Kąsnelis Visatos CDXII: Vanduo

Ledas Encelade turi įdomius lygiagrečius įtrūkimus – jie greičiausiai susidarė palaipsniui, vandeniui veržiantis pro pirmąjį įtrūkimą prie pietinio ašigalio. Marse vandens ledas daug kur yra taip arti paviršiaus, kad jį įmanoma išsikasti kastuvu. Truputį šiltesnėje aplinkoje – egzoplanetų atmosferos – vandens randama dažnai, bet jo ten yra mažiau, nei tikėtasi. Kitose naujienose – magnetinis laukas neutroninėse žvaigždėse ir spiralinėse vijose, deguonies gausos raida Žemės atmosferoje, planetų augimas dėl elektrostatinės sąveikos ir dar šis tas. Gero skaitymo!

***

Žemę formavusių dulkių kilmė. Visos planetos formavosi iš dulkių ir dujų pilno protoplanetinio disko. Didžioji dalis disko dulkių susiformavo raudonųjų milžinių atmosferose arba supernovų liekanose. Dulkės aplink Saulę buvo pasklidusios netolygiai, todėl planetų cheminė sudėtis šiek tiek skiriasi. Norėdami nustatyti, kuris šaltinis buvo svarbesnis dulkėms, iš kurių formavosi Žemė, mokslininkai ištyrė cheminio elemento paladžio gausą Žemėje ir įvairiuose meteorituose. Meteorituose yra įstrigusių pirmykščių dulkių, kurių cheminė sudėtis leidžia suprasti ir sąlygas protoplanetiniame diske. Jau seniau žinoma, kad netoli paladžio esančių cheminių elementų molibdenio ir rutenio gausa meteorituose yra žemesnė, nei Žemėje – tai rodo, kad meteoritai formavosi iš mažiau šių elementų turinčios medžiagos. O štai paladžio gausa meteorituose yra gerokai panašesnė į gausą Žemėje, nors vis tiek truputį žemesnė. Paladis yra lakesnis elementas, nei molibdenas ar rubidis, ir tai gali paaiškinti šiuos skirtumus. Visi trys elementai daugiausiai formuojasi s-proceso metu, kai raudonosios milžinės atmosferoje lengvesnių elementų branduoliai lėtai gaudo neutronus (priešingas, r-procesas, vyksta supernovų sprogimų metu ir suformuoja nedaug šių elementų). Paladis sunkiau nusėda dulkėse dėl savo lakumo, todėl jo gausa planetose mažiau priklauso nuo dulkių kilmės. Taigi galima teigti, kad Žemė formavosi iš dulkių, kurių didesnė dalis buvo suformuota raudonosiose milžinėse. Toliau nuo Saulės vis reikšmingesnės buvo supernovų liekanose susiformavusios dulkės, taigi ten s-procesu kuriamų cheminių elementų buvo mažiau. Skirtumas tarp skirtingų šaltinių dulkių pasiskirstymo atsiranda dėl Saulės spinduliuotės. Ji išgarina dulkes, kupinas lakių elementų, ypač vandens ledo, o būtent tokios dulkės daugiau formuojasi prie supernovų. Tyrimo rezultatai publikuojami Nature Astronomy.

***

Marso vandens telkiniai. Kadaise Marse buvo daug skysto vandens planetos paviršiuje – tekėjo upės, plytėjo jūros ir ežerai. Dabar tokių telkinių nebėra, bet vandens vis dar yra daug; tiesa, jis sustingęs į ledą. Dalį ledo matome kaip poliarines kepures, o dalis pasislėpusi po paviršinėmis uolienomis ir regolitu. Dabar pristatytas pirmasis Marso vandens išteklių žemėlapis. Jam sudaryti buvo išnagrinėta Mars Reconnaisance Orbiter ir Mars Odyssey zondų surinkta informacija. Šiuose aparatuose esantys prietaisai tiksliai matuoja Marso paviršiaus temperatūrą. Jos pokyčius nulemia paviršiaus sandara, nes regolitas ir ledas skirtingai akumuliuoja bei praleidžia šilumą. Sukūrę paviršiaus modelį, sudarytą iš ledo, dengiamo regolitu, mokslininkai nustatė tikėtiną regolito storį skirtingose Marso vietose. Taip paaiškėjo, kad didelėje dalyje Marso vidurinių ir ašigalinių platumų vandens ledas yra mažiau nei 80 centimetrų gylyje. Norinti jį pasiekti, nereikėtų specializuotos įrangos, užtektų vien kastuvo ir kirtiklio. Tai yra puikios žinios būsimiems Marso kolonistams, kuriems reikės daug vandens ir išgyvenimui, ir raketinio kuro bei kitų medžiagų gamybai. Tyrimo rezultatai publikuojami Geophysical Research Letters.

***

Aktyvusis asteroidas Bennu. Asteroidai nuo kometų skiriasi savo sudėtimi bei elgesiu. Kometos, priartėjusios prie Saulės, ima garuoti ir byrėti, tuo tarpu asteroidai – ne. Bent jau taip buvo manyta ilgą laiką, iki kol astronomai atrado aktyvius asteroidus: uolinius kūnus, kurie kartais irgi išmeta dalelių srautus. Tik tos dalelės yra ne ledas, o uolienų smiltys. Kai NASA zondas OSIRIS-REx pernai gruodį pasiekė asteroidą Bennu, paaiškėjo, kad ir jis yra aktyvus, nors iš Žemės darytuose stebėjimuose jokių išmetamų dalelių nebuvo aptikta. Dabar pristatyta trijų dalelių išmetimo įvykių, nutikusių sausio-vasario mėnesiais, analizė. Išmatavus dalelių padėtis skirtingose nuotraukose, nustatyti jų judėjimo greičiai bei kryptys ir atsekta, iš kurių asteroido vietų jos pakilo. Visi trys įvykiai prasidėjo 15-18 valandą „vietos laiku“, t.y. Saulei praėjus ketvirtį-pusę kelio nuo vietinio zenito iki nadiro (vidurnakčio taško). Nei viena dalelių išmetimo vieta neatrodo išskirtinė asteroido paviršiaus struktūrų atžvilgiu. Taigi labiausiai tikėtina, kad dalelių išmetimą sukėlė regiono pašildymas Saulės spinduliais arba mikrometeoroidų smūgiai, nes būtent 15-18 valandą vietos laiku asteroido paviršius judą „į priekį“ ir susiduria su didžiausiu tarpplanetinių dulkių srautu. Saulė dalelių išmetimą gali sukelti garindama vandens molekules iš įvairių uolienų arba šildydama uolienas, versdama jas plėstis ir suskilti. Tolesni stebėjimai gali padėti ir geriau suprasti, kaip dalelės atsiskiria nuo asteroido paviršiaus. Šis atradimas taip pat rodo, kad asteroidų aktyvumo lygiai gali būti labai įvairūs; tai, kad asteroidas stebint iš Žemės atrodo neaktyvus, dar nereiškia, kad jis tikrai toks nėra. Tyrimo rezultatai publikuojami Science.

***

Encelado juostų kilmė. Saturno palydovas Enceladas aplink pietinį ašigalį turi keturis daugmaž lygiagrečius pailgus kanjonus, neoficialiai vadinamus „tigro dryžiais“. Šios juostos išsidėsčiusios maždaug 35 kilometrų atstumu ir galimai jungia palydovo paviršių su polediniu vandenynu. Panašių darinių nerandama nei kitur Encelade (ten yra kanjonų, bet jie gerokai mažiau tvarkingi), nei kituose lediniuose Saulės sistemos kūnuose. Dabar pasiūlytas jų kilmės, išskirtinumo ir reguliarumo paaiškinimas. Pagal šį modelį, įtrūkimai kyla dėl lėto palydovo vėsimo, dėl kurio storėja ledo sluoksnis. Žemesni sluoksniai plėsdamiesi spaudžia išorinius, kol galiausiai viename iš ašigalių ledas sulūžta. Tai įvyksta būtent ašigalyje todėl, kad šioje vietoje ledo sluoksnį labiausiai paveikia potvyninės jėgos, gniuždančios palydovą jam skrendant orbita aplink planetą. Po pirmojo įtrūkimo įtempimas sumažėja, taigi kitame ašigalyje trūkis neatsiranda. Iš trūkio ima veržtis vanduo ir ledas, ten ledo kepurė storėja ir ima linkti žemyn, kol galiausiai vėl ima lūžinėti lygiagrečiai pirmajam įtrūkimui. Procesas tęsiasi tol, kol galiausiai kūnas užšąla tiek, jog besiveržiantis vanduo nebesulaužo storėjančio ledo gaubto. Šis procesas gali būti unikalus Enceladui, nes jis yra gana mažas – vos 500 kilometrų skersmens, – taigi jo gravitacija nesustabdo ledo kanjonų formavimosi. Tyrimo rezultatai publikuojami Nature Astronomy.

***

Atmosferinio deguonies evoliucija. Didžiajai daliai gyvybės Žemėje reikalingas deguonis atmosferoje. Šiuo metu jis sudaro 21% atmosferos, bet tokį lygį pasiekė tik prieš 400 milijonų metų, kai sausumoje paplito augalai. Per visą planetos istoriją buvo trys oksigenacijos įvykiai – santykinai trumpi reikšmingi deguonies gausos atmosferoje padidėjimai. Jie įprastai aiškinami kardinaliais biologiniais ar geologiniais pokyčiais – naujų rūšių atsiradimu, vulkanizmu ir panašiai. Kitaip tariant, dabartinis deguonies kiekis Žemėje, manoma, yra laimingo atsitiktinumo pasekmė. Bet naujame tyrime aiškinama priešingai. Sukūrę anglies, deguonies ir fosforo apykaitos Žemės atmosferoje bei vandenynuose modelį, mokslininkai nustatė, kad deguonies kiekis staigiai išaugti gali tiesiog dėl pasikeitusio ilgalaikių procesų balanso. Pavyzdžiui, fosforo gausa vandenyje lemia fitoplanktono augimą, o planktonas kuria deguonį. Bet mirusios bakterijos irdamos suvartoja deguonį vandenyje ir išskiria dar daugiau fosforo. Fitoplanktono kiekis gali labai staigiai pereiti iš būsenos, kai bakterijų ir deguonies beveik nėra, į būseną, kai jų yra daug. Panašiai veikia ir vulkaniniai procesai, po truputį sugeriantys deguonį į uolienas Žemės mantijoje. Jie vis lėtėja ir tam tikru metu vėlgi pasikeičia balansas bei išauga deguonies kiekis. Taigi gali būti, kad deguonies gausa atmosferoje yra natūralus fotosintetinančių bakterijų ir vulkaninių procesų ilgalaikės sąveikos padarinys, o ne radikalių atsitiktinių pokyčių pasekmė. Tai reiškia, kad jei kur nors kitur Visatoje išsivysto fotosintezė, laikui bėgant ten turėtų atsirasti ir daug deguonies. Tyrimo rezultatai publikuojami Science.

***

Vaizdas iš ateivių mėnulio. Autorius: Adam Makarenko

Jei šis vaizdas atrodo kaip nuotrauka, tai žinokite, kad taip ir yra. Tik nuotrauka daryta, deja, ne egzoplanetos mėnulyje, o tik miniatiūriniame jo modelyje. Adam Makarenko miniatiūras kuria daugiau nei dešimtmetį, o pastaruoju metu daugiausiai kuria egzoplanetas. Kai kurie jo kūriniai yra į delnus telpančios miniatiūros, kiti – didesni peizažai, naudojami kaip pirmasis nuotraukų planas. Daugiau jo darbų rasite UniverseToday straipsnyje.

***

Vandens gausa egzoplanetų atmosferose. Egzoplanetų atmosferos tiriamos kiek daugiau nei dešimtmetį. Nors rezultatų dar nėra labai daug – patikimai išmatuoti jų cheminę sudėtį labai sudėtinga, – po truputį aiškėja įvairios statistinės priklausomybės, padedančios patobulinti planetų formavimosi modelius. Naujame tyrime nagrinėjama kalio, natrio ir vandens gausa devyniolikoje egzoplanetų. Planetų masės siekia nuo maždaug dešimties iki 600 Žemės masių, paviršiaus temperatūros – nuo 300 iki 2700 kelvinų. Net 14 iš 19 planetų aptikti vandens garai – tai rodo, kad vanduo yra dažnas junginys egzoplanetose. Iš kitos pusės, vandens gausa daugelyje planetų yra mažesnė, nei tikėtasi, remiantis šiandieniniais atmosferų modeliais. Ypač neatitikimas pasireiškia masyvioms planetoms; kai kuriose iš jų vandens gausa tėra vos šimtoji dalis tikėtinos. Iš kitos pusės, kai kuriose planetose vandens yra daugiau, nei tikėtasi, o mažiausiose planetose gali būti ir dešimt kartų daugiau. Gali būti, kad dujinėse milžinėse paprasčiausiai yra mažiau deguonies, nei prognozuoja modeliai; ši informacija gali padėti patikslinti ir planetų formavimosi modelius. Iš kitos pusės, natrio ir kalio gausa daugmaž atitinka prognozes. Šie rezultatai rodo, kad planetų modeliai negali apsiriboti vien jų metalingumu, kaip laisvu parametru: priklausomai nuo planetos masės bei formavimosi istorijos, skirtingų elementų gausa joje gali būti labai skirtinga. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Elektrostatinė sąveika augina planetas. Planetos formuojasi protoplanetiniuose diskuose, kur dulkės jungiasi į vis didesnius darinius. Mažytės dulkės susidūrusios sulimpa viena su kita, panašiai kaip dulkės mūsų kambariuose. Dideli rieduliai išsilaiko sukibę dėl gravitacijos, kuri po truputį suteikia augančiai planetai apvalią formą. Kilometriniai rieduliai susiformuoja, kai dešimčių centimetrų dydžio akmenukus dujos sutempia į tankėjančius srautus. Tačiau kaip dulkės užauga nuo milimetrų iki centimetrų dydžio, iki šiol nėra aišku. Tokio dydžio akmenys susidūrę atšoka vienas nuo kito. Dabar pasiūlytas naujas, eksperimentiškai patvirtintas, būdas: augti dulkėms padeda elektrostatiniai krūviai. Eksperimentai parodė, kad mikrogravitacijos sąlygomis susidūrinėjančios milimetrinės dulkės greitai įsielektrina tiek, kad ima traukti vienos kitas. Tada susidūrusios jos išlieka sukibusios ir gali augti toliau. Skaitmeniniai modeliai rodo, kad dulkės šitaip turėtų užaugti iki dešimčių centimetrų dydžio, kai tampa reikšmingi kiti augimo mechanizmai. Šis atradimas gali būti naudingas ir pramonėje, kur dalelių įsielektrinimas dažnai pakenkia įvairiems gamybos procesams; geresnis dalelių dinamikos supratimas leis jį kontroliuoti ir pagerinti šiuos procesus. Tyrimo rezultatai publikuojami Nature Physics.

***

Pradingstanti spektro linija. Neutroninės žvaigždės yra žvaigždžių liekanos, suspaustos iki milžiniškų tankių. Jų magnetinis laukas dažniausiai yra labai stiprus, todėl didžioji dalis spinduliuotės sklinda išilgai magnetinei ašiai. Žvaigždei sukantis, jos spinduliuotė sklinda vis kita kryptimi, todėl iš Žemės tokį objektą galime matyti kaip reguliariai žybsintį energingų spindulių šaltinį – pulsarą. Naujame tyrime pristatyta pulsaro GRO J2058+42 spektro analizė atskleidė labai įdomią savybę – reguliariai atsirandančią ir pradingstančią sugerties liniją. Kitaip tariant, pulsaro aplinka maždaug dešimtadalį sukimosi periodo sugeria 10, 20 ir 30 kiloelektronvoltų energijos spinduliuotę, sklindančią iš pačio objekto, o likusį laiką – ne. Iš tiesų tai reiškia, kad spinduliuotė sugeriama tik gana siaura kryptimi, kuri mūsų link nukreipta apie dešimtadalį periodo. Likusį laiką pulsaras į mus atsisukęs tokia kryptimi, kuria sugerties nėra. Apskritai tokias sugerties linijas greičiausiai sukuria elektronai, judantys stipriame magnetiniame lauke. Kintanti sugertis jau anksčiau buvo aptikta neutroninių žvaigždžių porūšyje magnetaruose, turinčiuose ypatingai stiprų magnetinį lauką ir pasižyminčiuose trumpais šviesio žybsniais. GRO J2058+42 magnetinio lauko stiprumas siekia trilijoną gausų – kelis trilijonus kartų daugiau, nei Žemės, tačiau bent dešimt kartų mažiau, nei magnetarų. Be to, šios neutroninės žvaigždės šviesis kinta daug lėčiau – stebimas sustiprėjimas truko apie mėnesį. Taigi panašu, kad sudėtinga magnetinio lauko struktūra pasižymi ir silpnesnio magnetinio lauko neutroninės žvaigždės. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Spiralinis magnetinis laukas. Daugelis diskinių galaktikų turi tvarkingas spiralines vijas. Vijos yra tankio bangos – dujų ir jaunų žvaigždžių sutankėjimai, besisukantys aplink galaktikos centrą. Pavienės žvaigždės ar dujų srautai skrieja daugmaž apskritiminėmis orbitomis, bet įskridę į viją sulėtėja – tai palaiko sutankėjimą. Kol kas nėra visai aišku, kodėl sutankėjimai atsiranda ir kaip jie išlieka ilgą laiką. Naujas galaktikos NGC 1068 tyrimas gali padėti atsakyti į šį klausimą. Tyrimo metu stebėta 87 mikrometrų bangos ilgio spinduliuotė. Tokius spindulius skleidžia galaktikoje esančios dulkės. Dulkių forma nesimetriška, todėl jų spinduliuotė yra poliarizuota. Taigi stebėjimais galima nustatyti, kuria kryptimi pasisukusios dulkių dalelės, ypač jei daugybės jų kryptys vienodos. O dulkelės paprastai pasisuka statmenai magnetinio lauko linijoms. Taigi spinduliuotės poliarizacijos kryptis nurodo ir magnetinio lauko kryptį. Stebėjimai parodė, kad magnetinio lauko konfigūracijoje irgi matomos spiralinės vijos. Nors iš vienos galaktikos stebėjimų neįmanoma pasakyti, ar magnetinis laukas yra spiralinių vijų atsiradimo priežastis, ar pasekmė, šis tyrimas leidžia planuoti tolesnius, kurie į šį klausimą atsakyti padės. Turėdami daugelio diskinių galaktikų magnetinio lauko duomenis, galėsime nustatyti, kaip spiralinės vijos susijusios su magnetinio lauko konfigūracija. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Supermasyvių juodųjų skylių augimas. Per mažiau nei milijardą metų nuo Didžiojo sprogimo Visatoje atsirado juodųjų skylių, kurių masė viršijo milijardą Saulės masių. Kaip jos atsirado ar užaugo, nežinome iki šiol. Viena iš hipotezių teigia, kad tai yra pirmųjų žvaigždžių liekanos, vėliau labai sparčiai rijusios dujas. Įprastinėmis sąlygomis juodosios skylės masė negali augti sparčiau, nei vienas padvigubėjimas per maždaug 31 milijoną metų – to tikrai nepakanka išauginti juodąją skylę nuo mažiau nei šimto iki daugiau nei milijardo Saulės masių per 500 milijonų metų. Sparčiau augti juodoji skylė negali, nes į ją krentančių dujų spinduliuotė nusveria gravitaciją ir nustumia dujas šalin. Bet jei juodąją skylę supa labai tankios dujos, galimas ir spartesnis augimas, nes spinduliuotė neprasiskverbia pro dujas ir nukrenta į juodąją skylę. Tikėtina, kad tokios sąlygos galėjo egzistuoti ankstyvojoje Visatoje. Visgi spinduliuotė nėra vienintelis būdas juodajai skylei paveikti aplinką. Naujame tyrime išnagrinėta, kaip augtų juodoji skylė, supama tankių dujų ir išmetanti į aplinką medžiagos čiurkšles. Skaitmeniniai modeliai parodė, kad čiurkšlės išvalo maždaug dešimtadalio parseko regioną aplink juodąją skylę. Dujoms nukristi atgal iki juodosios skylės užtrunka šiek tiek laiko, todėl vidutiniškai juodoji skylė auga lėčiau – jos masė padvigubėja per 60-300 milijonų metų. Nors tokiu būdu juodoji skylė gali užaugti iki 250 tūkstančių Saulės masių per mažiau nei milijardą metų nuo Didžiojo sprogimo, to toli gražu neužtenka masyviausiems objektams paaiškinti. Taigi atrodo, kad spartaus augimo hipotezė nėra labai tikėtina. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Ar Visata yra begalinė? Standartinis kosmologinis modelis teigia, kad taip, bet neseniai paskelbtame straipsnyje išreiškiama priešinga nuomonė – kosminės foninės spinduliuotės stebėjimus geriau paaiškina uždaros Visatos modelis. Plačiau apie tai pasakoja PBS Space Time:

***

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

Laiqualasse

2 comments

  1. Sveiki,
    Ar neatrodo, kad per daug drasiai dabar kalbama apie marso buvusius vandenynus: tekejo upes, ezerai ir juros. Juk marsas yra trecdaliu toliau nuo saules, tai geriausiu siltanamio efekto atveju, nebutu taip silta kaip zemej. O kadangi jis daug lengvesnis nei zeme, tai ir atmosfera butu buvusi plonesne (jei aplamai buvo) ir atmosferos slegis mazesnis. Ten geriausiu atveju minus 40 laipsniu.
    Aciu, Vytas

    1. Sveiki, Vytai,
      Įrodymai, kad kadaise Marse buvo daug skysto vandens paviršiuje, yra praktiškai nenuginčijami: tai ir paviršiaus struktūros (upių vagos ir pan.), ir uolienos (moliai ir kiti dariniai, kurie formuojasi tik vandenyje), ir kitos detalės (nuosėdinių uolienų ratilai, žymintys krantus).
      Kaip Marse galėjo būti tinkamos skystam vandeniui sąlygos, kol kas nėra visiškai aišku. Atmosferą jis greičiausiai turėjo, galimai joje buvo labai daug anglies dvideginio (visgi dujos sunkesnės už azotą, deguonį ar metaną, taigi jas lengviau išlaikyti mažos masės planetai) kuris sukėlė stiprų šiltnamio efektą ir pakėlė paviršiaus temperatūrą 40-50 laipsnių (Žemės atmosfera temperatūrą kelia maždaug 30 laipsnių).

Komentuoti: Laiqualasse Atšaukti atsakymą

El. pašto adresas nebus skelbiamas. Būtini laukeliai pažymėti *