Kąsnelis Visatos CCCXXXIII: Sujaukimai

Audros sujaukia planus ne tik Žemėje, bet ir Marse – marsaeigis Opportunity pastarąsias kelias savaites negali dirbti dėl milžiniškos dulkių audros. O sujaukimai, kuriuos sukelia galaktikų susiliejimai, padeda išsiaiškinti Paukščių Tako formavimosi istoriją. Įvairių objektų tarpusavio gravitacija Saulės sistemos pakraščiuose gali sujaukti jų orbitas taip, kad pasižiūrėjus atrodo, jog jas veikia masyvios planetos trauka. Apie šiuos ir kitus sujaukimus, ir kitas naujienas, skaitykite po kirpsniuku.

***

Milžiniška audra Marse. Birželio pirmą dieną Marse pastebėta kylanti milžiniška dulkių audra. Per pastarąsias porą savaičių ji išplito po teritoriją, plotu viršijančią Šiaurės Ameriką – 18 milijonų kvadratinių kilometrų. Tokios audros nėra visiška naujovė, ir nėra tokios pavojingos, kaip pavaizduota „Marsietyje“; visgi jų metu gerokai užtemsta dangus, ir Saulės gali visiškai nesimatyti. Tai kelia ypatingą pavojų marsaeigiui Opportunity, kuris yra kaip tik audros dengiamoje Marso dalyje. Opportunity, kuris Marse važinėja jau penkioliktus metus, nors planuota misijos trukmė buvo vos 90 dienų, yra varomas Saulės energija, taigi nesant apšvietimo jis negali pasikrauti baterijų. 2007 metais Opportunity sėkmingai išgyveno gerokai didesnę audrą, tačiau ši yra gerokai tankesnė, ir aplink marsaeigį yra gerokai tamsiau. Birželio 10 dieną ryšys su marsaeigiu nutrūko, tačiau po savaitės, birželio 17-ą, buvo gautas trumpas signalas iš jo, taigi marsaeigio baterijos dar nėra visiškai išsekusios. Šiuo metu jis laukia, kol audra baigsis, ir tada bandys tęsti darbą.

***

Audra Marse 2001 metais. Šaltinis: J. Bell (ASU), M. Wolff (Space Science Inst.), Hubble Heritage Team (STScI / AURA), NASA
Audra Marse 2001 metais. Šaltinis: J. Bell (ASU), M. Wolff (Space Science Inst.), Hubble Heritage Team (STScI / AURA), NASA

Dabartinė dulkių audra Marse nėra pirmas toks atvejis. Prieš 17 metų Hablo teleskopu darytose nuotraukose matyti, kaip per porą mėnesių visą Marsą uždengė dulkių audra. Kairiojoje nuotraukoje matyti keletas mažesnių audrų – viena Hellas baseina apačioje dešinėje, kita prie šiaurinės poliarinės kepurės; per porą mėnesių jos susijungė į vieną visą planetą dengiantį dulkių apvalkalą.

***

Organinės medžiagos Cereroje. Pernai nykštukinės planetos Cereros paviršiuje buvo pastebėta 3,4 mikrometro bangos ilgio sugerties linija, kurią turi daugybė organinių molekulių. Nors tikslios molekulių struktūros nustatyti nuotoliniais stebėjimais neįmanoma, vien organinės medžiagos egzistavimas yra įdomus atradimas. Organinės medžiagos toli gražu nereiškia gyvybės, tačiau jos yra svarbios gyvybiniuose procesuose, todėl naudinga išsiaiškinti, kaip jos pasiskirsčiusios Saulės sistemoje ir kokiais būdais gali susiformuoti. Jas tik atradus buvo padaryta išvada, kad organinės medžiagos sudaro 6-10% Cereros paviršiaus medžiagų stebėtame regione. Tačiau tokia išvada padaryta lyginant stebėjimus su žemiškų uolienų spektrais. Dabar tyrimas pakartotas, vietoj žemiškų uolienų panaudojant meteoritus. Paaiškėjo, kad meteorituose esančių organinių medžiagų spektrai yra gerokai silpnesni. Taigi Cereroje stebimą infraraudonųjų bangų sugertį gali sukelti tik 40-50% paviršiaus dengiantys organiniai junginiai. Tai yra gerokai didesnis organinių medžiagų kiekis, nei įprastai randama meteorituose, taigi kyla klausimas, kaip Cereroje atsirado tokia didelė lokali tokių junginių koncentracija. Atsakymas į šį klausimą padės geriau suprasti ir planetų formavimosi, ir net gyvybės atsiradimo istoriją. Tyrimo rezultatai publikuojami Geophysical Research Letters.

***

Jupiterio magnetinis laukas. Jupiteris turi labai stiprų magnetinį lauką, kuriame įstrigusios elektringos dalelės skleidžia radijo bangas. Panašius signalus turėtų skleisti ir įvairios egzoplanetos – ir dujinės milžinės, ir mažesnės. Kol kas radijo astronomija naudojama tik labai jaunų žvaigždžių ir augančių planetų paieškoms, bet ne išsivysčiusių egzoplanetų aptikimui ir tyrimams. Visgi ateityje tą būtų galima daryti, tik reikia žinoti, ko ieškoti. Dabar pristatyti modeliai, kuriuose nagrinėjama, kaip toli esančių planetų radijo signalus galėtų aptikti Europos radijo teleskopų masyvas LOFAR. Pasirodo, galingiausi egzoplanetų signalai, kurie turėtų būti net milijoną kartų stipresni, nei Jupiterio, galėtų būti užfiksuojami už 20 parsekų – tokiu atstumu šiuo metu žinomos kelios dešimtys egzoplanetų. Iš šio rezultato aišku, kad dabartiniai radijo teleskopai nėra labai naudingi egzoplanetų tyrimams, tačiau ateityje jie taps vis jautresni ir bus įmanoma užfiksuoti vis silpnesnį magnetinį lauką turinčių planetų skleidžiamus signalus. Ateityje radijo stebėjimai padės nustatyti, kurios egzoplanetos turi magnetosferas, ir taip geriau atsirinkti planetas detalesniems tyrimams. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Devintosios planetos nėra? Daugiau nei dvejus metus vis kalbama apie Saulės sistemos pakraščiuose galimai egzistuojančią didelę planetą. Jos egzistavimo įrodymas yra keistos įvairių mažų Kuiperio žiedo, esančio už Neptūno, objektų orbitos, kurių paaiškinti kitais žinomais mechanizmais, nei masyvios planetos gravitacijos sukeliamos perturbacijos, neišeina. Bet visgi alternatyvių paaiškinimų kartais pasiūlymo – štai ir prieš dvi savaites pristatyti skaitmeniniai modeliai, rodantys, kaip laikui bėgant gali kisti įvairių Kuiperio žiedo objektų orbitos. Pasirodo, vien skirtingo dydžio objektų tarpusavio gravitacinės sąveikos pakanka paaiškinti ir keistas asteroidų orbitas, ir keistą nykštukinės planetos Sednos orbitą. Sedna keista yra tuo, kad jos orbita driekiasi labai toli už Neptūno, bet yra labai ištęsta. Įprastai objektai, turintys labai ištęstas orbitas, yra „išsviesti“ planetų gravitacijos, bet tada jie turėtų priartėti labai arti išsviedusios planetos, šiuo atveju Neptūno. O neišsviesti objektai turėtų turėti gerokai labiau apskritimines orbitas. Skaitmeniniai modeliai parodė, kad ilgalaikės sąveikos tarp Sednos ir gerokai mažesnių asteroidų orbitų galėjo pastumti Sedną tolyn nuo ją išsviedusio Neptūno, o pačius asteroidus išlaikyti susigrupavusius net ir be masyvesnės planetos poveikio. Taigi masyvi planeta nėra būtina, norint paaiškinti keistas asteroidų orbitas ar Sednos „atitrūkimą“ nuo likusių planetų. Tyrimo rezultatai pristatyti JAV astronomų sąjungos susitikime.

***

Tarpžvaigždinės kometų dulkės. Saulės sistema formavosi iš tarpžvaigždinių dulkių ir dujų debesies. Dulkės, besitrindamos tarpusavyje, veikiamos jaunos Saulės spinduliuotės, krisdamos į planetas ir kitais būdais buvo daugybę kartų suardytos ir formavosi iš naujo, taigi informacijos apie pirminę jų būseną nebeliko. Tačiau kai kuriose kometose, pasirodo, yra dulkių dalelių, išlikusių nepakitusių nuo senesnių laikų, nei Saulės sistemos amžius. Laboratorijoje ištyrę tarpplanetinių dulkių, greičiausiai atlėkusių iš kometų, mėginius, mokslininkai nustatė, kad daugelis jų turi inkliuzų, sudarytų iš stiklo su metalų bei sulfidų intarpais. Šie inkliuzai, mažesni nei mikrometro dydžio dariniai, turi aiškius daugiasluoksnio formavimosi pėdsakus – tai reiškia, kad jie augo nuo mažesnių pradmenų. Kai kurie inkliuzai turi neįprastus cheminių elementų izotopų santykius, o tai leidžia spręsti, kad jie susiformavo prie kitų žvaigždžių, kur šie santykiai skyrėsi nuo Saulės sistemos sąlygų. Ant šių inkliuzų matomi du anglies apvalkalai; išorinis apvalkalas išgaruotų vos 450 kelvinų (180 Celsijaus laipsnių) temperatūroje, taigi šios dulkės turėjo formuotis toli Saulės sistemos pakraščiuose arba išvis tarpžvaigždinėje terpėje. Šis atradimas, kaip ir ateityje laukiantis detalesnis dulkių sandaros bei struktūros nagrinėjimas, padės geriau suprasti tarpžvaigždinės terpės savybes, žvaigždžių ir planetų formavimosi procesą. Tyrimo rezultatai publikuojami Proceedings of the National Academy of Sciences.

***

Neužšąlančios prirakintos planetos. Prieš 635-750 milijonų metų Žemė buvo užšalusi į sniego gniūžtę – ledynai pasiekė pusiaują ir visa gyvybė buvo įkaltinta polediniuose vandenynuose. Nors šis laikotarpis sunaikino daugybę gyvybės rūšių, jis taip pat davė pradžią sudėtingų gyvybės formų atsiradimui, sekusiam beveik iškart po atšilimo. Ar gali panašūs periodai egzistuoti egzoplanetose? Tikrai gali, tačiau tai priklauso nuo įvairių sąlygų. Ištyrę idealizuotus planetų, esančių savo žvaigždžių gyvybinėse zonose, klimato modelius, mokslininkai nustatė, kad daugeliu atvejų pilni planetų apledėjimai įvyktų lėtai, gerokai lėčiau, nei Žemėje. Pavyzdžiui, potvyniškai prirakintose planetose, t. y. tose, kurios į savo žvaigždę visą laiką atsukusios vieną pusę, apledėjimas greičiausiai būtų lėtas ir tolygus. O jeigu toje planetoje jau egzistuoja gyvybė ir vyksta anglies dvideginio apykaitos procesai, didelio apledėjimo gali visiškai nebūti. Potvyniškai prirakintos turėtų būti beveik visos planetos, esančios mažesnių už Saulę M klasės nykštukių gyvybinėse zonose, taigi šis atradimas yra labai svarbus nagrinėjant jų tinkamumą gyvybei, ypač sudėtingesnei už vienalasčius organizmus. Kitame panašiame tyrime nustatyta, kad planetose, kurių sukimosi ašis į orbitos plokštumą pasvirusi daugiau nei 55 laipsniais (Žemės pasvirusi 23,5 laipsnio) apskritai galėtų egzistuoti stabilios ledynų juostos ties pusiauju, o pilni apledėjimai taip pat turėtų būti tolygūs, o ne staigūs, kaip Žemėje. Tyrimų rezultatai publikuojami Astrophysical Journal: pirmasis ir antrasis.

***

Egzoplanetos trinarėse sistemose. Iš daugiau nei trijų tūkstančių šiuo metu žinomų egzoplanetų vos kelios dešimtys yra trinarių žvaigždžių sistemose. Ar tai reiškia, kad planetos prie trinarių žvaigždžių egzistuoja labai retai, ar tiesiog nepakankamai gerai žiūrime? Anksčiau buvo manoma, kad trinarės sistemos yra pernelyg chaotiškos, kad planetos jose galėtų išsilaikyti ilgą laiką. Bet dabar nauji, labai išsamūs skaičiavimai parodė, kad visgi taip nėra. Ištyrę daugiau nei 45 tūkstančius galimų trinarės žvaigždžių sistemos ir planetų parametrų kombinacijų – nagrinėtos žvaigždžių masės ir orbitos bei planetų orbitos – nustatyta, kad egzistuoja daug kombinacijų, kurioms esant planetos gali būti stabilios dešimtis milijonų metų. Greičiausiai jos išlieka stabilios ir ilgiau, tiesiog modeliai nebuvo skaičiuojami ilgesnį laiką. Šis rezultatas parodo, kad planetos prie trinarių žvaigždžių turėtų būti gana dažnas reiškinys, tiesiog reikia nuodugniau jų ieškoti. Tyrimo rezultatai pristatyti JAV astronomų sąjungos susitikime.

***

Hipotetinė egzoplanetų sistema. Saulės sistemoje yra viena gyvybei tinkama planeta – Žemė. Venera ir Marsas yra artimos tokioms, bet visgi nepatenka į šiandieninę Saulės gyvybinę zoną. Kitose planetų sistemose gyvybingų planetų gali būti ir daugiau – pavyzdžiui, TRAPPIST-1 sistemoje tokios yra trys. Ar egzistuoja teorinis maksimumas? Realiose sistemose sudėtinga būtų į gyvybinę zoną sutalpinti daugiau nei kelias planetas, tačiau hipotetinėse dirbtinai sukurtose sistemose situacija gali būti visiškai kitokia. Egzoplanetas tyrinėjantis mokslininkas Seanas Raymondas savo bloge aptaria įvairias fantastines egzoplanetas, o neseniai pristatė porą idėjų, kaip sukurti šimtus, o gal net milijoną, gyvybei tinkančių planetų turinčią sistemą. Tokioje sistemoje planetos suktųsi ne aplink žvaigždę, bet aplink milijoną kartų už Saulę masyvesnę supermasyvią juodąją skylę. Tada planetas būtų galima sutalpinti šimtą kartų tankiau, nei aplink žvaigždę, ir jos išliktų stabilios. Saulės gyvybinėje zonoje teoriškai galėtų tilpti šešios Žemės (bet tik tokiu atveju, jei nebūtų kitų planetų – Jupiterio gravitacija sumažina stabilių orbitų skaičių), o aplink juodąją skylę – net 550. Maža to, kiekvienoje iš šių orbitų būtų galima sutalpinti po 4000 planetų, kurios visos irgi stabiliai skristų tvarkingu apskritimu aplink juodąją skylę. Taigi iš viso tokioje sistemoje galėtų būti daugiau nei milijonas planetų. Kaip jas padaryti tinkamas gyvybei? Orbitoje aplink juodąją skylę įtupdyti ir vieną, o gal kokias devynias, į Saulę panašias žvaigždes; tiesa, antru atveju ir gyvybinė zona prasiplėstų iki tris kartus didesnio spindulio. Planetų judėjimo greičiai tokioje sistemoje siektų kelis ar net 10% šviesos greičio, taigi nuskristi į gretimose orbitose esančias planetas būtų praktiškai neįmanoma dėl greičių skirtumo. Iš kitos pusės, visos planetos, esančios vienoje orbitoje, būtų pasiekiamos lengviau, nei Mėnulis iš Žemės. Tokia sistema, savaime suprantama, realiai susiformuoti negalėtų, tačiau iš principo gyvybinė zona galėtų egzistuoti aplink supermasyvias juodąsias skyles galaktikų centruose, o ten esančios laisvai skraidančios planetos galėtų būti tinkamos gyvybei, jei aplinkinių žvaigždžių gravitacija stipriai nedarkytų jų orbitų. Plačiau apie šias idėjas galite paskaityti Seano Raymondo bloge Planetplanet.

***

Nanodeimantų skleidžiamos mikrobangos. Kai kurie regionai Galaktikoje skleidžia anomalią mikrobangų spinduliuotę – spinduliuotę, kurios kol kas nepavyko paaiškinti jokiais žinomais procesais. Pagrindinė kilmės hipotezė yra labai greitai besisukančios mažos dalelės, tačiau iki šiol neaptikta, kokios tos dalelės galėtų būti. Dabar pristatyti stebėjimų rezultatai, kuriais spinduliuotė susiejama su nanodeimantų egzistavimu. Nanodeimantai aptikti trijuose iš 14 tirtų protoplanetinių diskų; tuose pačiuose trijuose diskuose aptikta ir anomali mikrobangė spinduliuotė. Jokia kita molekulė, elementas ar dalelė tokios koreliacijos nerodo. Apskaičiuota, kad stebimą spinduliuotės intensyvumą galėtų paaiškinti greitai besisukantys maždaug vieno nanometro spindulio nanodeimantai, kurių bendra masė sudaro mažiau nei 2% visos protoplanetiniame diske esančios anglies masės. Šis atradimas padės geriau paaiškinti bendrą Galaktikos mikrobangų spinduliuotės foną. Tai leis ir geriau suprasti tarpžvaigždinės terpės savybes, ir tiksliau tyrinėti kosminį mikrobangų foną, kurį reikia kuo tiksliau atskirti nuo Galaktikoje esančių šaltinių taršos. Tyrimo rezultatai publikuojami Nature Astronomy.

***

Paukščių Tako formavimasis. Pagal dabartinį Visatos evoliucijos supratimą, galaktikos formuojasi iš mažesnių komponentų, kurie jungiasi į vis didesnius. Kiekviena galaktika, taip pat ir mūsų Paukščių Takas, per savo gyvenimą patiria daugybę susiliejimų su kitomis. Kai kurie susiliejimai yra dideli, kai jungiasi panašaus dydžio galaktikos; kiti – maži, kai viena galaktika suvalgo gerokai mažesnę. Visi šie reiškiniai palieka pėdsakus galaktikos hale, o detalūs žvaigždžių padėčių ir orbitų stebėjimai leidžia šiuos pėdsakus aptikti. Dabar pristatyti Saulės aplinkos žvaigždžių stebėjimai, kurie leidžia įvertinti Galaktikos augimo istoriją. Maždaug kiloparseko atstumu aplink Saulę esančių žvaigždžių duomenys, surinkti Gaia kosminės observatorijos, leido sugrupuoti maždaug 6000 halui priklausančių žvaigždžių pagal orbitas. Taip aptikti penki nedideli žvaigždžių telkiniai ir vienas didelis, pasklidęs jų srautas. Mažieji telkiniai greičiausiai yra išardyti nykštukinių galaktikų branduoliai, žymintys mažus praeityje vykusius susiliejimus, tuo tarpu didysis srautas turėtų būti didelio susiliejimo, galbūt sujaukusio visą Galaktikos diską, palikimas. Toks didelis telkinių kiekis rodo, kad susiliejimai yra dažnas reiškinys – tą prognozuoja ir skaitmeniniai galaktikų formavimosi modeliai. Tyrimo rezultatai publikuojami Astrophysical Journal.

***

Savaitės filmuke pasakojama apie labai fundamentalų dalyką – tvermės dėsnius. Mes visi žinome, kad energija yra tvarus dydis – iš niekur neatsiranda ir niekur nedingsta. Galbūt esate girdėję ir apie kitus tvarius dydžius – judesio kiekį ar judesio kiekio momentą. Kiekvienas iš šių tvermės dėsnių yra susijęs su tam tikra simetrija – fizikos dėsnių vienodumu, pakeičiant koordinates. Energijos tvermė galioja tik tada, kai fizikos dėsniai nesikeičia laikui bėgant, judesio kiekio – kai nesikeičia skirtingose erdvės vietose, ir taip toliau. Plačiau apie šį ryšį tarp tvermės dėsnių ir simetrijų pasakoja PBS Space Time:

***

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

Laiqualasse

One comment

  1. Po daug daug metų sulaukėm (nu ok.. Liepos pabaigoje būsim sulaukę :D) padorios Marso opozicijos. Jau atrodo pavyks daugiau detalių pamatyt ir WHAM! Detalės praranda ryškumą po dulkėmis..

Komentuoti: Henrikas Atšaukti atsakymą

El. pašto adresas nebus skelbiamas. Būtini laukeliai pažymėti *