios prognozės piešia gana pesimistišką vaizdą dėl galimų gyvybingų planetų aptikimo, mat dauguma žvaigždžių Galaktikoje yra būtent M tipo nykštukės, tad prie jų greičiausiai yra ir didžioji dalis planetų. Šios žvaigždės yra palyginus šaltos, todėl jų gyvybinė zona yra labai arti žvaigždės; tokiu atstumu skriejančios planetos gali palyginus greitai prarasti atmosferą ir tapti menkai tinkamos gyvybei. Iš kitos pusės, vienas atradimas dar nereiškia, kad tas pats galioja visoms žvaigždžių-nykštukių planetoms, tad prieš darydami tolesnes išvadas, turėtume palaukti kitų panašių planetų analizės. Tyrimo rezultatai publikuojami Nature.

***

Prirakintos egzoplanetos nebijo aplėdėjimo. Žemė bent vieną, o gal ir kelis, kartus buvo tapusi sniego gniūžte – paviršius taip atšalo, kad ledynai nuslinko iki pat pusiaujo. Tokie radikalūs klimato pokyčiai sukėlė masinius rūšių išnykimus ir galėjo netgi visiškai sunaikinti gyvybę planetoje. Gali būti, kad visos panašios į Žemę planetos išgyvena tokius epizodus, nes juos nulemia gana paprasti klimatiniai procesai. O štai planetos, prirakintos prie mažų žvaigždžių – visą laiką atsukusios joms vieną savo pusę – turėtų tokių epizodų išvengti. Taip teigia naujo tyrimo, kuriame detaliai išnagrinėtas panašių planetų klimatas ir energijos apykaita vandenynuose, autoriai. Jie jau seniau nustatė, kad vidurdienio taške – planetos vietoje, esančioje tiesiai po žvaigžde – ir jo apylinkėse žvaigždės spinduliuotė turėtų išlaikyti paviršių neužšalusį, net jei likusią planetos dalį dengia vientisas ledynas. Dabar tyrimas pakartotas, naudojant detalesnį modelį, įskaitantį energijos apykaitą ne tik atmosferoje, bet ir vandenyne. Gautas rezultatas iš esmės toks pat: prirakintos planetos, esančios gyvybinėse savo žvaigždžių zonose, visiškai užšalti neturėtų. Šis atradimas prisideda prie vis gerėjančio supratimo apie skirtumus tarp Žemės analogų ir planetų, esančių prie gausiausių Galaktikoje už Saulę gerokai mažesnių žvaigždžių. Taip pat modelis parodė, kad kai kuriose planetose, ypač lėtai besisukančiose ir turinčiose tankią atmosferą, sąlygos gyvybei egzistuoti apskritai gali būti geresnės, nei Žemėje, nes jose vanduo sparčiau cirkuliuoja ir pakelia daugiau maisto medžiagų, nusėdusių dugne. Tyrimo rezultatai pristatyti praeitą savaitę vykusioje Goldschmidt geochemijos konferencijoje.

***

Galaktikų susiliejimų identifikavimas. Kone kiekviena galaktika per gyvenimą patiria bent kelis susiliejimus su kaimynėmis. Aplinkinėje Visatoje maždaug kas dvidešimta galaktika yra besijungianti pora, o ankstyvesniais laikais ši dalis buvo dar didesnė. Visgi nustatyti, kuri galaktika tuojau patirs susiliejimą ar neseniai susijungė su kita, yra nelengva; įprastai tam reikia peržiūrėti individualias galaktikų nuotraukas ir ieškoti įvairių netolygumų arba akivaizdžių susiliejimo požymių, pavyzdžiui antros galaktikos šalia bei galaktikas jungiančių išblaškytų žvaigždžių ir dujų juostų. Nagrinėjant tolimas galaktikas tą padaryti darosi vis sunkiau, nes gaunami atvaizdai yra maži ir neryškūs, be to, Visatos jaunystėje galaktikos buvo mažiau tvarkingos net ir nesijungdamos. Dabar pasiūlytas naujas metodas, kaip galima aptikti besijungiančias galaktikas. Jis remiasi mašininio mokymosi algoritmais, kurie buvo apmokyti naudojant skaitmeninio modelio duomenis. Modelio momentiniai atvaizdai, apimantys Visatą nuo dviejų milijardų metų po Didžiojo sprogimo iki šių dienų, buvo paversti nuotraukomis, kokias galėtų gauti James Webb ar Hablo kosminiai teleskopai. Tada šios nuotraukos panaudotos apmokyti algoritmams, kad jie atskirtų izoliuotas galaktikas nuo tų, kurios per artimiausius 250 milijonų metų patirs susiliejimą ir tų, kurios per panašų laiką patyrė susiliejimą. Paaiškėjo, kad įprastai naudojami automatinio susiliejimų aptikimo algoritmai, paremti regimaisiais atstumais tarp galaktikų, yra gana prasti. Tuo tarpu naujieji algoritmai aptiko apie 70% susiliejimų ar būsimų susiliejimų. Geriausias įvykusio susiliejimo požymis – labai stipriai į centrą sukoncentruota galaktikos šviesa, o būsimo – nesimetriškas galaktikos šviesos pasiskirstymas. Aišku, abu požymiai reikalauja erdvinės informacijos apie galaktiką, taigi mažoms tolimoms galaktikoms netinka. Visgi naujasis metodas turėtų labai paspartinti besijungiančių galaktikų identifikavimą, o tai, savo ruožtu, leis geriau suprasti, kiek susiliejimai reikšmingi galaktikų ir visos Visatos žvaigždžių formavimosi istorijoms. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Kosminių spindulių tarpgalaktinė kelionė. Kosminiai spinduliai yra didelės energijos dalelės, lakstančios kosmose. Dažnai jie pasiekia Žemės atmosferą ne iš tos pusės, kur yra jų šaltinis, nes dalelių trajektorijas iškreipia sąveika su tarpžvaigždiniais magnetiniais laukais. Iki šiol buvo manoma, kad tai neturėtų galioti iš už Galaktikos ribų atlekiantiems ypatingai energingiems kosminiams spinduliams (UHECR), nes jų trajektorija turėtų nukrypti tik kilmės galaktikoje. Bet neseniai aptikta, kad daug UHECR mus pasiekia iš karšto taško Didžiosios Lokės žvaigždyno kryptimi, kur nėra aptinkama jokių kosminių spindulių šaltinių. Dabar naujame tyrime parodyta, kad šie UHECR greičiausiai susiformuoja Mergelės galaktikų spiečiuje. Nuo spiečiaus, kaip ir visoje Visatos didelio masto struktūroje, driekiasi tarpgalaktinės medžiagos gijos, jungiančios jį su keliomis kitomis galaktikomis. Grupė tyrėjų apskaičiavo, kad kosminiai spinduliai gali būti nukreipiami išilgai tokių gijų, o iš jų išlekia gijų susikirtimuose – vienas toks yra būtent Didžiosios Lokės kryptimi. Taigi UHECR pasiekia mus iš visai kitos dangaus pusės, nei tikrasis jų šaltinis. Šis atradimas paaiškina UHECR karšto taško kilmę be egzotiškų hipotezių apie jų šaltinius ir padeda geriau suprasti tarpgalaktinės medžiagos savybes. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

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

Laiqualasse

Leave a Reply

El. pašto adresas nebus skelbiamas. Būtini laukeliai pažymėti *