Kąsnelis Visatos CDXIX: Vėjai

Saulės vėjas sukuria heliosferą, kuri saugo mus nuo žalingos tarpžvaigždinės spinduliuotės, bet pats gali sukelti pavojingas geomagnetines audras. Nauji tyrimai rodo, kad šis srautas nėra tolygus, o kai kurios jo dalelės netgi gali skristi Saulės link, o ne tolyn nuo jos. Planetose pučiantys vėjai yra svarbūs jų paviršiaus struktūroms – net ir Plutone, kurio atmosfera šimtą tūkstančių kartų retesnė, nei Žemės. Kitose naujienose – statybų kosmose planai, keisti neutrinai, netipinio kosmologinio modelio skaičiavimai ir dar daug visko. Gero skaitymo!

***

Ryšių antenos statyba kosmose. Kuo toliau, tuo daugiau kalbama apie kosmoso kolonizavimą, žmonių skrydžius į kitas planetas, sugrįžimą į Mėnulį ir kitus grandiozinius planus. Visus šiuos proveržius gerokai palengvintų gerai išvystyta kosmoso infrastruktūra: orbitinės erdvėlaivių ir palydovų aptarnavimo stotys, tranzitiniai kosmouostai ir panašūs objektai. Infrastruktūrą įrengti, savo ruožtu, būtų daug paprasčiau, jei galėtume pagrindines struktūras pastatyti kosmose, o ne gabenti jas iš Žemės. Artimiausiu metu NASA ketina atlikti pirmuosius šio proceso bandymus: agentūra paskelbė, kad kartu su palydovų aptarnavimo bandymų misija Restore-L į orbitą išskris ir prietaisas SPIDER (Space Infrastructure Dexterous Robot – Kosmoso infrastruktūros judrusis robotas), skirtas statybų procesui bandyti. Restore-L tikslas yra suremontuoti Žemojoje Žemės orbitoje skrendantį palydovą ir papildyti jį kuru (konkretus palydovas kol kas nepaskelbtas). SPIDER išskris kartu, bet dirbs atskirai: skriedamas orbitoje iš detalių sumontuos trijų metrų ilgio ryšių anteną ir dešimties metrų ilgio konstrukcinį strypą. Pats SPIDER yra penkių metrų ilgio robotinė ranka. Ši technologijų demonstracija turėtų įgalinti daugybę ateities projektų: kosminių šiukšlių išvalymą, palydovų aptarnavimą ir darbo pratęsimą, ir taip toliau. Galimybė statyti didžiules stotis padės ir vystant komercinius orbitinius projektus, tokius kaip viešbučiai, ir rengiant tolimesnių kosmoso tyrimų misijas.

***

Prieš savaitę baigėsi Spitzer kosminio teleskopo misija. 16 metų infraraudonomis akimis stebėjęs Visatą, šis kosminis teleskopas buvo išjungtas sausio 30 dieną. Apie teleskopo misiją ir jos palikimą pasakoja Deep Astronomy:

***

Netikėtai aukštos energijos neutrinai. Neutrinai yra elementariosios dalelės, labai silpnai sąveikaujančios su likusia medžiaga. Kiekvieną sekundę Žemę kerta nesuskaičiuojama jų daugybė – vien per kiekvieno jūsų kūną per sekundę pralekia apie šimtą trilijonų – bet jokio pastebimo poveikio mums jie neturi. Visgi kartais sąveikos įvyksta, o jas aptikti padeda didžiuliai detektoriai: tais retais atvejais, kai neutrinas susiduria su atomu, išmetami elektronai ar panašios dalelės arba fotonai, kuriuos galima užfiksuoti. Nors neutrinų, ypač ateinančių iš už Saulės sistemos ribų, kol kas aptikta nelabai daug, kai kurie atradimai yra labai netikėti. Pavyzdžiui, neseniai aptikti trys ypatingai aukštos energijos neutrinai, kurių kilmės paaiškinti kol kas nepavyksta. Šių neutrinų signalai aptikti radijo bangų detektoriumi ANITA, kuris reguliariai iškeliamas balionu virš Antarktidos. Labai energingų neutrinų sąveika su medžiaga sukuria radijo spinduliuotę, kurią ANITA užfiksuoja. Visi trys neutrinai atsklido iš Žemės pusės, kitaip tariant, panašu, kad jie pralėkė kiaurai Žemę ir sąveikavo su atmosfera išlėkdami atgal į kosmosą. Tokie energingi neutrinai turėtų būti didžiulio įvairios energijos dalelių srauto dalis, kitaip tariant, kartu su jais Žemę turėtų pasiekti daugybė žemesnės energijos neutrinų. Tokius neutrinus galėtų aptikti Antarktidos ledynuose įrengtas detektorius IceCube, bet šiuo atveju jokių aptikimų nerasta. Tai reiškia, kad ANITA užfiksuoti ypatingai energingi neutrinai buvo „našlaičiai“ – turintys labai mažai žemesnės energijos kompanionų. Kol kas visiškai neaišku, kokie procesai galėtų sukurti tik išskirtinai energingus neutrinus. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Sugrįžtančios Saulės vėjo dalelės. NASA zondas Parker Solar Probe, po truputį artėdamas prie Saulės, tyrinėja jos aplinką ir vėją. Saulės vėją sudaro įvairios srovės ir dalelės, o nauji tyrimai parodė, kad kai kurios dalelės ne tolsta nuo Saulės, o prie jos artėja. Vienu zondo instrumentu aptikti helio jonai, judantys palyginus mažu greičiu, ir pasiekiantys zondą iš priešingos Saulei pusės. Vienintelis modelis, paaiškinantis jonų kilmę, susijęs su dviejų greičių Saulės vėjo srautų susidūrimais. Saulės vėją sudaro lėtoji ir greitoji komponentės; lėtesnis vėjas lekia iš pusiaujo regionų, greitesnis – iš ašigalių. Kartais šie srautai susiduria ir įgreitina daleles bendro vėjo srauto atžvilgiu. Kai kurių dalelių greitis tada tampa neigiamas – jos ima judėti atgal Saulės link. Susidurdamos su priešpriešiais atlekiančiomis Saulės vėjo dalelėmis, jos sulėtėja, bet vis tiek pasiekia Parker zondą. Manoma, kad susidūrimai, pagimdę aptiktus helio jonus, įvyko už Žemės orbitos ribų. Šis atradimas padės geriau suprasti Saulės vėjo evoliuciją palikus žvaigždę, o tai padės geriau pasiruošti galimoms pavojingoms geomagnetinėms audroms. Tyrimo rezultatai publikuojami Astrophysical Journal.

***

Marso atmosferos radijo pralaidumas. Marso atmosferos tyrimai, pasirodo, gali padėti geriau suprasti ir Žemės atmosferoje vykstančius reiškinius. Neseniai NASA zondas MAVEN užfiksavo sluoksnius ir trūkius Marso jonosferoje. Tankesni jonosferos sluoksniai formuojasi ir Žemėje – tai vyksta spontaniškai, jie išlieka kelias valandas. Tuo metu jie veikia kaip veidrodžiai radijo bangoms ir gali sukelti radijo komunikacijų problemų. Jie formuojasi maždaug 100 kilometrų aukštyje – atmosfera ten pernelyg reta, kad galėtų skraidyti lėktuvai, bet pernelyg tanki, kad palydovai išsilaikytų orbitoje. Taigi tyrinėti juos Žemėje yra labai sudėtinga. Tuo tarpu Marse palydovai gali skrieti daug žemiau, o jonosfera yra aukščiau, nei Žemėje. MAVEN priartėja iki 150 kilometrų nuo planetos paviršiaus, ir užfiksavo tokių jonosferos reiškinių. Atrodo, kad tankesni sluoksniai iš principo labai panašūs į žemiškus – tai yra pirmas kartas, kai tokie reiškiniai aptikti kitos planetos atmosferoje. MAVEN užfiksuoti jonosferos trūkiai – spontaniškai atsirandančios mažesnio tankio zonos – teoriškai prognozuojamos seniai, bet Žemėje jų aptikta nebuvo. Taigi šis atradimas įrodo, kad jonosferos trūkiai egzistuoja realybėje. Tyrimo rezultatai publikuojami Nature Astronomy.

***

Meteorito paliktas krateris Marse. HiRISE instrumentu daryta nuotrauka. Šaltinis: NASA/JPL/UoArizona

2005 metais, kažkada tarp vasario ir liepos mėnesių, į Marsą nukrito meteoritas ir išmušė šį kraterį. Iš kur taip gerai žinome smūgio laiką? Krateris matomas liepą Mars Reconnaisance Orbiter darytoje nuotraukoje, bet nematomas darytoje vasarį. Tamsios mėlynos spalvos žymi smūgio metu į paviršių išmestą gilesnę medžiagą, greičiausiai bazaltinę uolieną.

***

Ilgalaikis kometos spalvos kitimas. Kometos 67P/Čuriumov-Gerasimenko spalva, jai artėjant prie Saulės ir vėliau tolstant, keitėsi. Tokį procesą atskleidė daugiau nei 4000 nuotraukų, kurias padarė zondas Rosetta, analizė. Aukštos raiškos vaizdai bei spektrinė analizė leido atskleisti ir reiškinio detales bei priežastis. Kometai esant toli nuo Saulės, jos branduolį dengė dulkių sluoksnis, o retoje uodegoje buvo daug vandens ledo dalelių. Tarpplanetinės dulkės yra gana raudonos, todėl raudonas buvo ir kometos branduolys, o uodega, priešingai, buvo mėlyna. Artėdama prie Saulės, kometa kirto vadinamąją šerkšno liniją – ribą, už kurios kosminėje erdvėje vanduo sustingsta į ledą. Šerkšno linija yra maždaug trigubai toliau nuo Saulės, nei Žemė. Kometai priartėjus arčiau žvaigždės, ledas jos branduolyje ėmė garuoti ir bėgti lauk. Kartu vandens garai išsinešė ir paviršines dulkes, atidengdami pirmykščio ledo luitus. Taigi kometos branduolys pamėlynavo. Tuo tarpu uodegoje buvęs ledas išgaravo, jį pakeitė iš branduolio išmestos dulkės ir uodega tapo raudona. Kai kometa ėmė tolti nuo Saulės ir vėl kirto šerkšno liniją, situacija grįžo į pradinę: branduolys paraudo, uodega pamėlynavo. Tokių ilgalaikių pokyčių stebėti iš Žemės neturime galimybės, nes žemiškose nuotraukose neįmanoma išskirti vos kelių kilometrų skermens kometos branduolio. Be to, šiam atradimui buvo būtini ilgalaikiai stebėjimai, kad mokslininkai galėtų būti tikri, jog mato ilgalaikius sistematiškus pokyčius, o ne trumpalaikius spalvos pokyčius. Tyrimo rezultatai publikuojami Nature.

***

Ląstelių membranų formavimasis Titane. Viena iš struktūrų, būtinų visai gyvybei Žemėje, yra ląstelių membranos, sudarytos iš lipidų. Jos nepraleidžia vandens, todėl leidžia ląstelei palaikyti kitokią cheminę sudėtį, nei jos aplinka. Kai kurie mokslininkai netgi teigia, kad lipidų membranos davė pradžią pirmajai gyvybei – iš jų susidarė maišeliai, kuriuose galėjo vykti vis sudėtingesnės cheminės reakcijos. Prieš beveik 20 metų iškelta hipotezė, kad Saturno palydove Titane irgi galėtų egzistuoti iš ląstelių sudaryta gyvybė, tik ten lipidų membranų vaidmenį turėtų atlikti azotosomos – junginiai iš azoto ir angliavandenilių, kurie nepraleidžia metano ir etano. Būtent šios molekulės sudaro Titano ežerus ir jūras, tad bet kokia gyvybė formuotųsi jų terpėje. Vėliau apskaičiuota, kad azotosomos, sudarytos iš akrilonitrilo molekulių, Titano sąlygomis galėtų ilgai išgyventi. Bet vien išgyventi neužtenka. Naujame tyrime nagrinėjama, ar akrilonitrilo arba kitokios azotosomos Titane galėtų susiformuoti. Skaitmeniniai modeliai parodė, kad jų formavimasis yra mažai tikėtinas, nes joms susidaryti reikia daug laisvos energijos. Iš kitos pusės, tie patys modeliai parodė, kad azotosomos gali kaip tik kenkti gyvybei, nes jos yra per daug nepralaidžios ir trukdytų ląstelei vykdyti medžiagų apykaitą su aplinka. Tad gali būti, kad jei gyvybė Titane egzistuoja, ji yra dar egzotiškesnė, nei manyta iki šiol – ne tik sudaryta iš kitokių cheminių junginių, bet ir iš kitokio pobūdžio struktūrų. Tyrimo rezultatai publikuojami Science Advances.

***

Azoto varomi vėjai Plutone. Plutonas nuo Žemės skiriasi labai daug kuo, bet turi vieną įdomų panašumą – abiejų kūnų atmosfera sudaryta daugiausiai iš azoto. Ir nors Plutono atmosferos slėgis nykštukinės planetos paviršiuje šimtą tūkstančių kartų nusileidžia Žemės atmosferai, net ir tokios retos dujos paveikia Plutono paviršių. Dabar pristatytas naujas skaitmeninis modelis, rodantis, kaip azoto ledas valdo Plutono atmosferos ciklą. Pagrindinis azoto ledo telkinys Plutone yra vakarinė Tombaugh regiono („Plutono širdies“) dalis, vadinama Sputniko lyguma. Modelyje apskaičiuota, kaip turėtų judėti azotas šiame ledyne ir atmosferoje bei tarp jų per trejus Plutono metus. Dienos metu temperatūra Plutono paviršiuje pakyla tiek, kad Sputniko lygumoje azotas ima garuoti, atmosferos slėgis pakyla ir nuo šio regiono ima pūsti vėjas; naktį procesas apsisuka priešingai – azotas stingsta ir vėjas pučia kita kryptimi. Šis ciklas veikia tarsi atmosferos pulsas, nulemiantis kitus atmosferinius reiškinius. Taip susiformuoja du pagrindiniai vėjo srautai: vienas arti paviršiaus, kitas kelių kilometrų aukštyje. Paviršinis vėjas primena Žemės vėją, pučiantį išilgai kalnų grandinių – Plutone jis irgi pučia palei Sputniko lygumos vakarinį pakraštį. O aukštuminis vėjas greičiausiai yra unikalus Saulės sistemoje: jis pučia priešinga kryptimi, nei sukasi nykštukinė planeta. Abu srautai perneša šilumą bei smulkias daleles ir gali sukurti pailgas juostas Plutono paviršiuje, kurių kiti modeliai paaiškinti nepajėgia. Pailgos juostos galimai atsiranda todėl, kad šiltesnis vėjas arba tamsesnės smulkios dalelės paspartina ledo tirpimą, susidariusios žemumos įkalina vėjo srautus ir procesas tik stiprėja. Tyrimo rezultatai publikuojami JGR Planets.

***

Potvyninio suardymo spinduliuotės kitimas. Kai žvaigždė praskrenda labai arti juodosios skylės, pastarosios gravitacija pirmąją sudrasko į gabalus. Šis procesas vadinamas potvyniniu suardymu, nes reiškinys iš principo nesiskiria nuo potvynių, kylančių dėl Mėnulio gravitacijos poveikio Žemei. Dalis žvaigždės medžiagos lieka orbitoje aplink juodąją skylę ir po truputį į ją sukrenta. Kurį laiką ši medžiaga skleidžia daug spinduliuotės, o šviesio kitimas yra labai savitas. Taigi aptikus tokį objektą galima atskirti, jog matome būtent potvyninio suardymo reiškinį, o ne ką nors kita. Idealizuoti teoriniai modeliai prognozuoja, kad medžiagos kritimo į juodąją skylę sparta, taigi ir spinduliuotės intensyvumas, turėtų mažėti tolygiai, ir kad visi potvyninio suardymo įvykiai turėtų atrodyti labai panašiai vienas į kitą. Visgi jau prieš keletą metų pastebėta, kad vieni suardymai ryškiai šviečia regimųjų ir ultravioletinių spindulių ruože, o kiti – rentgeno; santykis tarp spinduliuotės intensyvumo abiejuose ruožuose yra labai skirtingas. Dabar, panašu, išaiškinta šio skirtumo priežastis: tai yra tiesiog laikas, praėjęs nuo žvaigždės suardymo. Astronomai pasirinko keturis potvyninio suardymo įvykius, kurie buvo aptikti ryškiai šviečiantys regimųjų ir ultravioletinių spindulių ruože, ir pažvelgė į juos per rentgeno spindulių teleskopą Chandra, praėjus 4-9 metams po aptikimo. Visus šaltinius pavyko aptikti rentgeno spindulių ruože. Taigi atrodo, kad rentgeno spinduliuotė stiprėja bent keletą metų po potvyninio suardymo įvykio, nors regimoji bei ultravioletinė spinduliuotė silpnėja. Tyrėjai iškėlė dvi hipotezes, kodėl taip gali nutikti. Pirmoji – rentgeno spinduliuotę generuoja procesai, prasidedantys ne iškart po žvaigždės suardymo; pavyzdžiui, jei suardytos žvaigždės medžiaga, susidūrinėdama tarpusavyje, skleidžia regimuosius spindulius, o rentgeną ima skleisti tik nukritusi pakankamai arti juodosios skylės. Antroji hipotezė – rentgeno spinduliuotė gaminama visą laiką, tačiau pirmus keletą metų žvaigždės liekana efektyviai sugeria rentgeno spindulius. Šias hipotezes būtų galima atskirti aptikus daugiau potvyninio suardymo įvykių ir stebint, kaip kinta jų spinduliuotė keletą ar keliolika metų. Tą padaryti galės neseniai paleistas rentgeno spindulių teleskopas eROSITA; tyrėjai prognozuoja, kad jis kasmet gali užfiksuoti iki tūkstančio potvyninių suardymų. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Milžiniška galaktika jaunoje Visatoje. Kiekvienos galaktikos evoliuciją galima labai grubiai suskirstyti į du etapus: iš pradžių joje yra daug dujų, kurios leidžia sparčiai formuotis žvaigždėms, vėliau dujų nebelieka ir žvaigždėdara stipriai sulėtėja. Dažnai perėjimas iš vieno etapo į kitą įvyksta gana greitai – daug greičiau, nei įvyktų vien dėl dujų kiekio mažėjimo, joms virstant žvaigždėmis. Taigi galaktikose veikia tam tikri žvaigždėdarą malšinantys procesai. Skaitmeniniai modeliai rodo, kad tie procesai yra įvairus grįžtamasis ryšys: žvaigždžių bei aktyvių branduolių sukeliamas dujų išstūmimas iš galaktikos. Visgi ir šiems procesams paveikti galaktiką reikia laiko, tad jaunoje Visatoje numalšintų galaktikų beveik nebuvo. Ar bent jau taip prognozuojama; visgi realybė neretai pasirodo įdomesnė. Praeitą savaitę paskelbta apie numalšintą masyvią galaktiką, kurios šviesa iki mūsų keliauja beveik 12 milijardų metų. Tai reiškia, kad ji savo žvaigždes suformavo per mažiau nei du milijardus metų. Bendra žvaigždžių masė šioje galaktikoje net penkis kartus viršija šiandieninę Paukščių Tako žvaigždžių masę. Jų spektro analizė parodė, kad galaktika greičiausiai suformavo didžiąją dalį žvaigždžių vos per pusę milijardo metų 0,7-1,2 milijardo metų po Didžiojo sprogimo. Neseniai aptikta keletas galaktikų, kurių šviesa mus pasiekia iš tokių laikų ir kurios žvaigždes formuoja maždaug tūkstančio Saulės masių per metus sparta, taigi naujai aptiktoji galaktika turbūt išsivystė iš tokių ekstremaliųjų. Skaitmeniniai modeliai, kuriais tyrinėjama Visatos struktūrų evoliucija, kartais sugeba sukurti tokias masyvias galaktikas panašiu laikotarpiu, bet neprognozuoja, kad jose jau būtų sustojusi tolesnė žvaigždėdara. Taigi modeliuose trūksta kažkokio labai greito žvaigždėdaros malšinimo proceso. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Modifikuotos dinamikos skaitmeninis modelis. Viena iš pagrindinių Visatos sudedamųjų dalių yra tamsioji materija – su įprasta medžiaga tik gravitaciškai sąveikaujantis darinys, išlaikantis galaktikas ir jų spiečius neišsilakstančius. Bent jau taip teigia standartinis kosmologinis modelis. Egzistuoja ir alternatyvų, pavyzdžiui Modifikuotos Niutoninės dinamikos (MOND) modelis. Šis modelis teigia, kad mažą pagreitį turintys kūnai juda kitaip, nei prognozuoja klasikinė (Niutono) fizika. Jau beveik pusšimtį metų vystomas modelis paaiškina kai kuriuos stebėjimų rezultatus, bet nurungti tamsiosios materijos jam kol kas nepavyko. Dabar žengtas dar vienas rimtas žingsnis į priekį – pristatyti skaitmeninio modelio, nagrinėjančio galaktikų formavimąsi ir evoliuciją MOND paradigmoje, rezultatai. Tai pirmas kartas, kai MOND panaudojamas kosmologiniam modeliui skaičiuoti. Gauti rezultatai yra gana įdomūs – galaktikos natūraliai suformuoja kompaktiškus centrinius telkinius ir eksponentiškai mažėjantį tankį turinčius diskus, panašiai kaip realiai stebimų galaktikų. Tamsiosios materijos kosmologiniai modeliai kol kas šiuos galaktikų parametrus atkuria prasčiau. Tiesa, šio modelio pradinės sąlygos buvo gana nerealistiškos – dujų debesys, iš kurių formavosi galaktikos, pradžioje buvo sferiniai, o ne iškylantys iš pirmykščių tankio netolygumų, kaip stebima realioje Visatoje. Bet autoriai tikisi, remdamiesi šiuo pirmu žingsniu, vystyti modelį toliau ir galiausiai detaliai patikrinti, kiek gerai MOND sprendžia Visatos struktūrų formavimosi uždavinius. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

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

Laiqualasse

One comment

Leave a Reply

El. pašto adresas nebus skelbiamas. Būtini laukeliai pažymėti *