Mes gyvename kosminės žmonių ekspansijos pradžioje. Per pastarąjį dešimtmetį pasiekti ne tik didžiuliai technologiniai proveržiai, bet ir apskritai iš esmės pasikeitė visuomenės požiūris į kosmoso tyrimus ir kosminius skrydžius. Žinoma, kelias iki tikros daugiaplanetinės civilizacijos dar labai tolimas, bet kol kas judame teisinga kryptimi. Štai praeitą savaitę SpaceX beveik sėkmingai išbandė naujausią Starship prototipą, o į Tarptautinę kosminę stotį iškeliavo asteroidų kasybos eksperimentas, naudosiantis bakterijas ir grybus. Vieni tyrėjai planuoja naujovišką navigacijos sistemą autonominiams zondams Mėnulyje, kiti svarsto apie tai, kad Mėnulyje gali greitai imti trūkti vietos visiems norintiems. Kitose naujienose – Saulės vainiko kaitinimas, keistų baltųjų nykštukių paieška ir besisukančių juodųjų skylių galimas neatitikimas bendrosios reliatyvumo teorijos prognozėms. Gero skaitymo!
***
(Ne)sėkmingas Starship bandomasis skrydis. Praeitą savaitę SpaceX išbandė naujausią erdvėlaivio Starship prototipą. Iš pradžių antradieniui numatytas skrydis atšauktas likus vos 1,3 sekundės iki pakilimo, dėl trukdžių viename iš variklių. Galiausiai bandymas įvyko trečiadienį. Jau aštuntas Starship prototipas iš bandymų kosmodromo Teksase pakilo į 12,5 kilometro aukštį, pasikreipė horizontaliai, tada vėl atsistojo vertikaliai ir nusileido. Deja, leidžiantis nesuveikė vienas iš variklių, todėl erdvėlaivis žemę palietė per dideliu greičiu ir subyrėjo. Visgi pagrindiniai bandymo tikslai – pakilimas ir krypties kontrolė – įgyvendinti. Tai buvo šeštasis bandomasis Starship skrydis ir gerokai aukštesnis už ankstesnius; anksčiau prototipai nepakildavo daugiau nei 150 metrų. Nors šis skrydis ir nebuvo visiškai sėkmingas, kompanijos atstovai vis dar tikisi jau kitąmet paleisti Starship į pirmąjį orbitinį skrydį. Ateityje Starship turėtų pasiūlyti ir daug galingesnius, ir žymiai pigesnius skrydžius į kosmosą, nei šiandieninės alternatyvos, nes visos Starship dalys – ir pirmoji, ir antroji raketos pakopa – būtų daugkartinio naudojimo.
***
Naujoviška Mėnulio navigacijos sistema. Nusileisti kitame dangaus kūne – ar tai būtų Mėnulis, ar Marsas – yra labai sudėtinga. Robotiniai aparatai tą turi daryti autonomiškai, bet idealiai tiksliai nurodyti nusileidimo vietos iš anksto neįmanoma. Tai apriboja galimas nusileidimų vietas – reikia ieškoti plačios lygumos su kuo mažiau riedulių bei tvirtu pagrindu, kad net ir kilometrų nukrypimas nuo taikinio nepražudytų visos misijos. Analogiška problema kiltų, jei autonominis zondas bandytų skraidyti virš dangaus kūno paviršiaus ir norėtų nutūpti keliose vietose. Naujame tyrime pristatoma metodika, kaip šiuos iššūkius įveikti, pasitelkus vaizdų apdorojimo sistemas. Konceptualiai metodika yra labai paprasta: iš judančio aparato padarius keletą paviršiaus nuotraukų truputį skirtingu metu, galima nustatyti judėjimo kryptį. Žinoma, praktikoje atsiranda kliūčių: automatiškai sulyginti nuotraukas trukdo kintantys šešėliai bei perspektyvos efektai. Visgi šiandieninė programinė įranga tą gali išspręsti, tad aparatas galėtų autonomiškai sekti savo judėjimo kryptį vietinės aplinkos atžvilgiu. Būtent to ir reikia norint tiksliai pasiekti numatytą nusileidimo vietą. Tyrėjai patikrino, kad metodika puikiai veikia su Apollo misijų metu darytomis nuotraukomis bei su dirbtiniais Mėnulio paviršiaus atvaizdais. Artimiausiais metais ją bus galima patikrinti planuojamų robotinių misijų metu, o po kelių metų galbūt ir pritaikyti praktikoje. Sistema pasitarnautų ir žmonių pilotuojamoms Artemis misijoms – ir kaip pagalba pilotams, ir suteikdama galimybę iš tyrimų bazės paleisti autonominių zondų. Tyrimo rezultatai publikuojami Journal of Spacecraft and Rockets.
***
Galimi Mėnulio tyrimų pavojai. Mėnulis gali atrodyti labai didelis, tačiau per artimiausią dešimtmetį planuojamos tyrimų misijos gali imti trukdyti viena kitai. Šiuo metu rimtų planų detaliau tyrinėti Mėnulį turi JAV ir Kinija, planus vysto ir Indija, Japonija, Europa, Rusija bei įvairios privačios kompanijos. Įdomiausios vietos šiems tyrimams apima tik nedidelę dalį Mėnulio paviršiaus, taigi intensyvėjant misijoms, neišvengiamai artėja momentas, kai skirtingų institucijų tyrimų plotai persidengs. Apie tai rašoma naujame darbe, kurio autoriai ieško būdų, kaip išvengti galimų konfliktų. Įdomiausios ir svarbiausios vietos Mėnulyje yra „amžinos šviesos aukštumos“ – regionai arti ašigalių, kuriuos beveik visą laiką apšviečia Saulė, taigi ten įrengtos Saulės baterijos būtų labai efektyvios; „šalčio spąstai“ – taip pat prie ašigalių esančių kraterių dugno regionai, kurių Saulė neapšviečia niekada, todėl ten galima rasti vandens ledo; bei lygaus dugno krateriai tolimojoje Mėnulio pusėje, kur galima būtų įrengti galingus radijo teleskopus. Šiuose regionuose galėtų įsikurti pirmosios nuolat gyvenamos bazės, prasidėti Mėnulio ekonomikos vystymasis. Bet tokių regionų nėra daug – po dešimt ar mažiau kiekvieno tipo. Panašiai nedaug yra ir strateginių išteklių – helio-3, geležies, urano, torio – radimviečių. Toks resursų stygius gali atvesti prie labai pesimistinio scenarijaus: kelių šalių irba kompanijų vykdomos misijos susiduria tame pačiame regione, nepasidalina resursais – metalais, Saulės šviesa, vandeniu ar kuo kitu – prasideda ginčai ir Žemėje, kurie gali peraugti į rimtesnius konfliktus, nuo ekonominių sankcijų iki karo. Kaip šito išvengti? Svarbiausia – neatidėlioti sprendimų iki tol, kol jų reikės. Tyrėjai ragina visas suinteresuotas šalis ieškoti visiems priimtinų sprendimų jau dabar ir užsiimti bendru misijų planavimu. Iš dalies tą daro NASA su Artemis sutarimu, bet jis neapims visų galimų situacijų ir, greičiausiai, jame nedalyvaus visos suinteresuotos šalys. Vienas konkretus galimo bendradarbiavimo pavyzdys – bendra infrastruktūra, pavyzdžiui kosmodromai ar orbitinės stotys. Jų statytojai galėtų sutarti dėl bendradarbiavimo, o sutarimų pažeidėjams būtų atimama galimybė šia infrastruktūra naudotis. Tada laikytis susitarimo taptų naudinga, nes bendrai statoma infrastruktūra kiekvienai šaliai kainuotų daug mažiau, nei atskiri projektai. Tyrimo rezultatai publikuojami Philosophical Transactions of the Royal Society A.
***
Biokasybų bandymai kosmose. Žemėje įvairiose kalnakasybos operacijose dažnai naudojami mikrobai. Tinkamai parinktos bakterijos suvirškina uolienas, o tarp jų esančios metalų rūdos lieka lengvai prieinamos kasėjams. Ar būtų įmanoma šį metodą pritaikyti kosmose, kasant naudingus išteklius Mėnulyje, Marse ar asteroiduose? Neseniai į Tarptautinę kosminę stotį (TKS) iškeliavo eksperimentas, skirtas patikrinti šiai idėjai. BioAsteroid projekto tikslas yra išvystyti vadinamąją „biokasybų“ technologiją kosminiams taikymams. Gruodžio 6 dieną į TKS išvyko antrasis eksperimentinis paketas: 12 maždaug degtukų dėžutės dydžio konteinerių su asteroidų uolienų mėginiais bei bakterijų ir grybų sporomis. Stotyje bus tikrinama, kaip organizmai auga mikrogravitacijos sąlygomis bei kaip sąveikauja su asteroidų uolienomis. Pernai vykdytas panašus eksperimentas BioRock parodė, kad bakterijos ir grybai apskritai gali augti mikrogravitacijoje ir ant žemiškų bazaltinių uolienų bei kad biokasybų sparta nenukenčia, sumažėjus gravitacijai. Dabar bus ištirta, kiek skiriasi mikroorganizmų sąveika su neįprastomis uolienomis, bei kaip bakterijos ir grybai veikia kartu. Jei paaiškės, kad mikroorganizmai sėkmingai virškina ir asteroidų uolienas, tai atvers naujų perspektyvų, kaip galima išgauti naudingas iškasenas kosmose. Rezultatų tikimasi sulaukti per keletą mėnesių. Ankstesnio, BioRock, eksperimento rezultatai publikuoti Nature Communications.
***
Saulės vainiko kaitinimas. Saulės vainikas yra labai retos, bet ypatingai karštos plazmos zona, gaubianti žvaigždę. Vainiko temperatūra siekia apie milijoną laipsnių, gerokai daugiau, nei Saulės paviršiuje. Kaip palaikoma vainiko temperatūra, kol kas nežinome, tačiau pastaraisiais metais vis gerėjantys stebėjimai po truputį padeda paaiškinti, kas gi ten vyksta. Dabar nauji detalūs stebėjimai patvirtino, kad vainiką kaitina magnetiniai procesai, vykstantys labai arti Saulės paviršiaus. Jau seniau buvo manoma, kad vainiko kaitinimui labai svarbios magnetinės kilpos, matomos kaip ultravioletinių spindulių šaltiniai arti Saulės paviršiaus. Visgi nebuvo aišku, kokie procesai sukelia kartkartėmis nutinkančius jų pašviesėjimus. Naujieji stebėjimai, atlikti IRIS ir SDO kosminiais teleskopais, leido geriau nei bet kada iki šiol pažvelgti į magnetinių kilpų savybių kitimą ir atskleidė, kad jos sužimba, kai praranda energiją magnetinio persijungimo metu. Magnetinis persijungimas yra išsikreipusių magnetinio lauko linijų konfigūracijos pokytis, kurio metu linijos išsitiesina ir išskiriama daug energijos. Taip pat nustatyta, kad energiją lengviau sugeria masyvūs jonai, pavyzdžiui silicio branduoliai, o ne vandenilis. Toks netolygumas seniau aptiktas Saulės vėjyje. Šis atradimas yra svarbus žingsnis suprantant Saulės vainiko veikimą, bet dar toli gražu neatsako į visus klausimus. Tyrimo rezultatai publikuojami Nature Astronomy.
***
Marso vandens šildymas. Prieš keturis milijardus metų Marse buvo daug skysto vandens – upių, ežerų, jūrų. Bet tuo metu Saulė švietė apie 30% silpniau, nei dabar. Dauguma Marso klimato modelių, net įtraukdami labai daug anglies dvideginio planetos atmosferoje, nesugeba atkurti tinkamos paviršiaus temperatūros, kad skystas vanduo ten galėtų egzistuoti. Naujame tyrime nagrinėjama, kiek balansą pakeistų geoterminis (areoterminis?) šildymas. Tyrėjai nagrinėja dvi alternatyvas: Marsą, padengtą ledynais (vadinamas „sausas ir šaltas“ modelis) ir Marsą, pilną paviršinio vandens („šlapias ir šiltas“ modelis). Pirmuoju atveju geoterminė šiluma galėtų efektyviai tirpdyti ledynų apačią ir taip sukurti poledines upes. Antruoju atveju geoterminė šiluma padėtų išlaikyti paviršiaus sąlygas stabilias ilgą laiką ir gal net palaikytų hidrotermines versmes vandenynų dugne. Abiem atvejais reikšminga šiluma, sklindanti iš jaunos planetos gelmių, padaro popaviršinį sluoksnį tinkamiausia vieta ieškoti Marso gyvybės pėdsakų. Tai reiškia, kad pėdsakų paieškoms gali tekti į Marsą nugabenti galingų grąžtų ar kitokių kasimo prietaisų. Tyrimo rezultatai publikuojami Science Advances.
***
Keista egzoplanetos orbita. Dauguma žinomų egzoplanetų yra arti savo žvaigždžių – tai nestebina, nes ten jas daug lengviau aptikti. Visgi kartais pavyksta užfiksuoti ir labai nutolusias planetas, o dabar paskelbti net 14 metų trukusių Hubble stebėjimų rezultatai leido apskaičiuoti tolimiausios egzoplanetos orbitą. Pati egzoplaneta – 11 kartų už Jupiterį masyvesnis kūnas – kaip tokia identifikuota tik 2013 metais, bet jos žvaigždę Hubble teleskopas stebėjo ir anksčiau, mat ji yra dvinarė, taigi įdomi pati iš savęs. Surinkę daugybę archyvinių ir naujų stebėjimų, mokslininkai labai tiksliai identifikavo žvaigždės ir planetos padėtis bei jų kitimą laikui bėgant, remdamiesi aplinkinių žvaigždžių padėtimis, žinomimis dėl Gaia teleskopu atliktų stebėjimų. Būtent šio teleskopo indėlis leido dvinarės žvaigždės HD 106906 padėtį identifikuoti gerokai tiksliau, nei vieno pikselio tikslumu. Taip sukalibravus nuotraukas, atsiskleidė ir planetos padėties pokyčiai, kurie leido apskaičiuoti jos orbitą. Orbitos periodas siekia net 15 tūkstančių Žemės metų. Planeta nepriartėja arčiau prie žvaigždės, nei 500 astronominių vienetų nuotoliu; vienas astronominis vienetas yra vidutinis atstumas tarp Saulės ir Žemės, arba 150 milijonų kilometrų. Taip pat orbita yra gerokai elipsiška – orbitos didysis pusašis siekia apie 850 astronominių vienetų, taigi didžiausias nuotolis nuo žvaigždės – apie 1200 astronominių vienetų. Visi šie apskaičiuoti dydžiai turi didžiules paklaidas, bet kokybinės orbitos savybės gana aiškios. Įdomu, kad jos panašios į tikėtinas hipotetinės Devintosios planetos Saulės sistemoje savybes. Pastaroji irgi turėtų judėti labai ištempta ir ypatingai tolima orbita. Be to, ir Devintoji planeta, ir HD 106906b yra stipriai pasvirusios lyginant su smulkių objektų disku sistemos pakraštyje. Saulės sistemoje tai yra Kuiperio žiedas, o HD 106906 juosia nuolaužų žiedas, likęs po sistemos formavimosi. HD 106906 tėra vos 15 milijonų metų amžiaus, taigi tokiai konfigūracijai susiformuoti daug laiko neprireikė. Jei Saulės sistemos pakraščiuose tikrai egzistuoja Devintoji planeta, šis atradimas parodo, kad ji galėjo susiformuoti panašiu metu kaip ir žvaigždė. Tyrimo rezultatai arXiv.
***
Rajos ūkas, matomas pietiniame Aukuro žvaigždyne, yra jaunausias žinomas planetinis ūkas – tokie susiformuoja aplink į Saulę panašias žvaigždes, šioms baigiant savo gyvenimus. Per 20 metų nuo 1996-ųjų jis labai išblėso; kai kuriuose ruožuose spinduliuotė sumažėjo net tūkstantį kartų. Kodėl? Greičiausiai dėl tos pačios priežasties, dėl kurios nuo 1971-ųjų jis beveik tris dešimtmečius ryškėjo: centre esanti žvaigždė-milžinė sužibo ryškiau dėl termobranduolinių reakcijų, kurių metu helis jungėsi į anglį. Tokios reakcijos žvaigždėse, kurių masė siekia nuo 0,8 iki 2 Saulės masių, vyksta labai trumpai ir yra vadinamos helio žybsniu.
***
Rentgeno burbulai Galaktikos hale. Prieš vienuolika metų, nagrinėjant tuo metu dar gana naujus Fermi kosminio teleskopo duomenis, aptikti du didžiuliai gama spinduliuotės burbulai, kylantys nuo Paukščių Tako centro statmenai Galaktikos diskui. Jų aukštis – 10 kiloparsekų – didesnis, nei atstumas tarp Saulės ir Galaktikos centro. Per dešimtmetį nuo šio atradimo išsiaiškinta, kad burbulų kraštai plečiasi kelių šimtų kilometrų per sekundę greičiu, o visa struktūra greičiausiai yra tik kelių milijonų metų amžiaus – labai jauna, palyginus su dešimt milijardų metų viršijančiu Paukščių Tako amžiumi. Jau tada buvo pastebėta, kad arti Galaktikos centro burbulų kraštai neblogai sutampa su X formos rentgeno spinduliuotės struktūra, žinoma dar nuo 2000 metų. Dabar nauji stebėjimai parodė, kad rentgeno struktūra tęsiasi aukštyn ir sudaro du dar didesnius burbulus. Stebėjimai atlikti naudojant naują kosminį teleskopą eROSITA, duomenys surinkti per pusmetį iki šių metų birželio. Atrastieji burbulai yra maždaug dvigubai platesni ir pusantro karto aukštesni, nei Fermi burbulai; juose sukaupta energija irgi didesnė, maždaug 10-100 kartų. Ir vienų, ir kitų burbulų kilmė beveik neabejotinai yra tas pats įvykis – aktyvumo epizodas Paukščių Tako centre. Jo metu išpūsti burbulai išstūmė aplinkines dujas. Matomi rentgeno burbulai yra įkaitintos stumiamos halo dujos, o ištuštintą erdvę užpildo energingesnės dalelės, atsklidusios iš Galaktikos centro bei skleidžiančios gama spinduliuotę. Tyrimo rezultatai publikuojami Nature.
***
Keistų nykštukių paieškos. Pagrindiniai įprastos materijos komponentai, pagal masę, yra protonai ir neutronai. Jie sudaryti iš dviejų tipų elementariųjų dalelių – kvarkų: protonas iš dviejų kylančiųjų ir vieno krintančiojo, neutronas – atvirkščiai. Bet egzistuoja šeši kvarkai: be dviejų minėtų, dar yra žavingasis, keistasis, viršūninis ir gelminis (pavadinimus sugalvojau ne aš, nemuškit). Tam tikrais atvejais susidūrę energingi kylantysis ir krintantysis kvarkas gali suformuoti keistąjį. Jis yra daug masyvesnis už kitus du, tad galėtų suformuoti daug stabilesnį į neutroną panašų „keistoną“. Keistonai, susidūrę su aplinkiniais neutronais ir protonais, juos suardytų, o tai sudarytų sąlygas formuotis naujiems keistiesiems kvarkams. Tai, kad toks virsmas Visatoje neįvyko, rodo, kad sąlygos, reikalingos keistiesiems kvarkams susiformuoti, pasitaiko gana retai. Viena iš vietų, kur jų pasitaiko, yra neutroninės žvaigždės ir galbūt baltųjų nykštukių centrai. Atskirti neutroninę žvaigždę, turinčią keistonų, nuo neturinčios būtų labai sudėtinga, nes jų dydis beveik nesiskiria. Tuo tarpu keistonų pilna baltoji nykštukė turėtų būti pastebimai mažesnė, nei jų neturinti. Dabar pirmą kartą pabandyta surasti tokių per mažų baltųjų nykštukių. Pasinaudoję didžiausia, daugiau nei 50 tūkstančių įrašų turinčia, baltųjų nykštukių duomenų baze, tyrėjai apskaičiavo jų spindulius. Tą buvo galima padaryti maždaug 40000 nykštukių, kurių žinoma ir masė (apskaičiuojama sekant žvaigždės judėjimą orbitoje su kompanione), ir laisvojo kritimo pagreitis paviršiuje (apskaičiuojamas pagal skleidžiamos šviesos gravitacinį raudonąjį poslinkį). Beveik visų žvaigždžių spinduliai seka gerai žinomą sąryšį – mažiausios masės baltosios nykštukės yra apie penkis kartus didesnės už Žemę, o masyviausios – maždaug ketvirčio Žemės spindulio. Tačiau atrasti aštuoni objektai, kurių masė siekia 0,02-0,12 Saulės masės, o spinduliai neviršija pustrečio Žemės spindulio. Kol kas negalima tvirtai teigti, kad jų centruose tikrai yra daug keistųjų kvarkų, bet tokia hipotezė atrodo verta tolesnio nagrinėjimo. Tyrimo rezultatai arXiv.
***
Kai kurios žvaigždės skrieja už galaktikų ribų. Ar gali jos turėti planetų? Turbūt kad taip. Apie šias galimybes pasakoja John Michael Godier:
***
Besisukančios juodosios skylės – plaukuotos. Bendroji reliatyvumo teorija prognozuoja, kad juodosios skylės turėtų būti išskirtinai paprasti objektai. Joms aprašyti visiškai užtenka vos trijų parametrų: masės, sukimosi spartos ir elektros krūvio. Krūvis realioms juodosioms skylėms turėtų būti nereikšmingas, tad lieka apskritai tik du parametrai. Ši juodųjų skylių savybė vadinama „neplaukuotumo teorema“, mat juodosios skylės, aprašomos vien šiais trim (ar dviem) dydžiais, įvykių horizontas yra visiškai lygus elipsoidas. Visgi reliatyvumo teorija nėra galutinis ir pilnas realybės paaiškinimas: kai kurios jos prognozės nesutampa su kvantinės fizikos rezultatais. Egzistuoja ne vienas teorinis reliatyvumo teorijos praplėtimas, siekiantis šiuos skirtumus pašalinti. Deja, juos patikrinti atrodo neįmanoma, nes skirtumai nuo įprastos reliatyvumo teorijos prognozių pasireiškia tik ekstremaliomis sąlygomis, kurių nei sukurti laboratorijoje, nei stebėti Visatoje neturime galimybės. Visgi naujame darbe nurodyta, kad daugelis šių praplėtimų duoda prognozę, kurią patikrinti leis artimiausių metų stebėjimai. Prognozė susijusi su papildomu skaliarinu lauku, įtraukiamu daugelyje reliatyvumo teorijos papildymų. Skaliarinis laukas – tai tam tikras dydis, turintis skaitinę vertę visuose erdvės taškuose (pavyzdžiui, oro temperatūra yra skaliarinis laukas, kol erdvė apsiriboja regionu, kuriame yra oro). Pasirodo, jei toks skaliarinis laukas egzistuoja, greitai besisukančių juodųjų skylių įvykių horizontas turėtų išsikreipti ir nebelikti tvarkingu elipsoidu. Išsikreipimo detalės priklauso nuo pasirinkto lauko savybių, tačiau koks nors išsikreipimas egzistuoja visada, kai tik juodoji skylė sukasi greičiau nei pusė maksimalios vertės. Šiuo metu sukimosi greitis išmatuotas kelioms dešimtims supermasyvių ir kelioms dešimtims žvaigždinių juodųjų skylių; dauguma atvejų jis yra pakankamai didelis. Netvarkingo įvykių horizonto poveikį aplinkinei medžiagai bei spinduliuotei galima bus įvertinti gaunant vis geresnes juodųjų skylių nuotraukas, panašias į M87 galaktikos centrinės juodosios skylės nuotrauką, paskelbtą pernai pavasarį. Tai būtų pirmoji galimybė rimtai patikrinti bendrosios reliatyvumo teorijos praplėtimo modelių prognozes ir dalį jų atmesti. Tyrimo rezultatai arXiv.
***
Štai tokios naujienos iš praėjusios savaitės. Kaip įprastai, laukiu jūsų klausimų ir komentarų.
Laiqualasse