Kąsnelis Visatos CDXLIII: Atmosferos

Žemės atmosfera saugo mus nuo įvairių kosmoso blogybių, pavyzdžiui meteoroidų smūgių. Taip pat atmosfera, kartu su kitais procesais, nugludina didesnių meteoritų paliktus kraterius, todėl tampa nebeįmanoma tyrinėti praeities smūgių padarinių. Kitų planetų atmosferos, pavyzdžiui Veneros ar Jupiterio, trukdo stebėti jų kietą paviršių (Jupiteris greičiausiai irgi tokį turi, tik labai labai giliai). O patraukus atmosferą, problema išnyksta. Mėnulio kraterių stebėjimai padeda datuoti Žemės bombardavimų laikotarpius. Radaro nuotraukos bei skaitmeniniai modeliai leidžia suprasti Veneros paviršiaus evoliuciją. O egzoplaneta, panaši į atmosferos netekusį Saturną, galbūt leis išsiaiškinti dujinių planetų gelmių savybes. Kitose naujienose – neįprastos supernovos evoliucijos modelis, kosminio plėtimosi greičio tikslinimas ir pirma planetų nuotrauka prie į Saulę panašios žvaigždės. Gero skaitymo!

***

Meteorai sukėlė didžiausią ledynmetį? Žemę per jos gyvenimą nuolatos daužė įvairaus dydžio meteoroidai. Kai kurie krateriai matomi ir šiandien, bet tektoninis bei vulkaninis aktyvumas, atmosferiniai, biologiniai ir hidrologiniai procesai juos laikui bėgant užlygina. Tad nustatyti, kaip dažnai meteoritai krisdavo ant Žemės tolimoje praeityje – nelengva. Bet tą padaryti įmanoma tyrinėjant Mėnulį, kuriame erozija praktiškai nevyksta. Naujame tyrime pristatoma detali 59 didelių Mėnulio kraterių analizė. Visų šių kraterių skersmuo viršija 20 kilometrų; juos sukūrė maždaug kilometro ir didesni meteoritai. Suskaičiavę, kiek ir kokio dydžio mažesnių kraterių yra šių didžiųjų kraterių aplinkoje, tyrėjai nustatė didžiųjų kraterių amžių. Paaiškėjo, kad net aštuoni iš 59 kraterių susiformavo tuo pačiu metu – prieš 800 milijonų metų. Taigi tuo laikotarpiu Mėnulį, o kartu ir Žemę, meteoroidai trankė daug dažniau, nei ankstesniais ir vėlesniais laikais. Tyrėjų teigimu, šis pokytis greičiausiai susijęs su asteroidu 495 Eulalija, kurio orbita artimai Žemei. Panašu, kad prieš 800 milijonų metų jis susidūrė su kitu ir subyrėjo į gabalus, o tai, ką matome dabar, yra tik ankstesnio didesnio asteroido liekana. Smūgio metu pažirusios nuolaužos ėmė kristi ir į Žemę bei Mėnulį. Žemę galėjo pasiekti apie 30-60 kartų daugiau kosminės medžiagos, nei Čikskulubo meteoritas, sukėlęs dinozaurų išnykimą prieš 66 milijonus metų. Toks stiprus bombardavimas tikrai turėjo pasekmių Žemės klimatui – jis gali paaiškinti, kodėl prieš maždaug 720 milijonų metų Žemė užšalo į ledo gniužulą. Pasibaigus šiam periodui, prieš 635 milijonus metų, prasidėjo spartus gyvybės rūšių įvairovės augimas – Ediakaro periodas. Tad gali būti, kad asteroidų susidūrimas Žemės orbitos apylinkėse buvo labai reikšmingas sudėtingų gyvybės formų atsiradimui mūsų planetoje. Tyrimo rezultatai publikuojami Nature Communications.

***

Keistų meteoritų kilmė. Meteoritai skirstomi į dvi pagrindines grupes – chondritinius ir achondritinius. Pirmieji turi chondrulių – mažų sferinių inkliuzų, kurie rodo, jog meteorito motininis kūnas nebuvo išsilydęs ir diferencijavęsis į branduolį, mantiją ir plutą. Achondritiniai chondrulių neturi, juose randama ir kitų lydymosi požymių. Bet egzistuoja grupė meteoritų, vadinamų IIE geležiniais, kurie atrodo tarsi kilę iš vieno motininio kūno, nors tarp jų yra ir chondritų, ir achondritų. Naujame tyrime nagrinėjama jų kilmė. Poroje IIE geležinių meteoritų aptikti nikelio-geležies mineralai, kurių struktūra rodo juos susiformavus veikiant magnetiniam laukui. Lauko stipris galėjo būti panašus į dabartinio Žemės magnetinio lauko. Taigi greičiausiai mineralai formavosi pirmykštėje planetesimalėje (besiformuojančioje planetoje), kuri turėjo bent keliasdešimties kilometrų skersmens skystą branduolį, generuojantį magnetinį lauką. Skaitmeniniai modeliai parodė, kad skysto branduolio medžiaga po susidūrimo su kitu kūnu galėjo įstrigti mantijoje ar plutoje. Vėliau, planetesimalei subyrėjus, šie inkliuzai tapo meteoroidų dalimi ir galiausiai nukrito į Žemę. Dalis IIE geležinių meteoritų kilo iš planetesimalės plutos, kuri buvo šalta ir chondritinė, dalis – iš achondritinės mantijos. Toks kūnas galėjo susiformuoti, jei jo augimo periodas truko ilgiau nei milijoną metų – kitu atveju jis būtų arba visas chondritinis, arba visas išsilydęs. Įdomu, kad tokių planetesimalių galėjo būti ne viena, ir dalis galėjo išlikti iki šių dienų. Iš išorės tokie kūnai atrodytų visiškai chondritiniai, ir tik ištyrus jų gelmes būtų galima nustatyti, ar ten buvo bent dalinai išsilydžiusių uolienų. Tyrimo rezultatai publikuojami Science Advances.

***

Mėnuleigiai buvo neatsiejama trijų Apollo misijų dalis, taip pat jie bus naudojami ir Artemis misijose, kai žmonės grįš į Mėnulį. Kokie jie buvo praeityje ir kokie planuojami dabar, pasakoja Fraser Cain:

***

Aktyvūs ugnikalniai Veneroje? Venera, priešingai nei Žemė, neturi tektoninių plokščių, tad karšta mantijos medžiaga su pluta sąveikauja kitaip. Viena iš sąveikos rūšių – karštų mantijos burbulų judėjimas aukštyn ir veržimasis į plutą. Jis pasireiškia ugnikalnių išsiveržimais ir plutos deformacija. Neabejotina, kad tokie reiškiniai Veneroje vyko praeityje, gal net palyginus visai neseniai. Bet ar vyksta jie dabar? Naujo tyrimo autoriai teigia, kad taip. Naudodami skaitmeninius modelius, jie ištyrė, kaip vystosi mantijos burbulo ir plutos sąveika priklausomai nuo įvairių parametrų. Įprastai sąveikos vietoje formuojasi vainikas – apvali struktūra. Besivystančio vainiko vidurys yra iškilęs, jį supa gilūs grioviai, o nurimusio – priešingai. Taigi pagal darinių aukštį galima nustatyti vainikų amžių. Taip paaiškėjo, kad Veneroje yra bent 37 dar besivystantys vainikai – aktyvių tektoninių procesų požymiai. Dauguma jų išsidėstę pietų pusrutulyje, arti ašigalio ir planetą juosiančioje juostoje ties vidurinėmis platumomis. Ateityje būtų galima patikrinti, ar tuose regionuose Veneros plutos savybės skiriasi nuo kitų ir taip dar geriau išsiaiškinti, ką slepia antroji nuo Saulės planeta. Tyrimo rezultatai publikuojami Nature Geoscience.

***

Žvaigždė TYC 8998-760-1 ir dvi jos planetos. Šaltinis: ESO/Bohn et al. (2020)

Tiesiogiai nufotografuoti egzoplanetos vaizdą yra sudėtinga, ypač dėl to, kad greta esanti žvaigždė nustelbia planetos spinduliuotę milijonus kartų. Bet kartais tai pavyksta, o čia matome pirmą egzoplanetų prie Saulės masės žvaigždės nuotrauką. Žvaigždė TYC 8998-760-1 yra labai jauna, vos 17 milijonų metų, bet jau turi bent dvi masyvias palydoves – 14 ir 6 kartus masyvesnes už Jupiterį.

***

Vienas tranzitas planetos atradimui. Tranzitų metodas yra produktyviausias egzoplanetų paieškos būdas. Juo ieškoma atvejų, kai planeta praskrieja tarp mūsų ir savo žvaigždės, taip pastarąją truputį pritemdydama. Bet vienas pritemimas dar neįrodo, kad tai – planetos tranzitas: pritemti žvaigždė gali ir dėl dėmių ar dėl atsitiktinių objektų tarp jos ir mūsų. Turint du, o dar geriau – tris tranzitus, galima nustatyti periodiškumą ir identifikuoti planetą. Šiuo metu tą daro NASA kosminis teleskopas TESS, tačiau jis keičia stebimą dangaus plotą kas 30 parų. Jei per tokį laikotarpį neįvyksta du planetos tranzitai, planeta neatrandama. Kitaip tariant, TESS gali aptikti tik labai arti savo žvaigždžių esančias planetas. Bet kartais TESS per 30 parų užfiksuoja vieną galimą tranzitą – tokias žvaigždes vėliau galima sekti ilgesnį laiką kitais instrumentais. Taip padaryta žvaigždės TOI 1847 atveju: po TESS stebėjimų ją astronomai stebėjo Čilėje esančiu NGTS tranzitų gaudymo teleskopu. Stebėjimai pasiteisino – atrastas antras tranzitas bei išmatuotas žvaigždės radialinis greitis; šie duomenys leido apskaičiuoti planetos orbitos periodą, kuris lygus 35 su puse Žemės paros. Planeta yra maždaug Saturno dydžio, o jos paviršiaus temperatūra siekia apie 170 Celsijaus laipsnių. Nors ir aukšta, tai yra viena žemiausių dujinės milžinės, aptiktos tranzitų būdu, temperatūrų. Tokie apjungti stebėjimai – TESS apžvalgos duomenų panaudojimas parinkti taikinius ilgesniems stebėjimams antžeminiais teleskopais – ateityje gali leisti aptikti daug daugiau ilgesnio periodo planetų, nei būtų įmanoma rasti naudojant tik kurį nors vieną instrumentą. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

TRAPPIST-1 sistemos planetų atmosferos. 2017 metais paskelbta, kad už 12 parsekų esančioje TRAPPIST-1 sistemoje egzistuoja net septynios uolinės, maždaug Žemės dydžio planetos. Nuo tada daugybėje tyrimų nagrinėjama, ar kuro nors iš planetų gali būti tinkama į žemišką panašiai gyvybei. Naujame straipsnyje apžvelgiami dabartiniai tyrimai apie sistemos planetų atmosferas. Stebėjimų ir skaitmeninių modelių rezultatai kol kas duoda vieną aiškią išvadą – planetos tikrai neturi vandenilio dominuojamų atmosferų. Tai reiškia, kad arba jos visai neturi atmosferų, arba atmosferose dominuoja sunkesnės molekulės, pavyzdžiui anglies dvideginis, vanduo, azotas ar deguonis. Tokios molekulės daug tinkamesnės gyvybei, tad galima nusiteikti optimistiškai. Tvirtai atsakyti, ar kuri nors planeta turi atmosferą, bus galima naudojantis James Webb kosminiu teleskopu ir kitais naujos kartos prietaisais, kurie darbą pradės artimiausiais metais. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Egzoplanetų atmosferų evoliucija. Tarp egzoplanetų žinoma nemažai (super)žemių – uolinių planetų, panašių į mūsiškę ar už ją didesnių. Taip pat yra daug dujinių milžinių, tokių kaip Saturnas ar Jupiteris, bei ledinių milžinių, kaip Neptūnas. Tarpinių tarp Žemės ir Neptūno dydžio planetų yra gerokai mažiau, bent jau arti žvaigždžių, kur planetos paviršiaus temperatūra tinkama skystam vandeniui egzistuoti. Tai leidžia spręsti, kad tokios planetos, jei ir susiformuoja, ilgai neišlaiko atmosferų ir tampa mažesnės. Naujame tyrime nagrinėjama tokių planetų atmosferos evoliucija. Darant prielaidą, kad jos susiformuoja su stora atmosfera, daugiausiai sudaryta iš vandenilio – tokios turėtų būti visos pirmykštės atmosferos – išnagrinėta, kaip atmosfera pabėga ir ar gali vėliau atsikurti nauja atmosfera, panaši į Žemės ar Veneros. Žemės ir Veneros atmosferos vadinamos antrinėmis: jos susiformavo dėl vulkaninių ir kitokių procesų, dujoms išsiskiriant iš įvairių uolienų ar lakių junginių. Modeliai parodė, kad jei planeta netenka pirminės atmosferos, kartu išgaruoja ir antrinės atmosferos komponentės – sunkesnės dujinės molekulės, tokios kaip anglies dvideginis. Vėlesnio vulkaninio aktyvumo nepakanka, kad susidarytų nauja atmosfera. Tiesa, jei planetą dengia vanduo, gali susidaryti atmosfera iš vandens garų. Taigi jei norime rasti uolines egzoplanetas, turinčias į Žemės panašias atmosferas, reikėtų ieškoti planetų, kurios formavosi be tankaus vandenilio apvalkalo, arba kurių spinduliai yra gana dideli, rodantys didelį vandens kiekį. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Ypatingai masyvi uolinė planeta. Uolinės egzoplanetos įprastai būna iki 10-15 kartų masyvesnės už Žemę; dar masyvesnių planetų pagrindinė sudedamoji dalis jau yra ledas, kaip Neptūno. Bet dabar atrasta uolinė planeta, kurios masė Žemės viršija net 40 kartų. Planeta TOI 849b skrieja aplink žvaigždę, kurią nuo mūsų skiria daugiau nei 200 parsekų. Planetos metai trunka vos 18 valandų, taigi ji skrieja labai arti savo žvaigždės. Tokiu atstumu esančių planetų atmosferos įprastai būna labai išsipūtusios ir garuoja; šiuo atveju greičiausiai stebime atvejį, kai planeta jau prarado visą savo atmosferą. Turint omeny, kad jos spindulys Žemės spindulį viršija tik 3,4 karto, planetos tankis yra didesnis, nei mūsiškės. Tai leidžia spręsti, kad praeityje ji buvo daug masyvesnė, taigi branduolį spaudė ne tik uolienos, bet ir labai stora atmosfera. Tolesni sistemos tyrimai gali padėti geriau pažinti ir Saulės sistemos dujinių planetų – Jupiterio ir Saturno – branduolius, kurių įžiūrėti negalime pro storą atmosferą. Tyrimo rezultatai publikuojami Nature.

***

Porinio nestabilumo supernovos raida. Žvaigždžių sprogimai – supernovos – yra kelių rūšių. Dažniausiai pasitaiko vadinamosios branduolio kolapso supernovos, kai žvaigždės branduolyje prisikaupia geležies ir termobranduolinės reakcijos nebegamina energijos. Tada centrinė žvaigždės dalis sukrenta į kompaktišką kūną – neutroninę žvaigždę arba juodąją skylę – o išoriniai sluoksniai numetami į šalis, taip pat išspinduliuojant labai daug energijos. Tuo tarpu labai masyvios žvaigždės gyvenimus baigia kitokia – porinio nestabilumo – supernova. 140-260 kartų už Saulę masyvesnių žvaigždžių centre temperatūra pakyla tiek, kad fotonai ima formuoti elektronų-pozitronų poras, todėl pradeda kristi slėgis, žvaigždė traukiasi, reakcijų greitis išauga, porų gamyba spartėja, slėgis dar labiau krenta ir ciklas vis greitėdamas sukasi tol, kol žvaigždė išlaksto į šipulius. Sprogimas dažnai yra apie šimtą kartų ryškesnis, nei kitų supernovų, taigi vadinamas hipernova. Prieš sprogimą žvaigždės centrinėje dalyje pagaminama daug radioaktyvaus nikelio, kuris gali iš dalies paaiškinti didelį šviesį ir ilgą liekanos švytėjimo trukmę. Naujame tyrime pristatomas detaliausias tokios supernovos liekanos plitimo modelis, apimantis 300 parų po sprogimo. Ankstesni panašūs modeliai apimdavo tik 30 parų laikotarpį, tad negalėjo įvertinti radioaktyvaus nikelio poveikio supernovos liekanai. Skaičiavimai parodė, kad maždaug 30% nikelio skilimo metu išskiriamos energijos sunaudojama įgreitinant liekanos dujas, o likę 70% – jos šviesiui padidinti. Nikelis mažai maišosi su išoriniais liekanos sluoksniais, tad tiesiogiai jį aptikti gali būti sudėtinga, bet jo poveikį liekanos plėtimuisi ir švytėjimui galima identifikuoti. Porinio nestabilumo supernovos greičiausiai buvo daug dažnesnės ankstyvoje Visatoje, nes pirmosios žvaigždės vidutiniškai buvo masyvesnės, nei šiandien. Taigi šie rezultatai padeda geriau suprasti ir pirmųjų supernovų poveikį Visatos cheminei sudėčiai. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Nuolatinės gravitacinės bangos dvinarėse. Kol kas aptikti gravitacinių bangų signalai buvo trumpalaikiai, susidarantys jungiantis juodosioms skylėms arba neutroninėms žvaigždėms. Bet yra ir kitokių galimybių. Pavyzdžiui, dvinarėse sistemose, kuriose mažos masės žvaigždė sukasi aplink neutroninę žvaigždę, gravitacinės bangos gali formuotis nuolatos, nes neutroninę žvaigždę deformuoja kompanionės gravitacija, ir besisukdama aplink savo ašį ji „sumaišo“ erdvėlaikį. Naujame tyrime pristatoma penkių tokių dvinarių žvaigždžių analizė. Tyrėjai pasinaudojo Advanced LIGO detektorių poros duomenimis, surinktais 2016-2017 metų stebėjimų laikotarpiu. Tokios dvinarės sistemos skleidžia daug rentgeno spindulių, kuriuos naudodami mokslininkai apskaičiavo neutroninių žvaigždžių sukimosi periodus; tikėtinas gravitacinių bangų signalo periodas turėtų būti panašus. Išanalizavus Advanced LIGO duomenis aptikta keletas galimų signalų, kurių statistinio patikimumo nepakanka, kad juos būtų galima įvardinti kaip tikrus. Tačiau intriga išlieka; artimiausiu metu tyrėjai ketina pakartoti analizę, naudojant naujesnius, 2019-2020 metų duomenis. Didesnis detektoriaus jautrumas ir duomenų kiekis turėtų leisti atskirti, kurie signalai buvo netikri, ir išsiaiškinti, ar iš šių dvinarių sklinda nuolatiniai erdvėlaikio svyravimai. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Kosminės struktūros netolygumų matavimas. Mūsų Visata plečiasi ir tą daro greitėdama, tačiau kaip greitai vyksta plėtimasis – neaišku. Pastaraisiais metais plėtimąsi aprašantis parametras, vadinamas Hablo konstanta, išmatuojamas vis tiksliau, bet du skirtingi matavimo būdai duoda vis labiau besiskiriančius rezultatus. Hablo konstanta išreiškiama kaip greitis, padalintas iš atstumo – kilometrai per sekundę vienam megaparsekui; padauginę konstantą iš atstumo iki tolimos galaktikos, sužinosime greitį, kuriuo ji tolsta nuo mūsų (jei galaktiką nuo mūsų skiria daugiau nei 500 megaparsekų, formulė tampa sudėtingesnė, bet vis tiek aiškiai apibrėžiama). Konstantos matavimai, paremti aplinkinių galaktikų stebėjimais ir atstumo iki jų nustatymu, duoda vertę ~74 km/s/Mpc, tuo tarpu skaičiavimai, paremti kosminės foninės spinduliuotės netolygumais, duoda mažesnę vertę ~68 km/s/Mpc. Yra įvairių kitų būdų konstantos vertei apskaičiuoti, bet jie kol kas nėra pakankamai tikslūs, kad aiškiai paremtų vieną ar kitą atsakymą. Bet vienas pakankamai tikslus būdas yra – kosminių struktūrų netolygumų matavimai. Galaktikos ir jų spiečiai kosmose išsidėstę ne visai tolygiai, o jų sutankėjimus skiria daugmaž periodiški atstumai. Šių periodų dydžiai bei sutankėjimų stiprumai priklauso nuo Visatos plėtimosi greičio. Tokių netolygumų, vadinamų barionų akustiniais svyravimais (BAO) matavimai daromi jau senokai; praeitą savaitę paskelbti detaliausi rezultatai, paremti daugybės galaktikų stebėjimais SDSS apžvalginiame projekte. Tarp daugybės kitų rezultatų – galaktikų, aktyvių galaktikų, gravitaciškai lęšiuojančių sistemų ir kt. pasiskirstymų Visatoje – apskaičiuotos ir kosmologinių parametrų vertės. Gaunama Hablo konstantos vertė – apie 68 km/s/Mpc, t. y. puikiai atitinkanti kosminės foninės spinduliuotės matavimų duodamą atsakymą. Nors šie rezultatai nėra visiškai nepriklausomi vienas nuo kito, tai vis tiek sustiprina mažesniosios Hablo konstantos vertės patikimumą. Tyrimo rezultatai pristatomi net dvidešimtyje straipsnių, kuriuos rasite arXiv. Kosmologinių parametrų vertinimai pateikiami šiame straipsnyje.

***

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

Laiqualasse

One comment

  1. Na gan įdomi teorija dėl kriogeno perdiodo įvykimo, reikės pasiskaityti, norėčiau tik pridurti nežinantiems, kokia dabar vyrauja teorija aiškinanti kriogeno priežastis – skilo Gondvanos žemynas ir suaktyvėjo CO2 išėmimas iš atmosferos biologiniu būdu (jaunose sekliose jūrose gausiai užsiveisė gyvybė) bei padidėjo žemyno vandens erozija ir nuplauti jonai vandenynuose jungėsi su anglies rūgštimi patekusia iš atmosferos. Taip iškrito karbonatinės uolienos, kurios randamos prieš ir po ledynmečio. Po jos ten atsirado staigiai užkilus CO2 lygiui – vėl buvo daug kam iškristi, bet jau ne be taip katastrofiškai.

Komentuoti: Pumpurėlio nešėjas Atšaukti atsakymą

El. pašto adresas nebus skelbiamas. Būtini laukeliai pažymėti *