Žemės atmosfera atrodo tokia pažįstama, kad retai apie ją ir pagalvojame, bet be jos nebūtų ir didžiosios dalies gyvybės. Atmosferos stebėjimai yra puikus būdas tyrinėti kitas planetas bei ieškoti gyvybės pėdsakų jose. Praėjusios savaitės naujienose ne vienas pranešimas susijęs būtent su atmosfera: Veneros atmosferos greito sukimosi paaiškinimas, vandenilio kupinų planetų atmosferų tinkamumas gyvybei, Jupiterio debesų nuotrauka, rudosios nykštukės atmosferos darinių analizė. Kitose naujienose – per daug anglies Mėnulyje, Marso upės ir magnetinis laukas, čiurkšlių poveikis galaktikoms ir dar šis tas. Gero skaitymo!

***

Kosminiai skrydžiai – sudėtingas užsiėmimas. Problemų kyla įvairių, kai kurios baigiasi katastrofiškai, kitos tik sujaukia planus. Apie vieną tokią problemą, o kartu ir plačiau apie dorojimąsi su problemomis Tarptautinėje kosminėje stotyje, pasakoja Space and Astronomy:

***

Anglies jonai Mėnulyje. Kiek anglies yra Mėnulyje? Standartinis jo formavimosi modelis prognozuoja, kad nedaug: Mėnulis susiformavo po Marso dydžio planetos susidūrimo su Žeme, o smūgio metu anglis išgaravo. Mėnulio gravitacijos nepakako išlaikyti anglies garams, tad pirmykščiame palydove šio elemento laisvo (ne junginiuose) kone visai nebuvo, o tik vėliau šiek tiek prisikaupė iš Saulės vėjo ir mikrometeoritų. Bet naujame tyrime mokslininkai teigia užfiksavę reikšmingą anglies jonų srautą, sklindantį iš Mėnulio. Srautas yra šiek tiek didesnis, nei didžiausias įmanomas kiekis, kurį į Mėnulį atneša Saulės vėjas ir mikrometeoritai, taigi palydove turi būti šio elemento sankaupų. Anglies aptikta visame Mėnulyje; tiesa, didesnis srautas sklinda iš bazaltinių uolienų žemumose, nei iš aukštumų. Tokie geografiniai skirtumai irgi byloja apie vidinį anglies šaltinį, nes išorinių šaltinių įtaka nuo geografijos nepriklauso. JiTyrėjai teigia, kad bazaltinės žemumos galėjo išlaikyti daugiau pirmykštės anglies, nes yra jaunesnės, taigi trumpesnį laiką buvo išsilydžiusios Mėnulio paviršiuje. Nors pirmykštės anglies išlikimas Mėnulyje lieka neaiškus, šis atradimas gali padėti geriau suprasti mūsų palydovo atsiradimą. Ateityje tyrėjai tikisi pritaikyti tokius pačius metodus Marso palydovų Fobo ir Deimo, o gal ir kitų mažos masės Saulės sistemos kūnų, tyrimams. Tyrimo rezultatai publikuojami Science Advances.

***

Veneros atmosferos sukimasis. Jau pusę amžiaus žinoma, kad Veneros atmosfera sukasi apie 60 kartų greičiau, nei planetos paviršius: Venera aplink ašį apsisuka per 243 Žemės paras, o atmosfera vieną ratą apsuka vos per keturias. Žemėje atmosfera apsisukti aplink planetą užtrunka 5-10 parų, kitose planetose atmosfera taip pat juda lėčiau, nei planetos paviršius. Trintis tarp oro masių ir paviršiaus, ypač įvairių kalnų ir kalnagūbrių, turėtų sustabdyti ir Veneros atmosferą, bet taip nevyksta. Kodėl? Per pastaruosius keletą metų atrasta užuominų, bet vieningo paveikslo susidaryti nepavyko. Naujame tyrime bandoma tai pakeisti. Išnagrinėję dviejų Veneros orbitoje skrajojusių palydovų – Japonijos Akatsuki bei Europos Venus Express – ultravioletinių bangų ruože atliktus stebėjimus, mokslininkai pateikė pirmąjį Veneros atmosferos judėjimo modelį, paaiškinantį greitą jos sukimąsi. Modelį sudaro du esminiai komponentai: šiluminė potvynio banga ir meridianinė cirkuliacija. Šiluminė potvynio banga susidaro dieninėje Veneros pusėje, kur Saulė įkaitina viršutinius atmosferos sluoksnius. Jie išsipučia ir susiformuoja tarsi kalnas, nuo kurio atmosfera, veikiama gravitacijos, ima riedėti žemyn – daugiausiai į vakarus, planetos sukimosi kryptimi. Banga suteikia atmosferai pakankamai energijos, kad palaikytų greitą sukimąsi. Tačiau vien šis procesas paaiškintų atmosferos judėjimą tik ties pusiauju. Meridianinė cirkuliacija yra mažesnio mastelio apykaita, vykstanti išilgai planetos dienovidinių. Ties pusiauju atmosfera yra karštesnė, todėl kyla aukštyn, tada tolsta ašigalių link ir leidžiasi žemyn. Toks judėjimas perneša energiją tolyn nuo pusiaujo ir prisideda prie greito atmosferos judėjimo ties įvairiomis platumomis. Lėtai besisukanti Venera daug kuo panaši į potvyniškai prirakintas planetas, kurios į savo žvaigždes visą laiką atsukusios vieną pusę. Tokių planetų turėtų būti daug prie mažų žvaigždžių, vadinamų raudonosiomis nykštukėmis; kartais svarstoma, kad būtent tokiose planetose daugiausia šansų rasti nežemišką gyvybę. Taigi šis atradimas padeda geriau suprasti ne tik Venerą, bet ir tokias egzoplanetas. Tyrimo rezultatai publikuojami Science.

***

Marso upės. Marso apžvalgos zondo (Mars Reconnaisance Orbiter, MRO) instrumentu darytose nuotraukose aptiktas skardis, aiškiai suformuotas prieš 3,7 milijardo metų tekėjusių upių. Šiuo metu jau neabejojama, kad tais laikais Marse būta daug vandens – tekėjo upės, plytėjo ežerai, jūros ir vandenynai. Visgi ištirti tekančio vandens poveikį Marso uolienoms nėra paprasta, daugiausiai todėl, kad tam reikia aukštos raiškos atvaizdų, kuriuose būtų matomos upių vagos. Esami tyrimai apsiriboja marsaeigių nuotraukomis, kuriose įprastai matomos tik maždaug metro dydžio įrantos smiltainiuose. To nepakanka, norint tyrinėti ilgalaikį vandens poveikį uolienoms. Dabar pavyko padaryti pakankamai gerą nuotrauką, naudojant MRO instrumentą HiRISE. Joje matyti pietų pusrutulyje esančio Hellas baseino pakraščio struktūra, pavadinta Izola kalva (Izola Mensa). Daugiau nei 200 metrų aukščio skardyje matyti aiškios upės tėkmės žymės, primenančios žemiškų nesraunių upių krantus. Taigi skardį suformavo ilgai ir lėtai tekėjusi upė, ir tai vyko prieš 3,7 milijardo metų – seniau, nei suformuoti anksčiau aptikti upių slėniai. Panašiu metu Žemėje mezgėsi pirmoji gyvybė. Tyrimo rezultatai publikuojami Nature Communications.

***

Marso magnetinis laukas. Žemę nuo gyvybei pražūtingo Saulės vėjo apsaugo magnetosfera. Ją sukuria dinamo efektas – skystos geležies judėjimas planetos gelmėse. Kadaise skystą branduolį turėjo ir Marsas, tad ir ten buvo globalus magnetinis laukas. Jo jau seniai nebeliko, tačiau kada tiksliai magnetinis laukas pranyko – neaišku. Stebėjimai rodo, kad Hellas, Argyre ir Isidis kraterių plutoje nėra įmagnetintų uolienų, tai įprastai laikoma įrodymu, kad globalaus magnetinio lauko Marse nebuvo šių kraterių formavimosi metu, prieš 3,9-4,1 milijardo metų. Bet nauji stebėjimai, atlikti MAVEN zondo instrumentais, verčia abejoti tokia interpretacija. Šie stebėjimai parodė, kad įmagnetintų uolienų pilna dviejų kraterių – Šiaurinio baseino ir Lucus lygumos – plutoje. Šiaurinis baseinas yra didžiausia įduba Saulės sistemoje, galimai susidariusi po milžiniško smūgio, ir bet kuriuo atveju atsiradusi prieš 4,5 milijardo metų. Tuo tarpu Lucus lyguma formavosi prieš 3,7 milijardo metų. Taigi panašu, kad globalus magnetinis laukas Marse egzistavo ir prieš 4,5, ir prieš 3,7 milijardo metų. Nežinome jokio mechanizmo, dėl kurio magnetinis laukas galėjo pranykti, o vėliau atsirasti iš naujo, taigi belieka daryti išvadą, kad jis egzistavo visą šį laikotarpį. Kaip tuomet paaiškinti Hellas ir kitų kraterių plutą? Tyrėjų teigimu, jei smūgiai, suformavę šiuos kraterius, buvo pakankamai galingi, jie galėjo visiškai išsvaidyti magnetiškų mineralų pilną plutą ir į paviršių iškelti mantijos medžiagą, kuri mažiau reaguoja į globalų magnetinį lauką. Tokią hipotezę patikrinti būtų galima detaliai ištyrus šių kraterių paviršiaus uolienas ir nustačius, kiek labai jos skiriasi nuo likusios Marso plutos. Tyrimo rezultatai publikuojami Science Advances.

***

Ši negatyviškai atrodanti Jupiterio nuotrauka galbūt detalumu neprilygsta Juno zondo gautoms, bet turint omeny, kad ji daryta iš Žemės, tai yra įspūdinga. Taip, ši nuotrauka daryta nuo Žemės paviršiaus, Havajuose esančiu Gemini teleskopu. Įprastai tokių detalių nuotraukų nuo Žemės padaryti neįmanoma, nes atmosferos turbulencija iškreipia vaizdą. Bet čia pasinaudota technika, vadinama „laimingu vaizdinimu“ (lucky imaging): daryta daug labai trumpos ekspozicijos nuotraukų, iš jų atrinktos mažiausiai išblukusios, kurios sujungtos į vieną. Taip pat nuotraukos darytos labai siauru stebėjimo lauku – čia matomas Jupiterio diskas yra sumontuotas iš devynių dalinių nuotraukų. Taip gauta 500 kilometrų erdvinė skyra. Kartu su Hubble’u bei Juno darytomis nuotraukomis, šie stebėjimai padeda geriau suprasti Jupiterio atmosferos evoliuciją.

***

Pirmųjų planetų magma. Planetos, bent jau uolinės, formavosi iš įvairaus dydžio uolienų, kurios augo ir jungėsi tarpusavyje. Šios uolienos, vadinamos planetesimalėmis, buvo keleto kilometrų dydžio. Jų cheminė sudėtis akivaizdžiai skyrėsi tarpusavyje, nes skiriasi ir šiandieninių planetų cheminė sudėtis. Atsekti, kaip atrodė planetesimalės, atrodo neįmanoma, nes planetose jos susimaišė ir išsisluoksniavo. Bet dabar grupė mokslininkų teigia atkūrę planetesimalių magmą laboratorijos sąlygomis. Tyrėjai nagrinėjo meteoritus, vadinamus achondritais – juos sudarančios uolienos praeityje patyrė sukrėtimų arba buvo išsilydžiusios, todėl neatitinka pirmykščių Saulės sistemos sąlygų. Laboratorijoje atkūrę sąlygas, kokios galėjo egzistuoti pirmųjų planetesimalių viduje, jie nustatė, kad ten besilydančios uolienos – pirmoji magma Saulės sistemoje – galėjo suformuoti daug šarminių junginių turinčius granitus, o ne šarmų neturinčius bazaltus, kaip vėlesnių laikų vulkaninės kilmės uolienos. Seniau buvo manoma, kad visos išsilydžiusios uolienos turėtų formuoti bazaltus, nes tokios uolienos randamos visur, kur yra praeities plutos išsilydimo požymių, pavyzdžiui asteroide Vestoje. Naujojo tyrimo autoriai parodė tokios interpretacijos klaidą: smūgiai išlydo kūno paviršių, todėl lengvi šarmus sudarantys elementai, tokie kaip natris ir kalis, gali išgaruoti; tuo tarpu pirmųjų planetesimalių viduje šie elementai išlieka ir prisijungia prie uolienos. Šarmingų granitų randama daugelyje meteoritų, o šis tyrimas yra pirmasis jų kilmės paaiškinimas. Lydimosi procesas galėjo būti svarbus ir uolinių planetų formavimuisi bei jų cheminei sudėčiai, bet atsakymai į šiuos klausimus turės palaukti tolesnių darbų. Tyrimo rezultatai publikuojami dviejuose straipsniuose Geochimica et Cosmochimica Acta.

***

Vandenilio atmosferos poveikis gyvybei. Gyvybę egzoplanetose aptikti labiausiai tikėtina per biopėdsakus – biologinių procesų išskiriamas dujas, kurių egzistavimas planetos atmosferoje būtų nepaaiškinamas kitais būdais. Žemėje tokios dujos yra deguonis, ozonas bei metanas. Egzoplanetų atmosferas tyrinėti kol kas sudėtinga, daugiausia tai daroma karštoms dujinėms milžinėms, kuriose gyvybės aptikti nesitikima. Artimiausiu metu darbą pradėsiantys nauji teleskopai, tokie kaip James Webb, turėtų reikšmingai praplėsti duomenų kiekį. Ir visgi aptikti bei ištirti atmosferą, panašią į Žemės, bus labai sudėtinga. Daug paprasčiau būtų analizuoti atmosferą, susidedančią daugiausiai iš vandenilio: šios dujos yra lengvos, todėl pasklinda plačiau aplink planetą. Ar galėtų tokiose planetose egzistuoti gyvybė? Naujame tyrime teigiama, kad galėtų. Tyrėjai paėmė dvi vienaląsčių mikroorganizmų rūšis – E. coli bakterijas bei alaus mieles – ir patalpino jų kolonijas į šimtaprocentinę vandenilio atmosferą. Abi rūšys sėkmingai prisitaikė prie pasikeitusių sąlygų ir ėmė daugintis. Taip pat jos išskyrė daugybę įvairių dujų, tarp jų ir tokių, kurios galėtų būti geri biopėdsakai: azoto oksido, amoniako, izopreno ir kitų. Žemės dydžio ir masės planeta, sušilusi iki Žemės temperatūros, negali išlaikyti vandenilio dujų atmosferoje, tačiau jei planeta yra kiek didesnė arba tankesnė, arba jei joje vandenilis veržiasi iš gelmių, šių dujų kiekis atmosferoje gali būti reikšmingas. Taigi panašu, kad daug vandenilio turinčias planetas tikrai verta tyrinėti kaip galimas gyvybės oazes. Tyrimo rezultatai publikuojami Nature Astronomy.

***

Orai rudojoje nykštukėje. Rudosios nykštukės yra tarpiniai objektai tarp planetų ir žvaigždžių: pakankamai masyvūs, kad jų centruose vyktų sunkiojo vandenilio termobranduolinės reakcijos, bet nepakanami, kad įsižiebtų pagrindinis vandenilio izotopas. Termobranduolinės reakcijos nesukuria pakankamai energijos ir slėgio, kad sustabdytų objekto kolapsą, tad nykštukės, tarsi peraugusios dujinės planetos, tiesiog ilgai ir lėtai vėsta. Jų atmosferų temperatūra pakankamai žema, kad ten formuotųsi įvairios molekulės ir susidarytų sudėtingi orai: debesys, lietūs ir panašūs reiškiniai. Jau kurį laiką, stebėdami besisukančios rudosios nykštukės spektro pokyčius, astronomai gali įvertinti, kaip kinta objekto debesuotumas skirtingose pusėse. Tačiau jei nykštukė turi horizontalias debesų juostas, panašias į Jupiterio, jų aptikti tokiu būdu neįmanoma. Dabar pristatytas pirmasis bandymas šias juostas aptikti remiantis spinduliuotės poliarizacija. Poliarizuota šviesa yra tokia, kurios elektrinis laukas svyruoja viena kryptimi; dažniausiai spinduliuotė tampa šiek tiek poliarizuota, kai nuo ko nors atsispindi arba praeina pro nesimetrišką kliūtį. Pailga debesų juosta yra būtent tokia kliūtis, taigi tikėtina, kad rudosios nykštukės spinduliuotė gali pasižymėti nedidele poliarizacija. Tyrėjai išmatavo spinduliuotės, sklindančios iš dvinarės rudosios nykštukės Luhman 16, poliarizaciją. Tai yra artimiausia žinoma rudoji nykštukė, nuo mūsų nutolusi vos per du parsekus. Luhman 16 A spinduliuotės poliarizacijos laipsnį gali sukelti dvi plačios debesų juostos, juosiančios nykštukę. Tiesa, tai nėra vienintelis įmanomas sprendinys, bet atmosferos be juostų modeliai poliarizacijos lygio neatkuria. Luhman 16 B yra silpniau poliarizuota ir gali neturėti juostų, o tiesiog būti truputį suplota per ašigalius. Tai yra pirmas kartas, kai rudosios nykštukės atmosfera tyrinėjama remiantis poliarizacijos matavimas; ateityje juos bus galima pritaikyti ir daugelio kitų nykštukių analizei. Tyrimo rezultatai publikuojami The Astrophysical Journal.

***

Artimiausia juodoji skylė. Aptikta artimiausia žinoma juodoji skylė – nuo mūsų ją skiria maždaug 300 parsekų. Ji yra trinarėje sistemoje, o kitos dvi sistemos žvaigždės matomos netgi plika akimi; tiesa, tik Pietų pusrutulyje, Teleskopo žvaigždyne. Šią sistemą, HR 6819, mokslininkai pasirinko tyrimams būtent kaip dvinarę, bet analizuodami žvaigždžių spektrų matavimus, kurie parodo jų judėjimo greičio kitimą, pastebėjo, jog viena žvaigždė turi nematomą kompanionę. Kompanionė ir žvaigždė aplink bendrą masės centrą apsisuka per 40 parų. Kompanionės masė viršija keturias Saulės mases; toks masyvus nešviečiantis objektas gali būti tik juodoji skylė. Tai yra viena pirmųjų juodųjų skylių, kurios aptiktos ne dėl šviesos, sklindančios iš karštų dujų, krentančių iš žvaigždės-kompanionės. Pernai buvo paskelbta apie tokiu metodu aptiktą juodąją skylę sistemoje LB-1, tačiau tą atradimą mokslo bendruomenė sukritikavo, nemaža dalimi todėl, kad apskaičiuota juodosios skylės masė siekė net 70 Saulės masių, gerokai daugiau, nei bet kuri kita žinoma žvaigždinė juodoji skylė. Naujojo tyrimo autoriai teigia, kad LB-1 duomenys labai panašūs į HR 6819, taigi tai gali būti trinarė sistema – įvertinus šį aspektą, gaunama juodosios skylės masė tampa kiek daugiau nei šešios Saulės masės. Apskritai juodųjų skylių turėtų būti ir daug arčiau mūsų, nei 300 parsekų: jų Paukščių Take turėtų būti apie šimtą kartų mažiau, nei žvaigždžių, tad tikėtinas atstumas iki artimiausios juodosios skylės yra panašus į atstumą iki šimtosios artimiausios žvaigždės, arba 7-8 parsekai. Tačiau jei juodoji skylė nėra daugianarėje sistemoje, ją aptikti įmanoma nebent atsitiktinai, jei ji praskrenda tarp mūsų ir toliau esančios žvaigždės. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Radijo žybsnis Paukščių Take. Greitieji radijo žybsniai (Fast Radio Bursts, FRB) yra vos kelias tūkstantąsias sekundės dalis trunkantys lokalizuoti žybtelėjimai, matomi radijo bangų diapazone. Kiekvienas žybsnis susideda iš plataus dažnių diapazono, o aukščiausio dažnio bangos mūsų teleskopus pasiekia anksčiau, nei žemesnio. Taip nutinka dėl dispersijos – žemo dažnio bangos per tarpžvaigždinę ir tarpgalaktinę erdvę sklinda kiek lėčiau. Išmatavę dispersiją galime įvertinti, kaip toli sklido žybsnio bangos; taip nustatyta, kad jie atkeliauja iš tolimų galaktikų. Šiuo metu žinomi šimtai FRB, bet jų kilmė vis dar neišaiškinta. Galbūt tą padaryti padės naujas atradimas – pirmasis FRB, atsklidęs iš šaltinio Paukščių Take. Žybsnį aptiko Kanadoje įrengtas teleskopas CHIME, kuris šiuo metu yra pagrindinis FRB detektorius pasaulyje. Žybsnio bangų dispersija labai nedidelė, atitinkanti maždaug 10 kiloparsekų atstumą. Žybsnis atsklido iš Laputės žvaigždyno vietos, kurioje stebimas ir pulsaras SGR 1935+2154, nutolęs kiek mažiau nei 10 kiloparsekų nuo mūsų. Pulsaras yra neutroninė žvaigždė, kurios magnetinis laukas suspaudžia jos spinduliuotę į siaurą kūgį, o žvaigždei sukantis, spinduliuotės srautas sukasi danguje tarsi švyturio žibintas, taigi iš toli matomi periodiškai pasikartojantys žybtelėjimai. Žybsnio metu radijo spinduliuotės intensyvumas buvo bent tūkstantį kartų didesnis, nei įprasta šio šaltinio radijo spinduliuotė; anksčiau iš SGR 1935+2154 apskritai nebuvo užfiksuota radijo bangų, nustatyta tik viršutinė spinduliuotės intensyvumo riba. Tuo metu, kai užfiksuotas FRB, SGR 1935+2154 vyko ir rentgeno žybsnis; šie reiškiniai gali būti susiję, bet detalės kol kas neaiškios. Neutroninės žvaigždės yra vienas iš galimų FRB šaltinių, taigi šis atradimas padės patikrinti bent jau su jomis susijusius FRB modelius. Atradimas kol kas nepublikuotas moksliniame straipsnyje, tik paskelbtas Astronomer’s Telegram.

***

Kryžminių galaktinių čiurkšlių paaiškinimas. Daugelis aktyvių galaktikų turi čiurkšles – palyginus siaurus labai greitos medžiagos srautus, plintančius nuo centrinės supermasyvios juodosios skylės net į tarpgalaktinę erdvę. Dauguma atvejų čiurkšlės yra dvi, daugmaž tiesios ir nukreiptos į priešingas puses nuo centro. Tokią konfigūraciją suprasti nesunku: čiurkšlės paleidžiamos išilgai juodosios skylės sukimosi ašiai, o aktyvus galaktikos branduolys yra daugmaž simetriškas išilgai tos ašies. Bet kai kuriose galaktikose randamos keturios čiurkšlės, sudarančios X formos kryžių. Bandymų paaiškinti tokias struktūras yra ne vienas: galbūt jos žymi dviejų aktyvumo epizodų metu išmestas čiurkšles, o tarp šių epizodų juodosios skylės sukimosi ašis pakito? Galbūt galaktikos centre egzistuoja dvi supermasyvios juodosios skylės? O gal čiurkšlės išstumta medžiaga, krisdama atgal į galaktiką, yra nustumiama į šalį ir suformuoja antrinę tėkmę, tik atrodančią kaip čiurkšlė? Naujausi stebėjimai paremia pastarąją hipotezę. Pietų Afrikos Respublikoje esančiu radijo teleskopų masyvu MeerKAT atlikus galaktikos PKS 2014-55 stebėjimus nustatyta, kad X formos čiurkšlės neprasideda galaktikos centre, o yra matomos tik už galaktikos disko ribų – centre čiurkšlė yra įprasta. Tose X-o dalyse, kurios sutampa su centre esančios čiurkšlės kryptimi, matoma medžiaga, krentanti atgal į galaktiką. Susidūrusi su karštomis galaktikos halo dujomis, medžiaga nustumiama į šoną. Magnetinio lauko linijų kryptis taip pat atitinka čiurkšlių medžiagos judėjimą kryžminėje struktūroje. Nuo centro plintančios čiurkšlės yra daug mažesnės už X-ą, taigi ir gerokai jaunesnės. Jų kryptis, nepakitusi nuo vieno aktyvumo epizodo iki kito, rodo, kad juodosios skylės sukimosi ašis kinta lėtai, taigi toks mechanizmas negali paaiškinti X formos čiurkšlių, bent jau šioje galaktikoje. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

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

Laiqualasse