Kąsnelis Visatos CDLVIII: Tarptautinės kosminės stoties jubiliejus

Praeitą savaitę sukako 20 metų, kai Tarptautinėje kosminėje stotyje nuolat dirba įgula. Šis puikus tarptautinio bendradaviavimo kosmoso tyrimuose pavyzdys leidžia tikėtis, kad ateityje kosmosą žmonės tyrinės, ir gal net kolonizuos, vis geriau. Tarp išskirtinių tyrimų planų – Jupiterio palydovo Europos ir Saturno palydovo Titano zondai, apie kuriuos užuominų irgi rasite žemiau. Titane, štai, atrasta nauja įdomi molekulė, kurios anksčiau atmosferose nebuvome aptikę. Tolimesnio kosmoso naujienose – į Žemę panašių planetų skaičiaus vertinimai, tarpgalaktinių gijų rentgeno spinduliuotė ir galimai išaiškinta greitųjų radijo žybsnių prigimtis. Gero skaitymo!

***

Tarptautinės kosminės stoties dvidešimtmetis. 2000 metų lapkričio 2 dieną į Tarptautinę kosminę stotį (TKS) atvyko pirmoji trijų astronautų ekspedicija. Nuo to laiko ten nuolatos yra žmonių – jau 20 metų. Pradėta planuoti dar devintajame dešimtmetyje, TKS sunkiai kilo nuo Žemės (pun absolutely intended), bet galiausiai tapo didžiulės tarptautinio bendradarbiavimo sėkmės pavyzdžiu. 100 milijardų dolerių jau kainavusią stotį daugiausiai išlaiko JAV ir Rusija, tačiau apskritai prie šio projekto prisideda kone šimto šalių mokslininkai. Daugybė eksperimentų, per 20 metų atliktų stotyje, atskleidė, kaip žmonės ir kitos biologinės sistemos reaguoja į mikrogravitaciją, padėjo ruoštis kitoms žmonių kosminėms misijoms, bandyti naujas technologijas ir kitaip plėsti žmoniją į kosmosą. Ir šie darbai dar nesibaigia – naujausios sutartys užtikrina TKS darbą iki 2030-ųjų. Tiesa, artimiausiu metu stoties veikla šiek tiek keisis – ji taps prieinama turistams, atviresnė privačių kompanijų tyrimams ir komerciniams užsakymams. Bet tai – visai logiška, nes per artimiausius dešimt metų Žemės orbitoje turėtų atsirasti daugiau panašių statinių: viešbučių, pramogų parkų, gamyklų ir panašiai. Ir visa tai dėl TKS nutiesto kelio.

***

Jauno Merkurijaus plutos evoliucija. Merkurijus yra neįprasta planeta – jis turi santykinai labai masyvų branduolį ir ploną mantiją bei plutą. Pluta irgi turi keistų savybių, pavyzdžiui, joje yra santykinai daug lakiųjų elementų, tokių kaip kalis. Jie niekaip negalėjo būti planetoje nuo pat jos atsiradimo, nes arti Saulės, kur formavosi Merkurijus, būtų tiesiog išgaravę. Taigi šiuos elementus į planetą atnešė asteroidai ir kometos – panašiai, kaip vandenį į Žemę. Bet kraterių skaičius Merkurijuje yra gerokai mažesnis, nei reikėtų tokiam kiekiui lakiųjų elementų atnešti į planetą. Naujame tyrime mokslininkai pateikia galimą neatitikimo paaiškinimą. Jie apskaičiavo, kiek energijos skirtingo dydžio asteroidai gali perduoti Merkurijaus plutai ir įvertino, koks būtų galimas ilgo bombardavimo rezultatas. Pritaikę iš kitų stebėjimų žinomus apribojimus, kiek apskritai asteroidų galėjo nukristi į Merkurijų, tyrėjai nustatė, kad bombardavimo metu viršutinis 50m-10km storio plutos sluoksnis galėjo tiesiog išsilydyti. Taip pat išsilydė ir maždaug pusė kritusių asteroidų masės, o likusi pusė turbūt išgaravo. Taigi Merkurijaus paviršius bombardavimo metu, prieš daugiau nei 4 milijardus metų, galėjo visiškai atsinaujinti. Dabar ten matomi krateriai susiformavo jau seniau. Modelis prognozuoja, kad lakieji elementai turėtų būti pasklidę daugmaž tolygiai planetos paviršiuje. Šią prognozę galės patikrinti ESA zondas BepiColombo, kuris jau skrenda Merkurijaus link, o planetą pasieks 2026 metais. Tyrimo rezultatai publikuojami Icarus.

***

Vandens pėdsakai Marso meteorite. Vanduo į Žemę atkeliavo su meteoritais ir kometomis, kai planeta jau buvo susiformavusi. Į Marsą turbūt taip pat. Bent jau taip įprastai aiškinama vandens kilmė uolinėse planetose, kurios formavosi arčiau Saulės, nei vadinamoji sniego linija, už kurios vandens garai susikondensuoja į ledą. Visgi kai kurie mokslininkai teigia, kad vanduo planetose galėjo atsirasti dar formavimosi metu, kartu su įvairiomis uolienomis. Nauja Marso meteorito analizė sustiprina antrąją hipotezę. Prieš keletą metų Sacharoje atrastas meteoritas NWA 7533 atskrido iš Marso; jį sudaro įvairių uolienų fragmentai, o seniausios uolienos yra net 4,4 milijardo metų. Tai yra seniausi žinomi Marso uolienų pavyzdžiai, kuriuos įmanoma detaliai ištirti. Spektroskopinė analizė parodė, kad meteorite esama oksidų – mineralų, reikšmingai sąveikavusių su deguonimi. Labiausiai tikėtina oksiduojanti aplinka yra vanduo, taigi galima pagrįstai teigti, kad prieš 4,4 milijardo metų Marse būta skysto vandens. Nors jau seniai aptikta daug vandens pėdsakų Marso paviršiaus struktūrose, neaišku, kaip skystas vanduo galėjo egzistuoti planetoje, kai ją apšvietė blausesnė jauna Saulė. NWA 7533 analizė siūlo sprendimą: Marsą šildė asteroidų smūgiai ir pi jų sekę oksidacijos procesai, kurių metu į atmosferą išmesta daug vandenilio ir galimai kitų šiltnamio efektą sukeliančių dujų. Jei prieš 4,4 milijardo metų Marse buvo vandens, tai reiškia, kad jis ten pateko planetai dar formuojantis. Marsas, kaip ir Žemė, susiformavo prieš 4,4-4,5 milijardo metų. Tyrimo rezultatai publikuojami Science Advances.

***

Marso trojėnas primena Mėnulį. Kiekvienos planetos orbitoje yra du taškai, kuriuose kaupiasi įvairios dulkės ir asteroidai. Jie vadinami ketvirtuoju ir penktuoju Lagranžo taškais, ir nuo planetos nutolę šeštadalį kelio aplink Saulę į vieną ir kitą pusę. Ten esantys asteroidai bendrai vadinami trojėnais. Marso Lagranžo taškuose skrieja bent devyni trojėnai, o neseniai paskelbta jų analizė parodė, kad visi, išskyrus vieną, greičiausiai yra išmuštos Marso uolienos; tuo tarpu devintasis galimai atkeliavo nuo mūsų Mėnulio. Jau seniau žinoma, kad didžiausias iš Marso trojėnų, (5261) Eureka, sudėtyje turi daug mineralo olivino. Olivinas – magnio/geležies silikatas – būdingas planetų plutoms, bet ne asteroidams. Naujame tyrime nustatyta, kad tokia pačia sudėtimi pasižymi ir dar septyni asteroidai-trojėnai, taigi jie greičiausiai atskilo nuo tos pačios Eurekos. O Eureka turbūt buvo išmušta iš Marso paviršiaus, į jį pataikius kitam asteroidui. Skaitmeniniai modeliai taip pat parodė, kad labiau tikėtina Marso trojėnų kilmė yra planetos paviršius, o ne, tarkim, Asteroidų žiedas. Bet vienas iš devynių trojėnų yra kitoks. (101429) 1998 VF31 sudėtyje aptikta pirokseno, kurio daug Mėnulio paviršiuje, taip pat Mėnulio ir kai kuriuose Marso meteorituose, bet štai Marso paviršiuje – nedaug. Taigi gali būti, kad šis trojėnas į Marso orbitą atmigravo iš Mėnulio; nuo mūsų palydovo paviršiaus jį taip pat turėjo išmušti asteroido smūgis. Žinoma, tai ne vienintelė galimybė – trojėnas galėjo atlėkti ir iš Asteroidų žiedo ar net būti išmuštas iš netipinės Marso paviršiaus vietos. Šie atradimai ir tolesni Marso trojėnų tyrimai padės geriau suprasti planetų evoliuciją, jų sandaros pokyčius ir asteroidų smūgių į planetas poveikį. Tyrimo rezultatai publikuojami Nature (Marso trojėnų analizė) ir Icarus (į Mėnulį panašus trojėnas; nemokamą versiją rasite arXiv).

***

Viena iš įdomiausių vietų Saulės sistemoje nežemiškos gyvybės paieškoms yra Jupiterio palydovas Europa. Šiuo metu planuojama misija, kuri turėtų iki jos nuskristi ir tyrinėti palydovą iš orbitos. Visgi daug rimtesnis tikslas yra nuleisti zondą ant paviršiaus, o dar geriau – prasigręžti pro 5-10 km storio ledo sluoksnį ir tiesiogiai tyrinėti poledinį vandenyną. Kaip toks zondas galėtų veikti ir kaip jis komunikuotų su paviršiumi, Event Horizon kanale pasakoja NASA mokslininkas Robert Romanofsky:

***

Įdomi molekulė Titano atmosferoje. Saturno palydovas Titanas darosi vis įdomesnis – jo atmosferoje aptikta ciklopropenilideno molekulių. Šie junginiai, sudaryti iš trijų anglies ir dviejų vandenilio atomų, yra ypatingai reaktyvūs, tad anksčiau aptikti tik tarpžvaigždinėje erdvėje, šaltų dujų telkiniuose molekuliniuose debesyse. Atmosferose jų dar nebuvo aptikta, bet Titane jų šiek tiek egzistuoja viršutiniuose atmosferos sluoksniuose, kur nedaug kitų junginių, su kuriais ciklopropilenidenai galėtų sureaguoti. Anglies atomai šioje molekulėje sudaro trikampį, taigi molekulė yra ciklinė; tai tik antroji ciklinė molekulė, aptikta Titane; pirmoji buvo benzenas, turintis šešių anglies atomų žiedą. Benzenas yra daugybės organinių reakcijų Žemėje pagrindas; ciklopropilenidenas gyvybinėse reakcijose nedalyvauja, bet gali būti reikšmingas panašaus reakcijų ciklo komponentas Titane. Apskritai Titane randama daug įvairių junginių, kurie gali vykdyti sudėtingas chemines reakcijas ir gal net duoti pradžią gyvybei, labai besiskiriančiai nuo žemiškosios. Tai viena iš priežasčių, kodėl NASA planuoja dedikuotą misiją šiam palydovui tirti – Dragonfly (Laumžirgis) turėtų išskristi 2027-aisiais. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Vandenilis Saulės sistemos aplinkoje. Saulės sistemą riboja heliopauzė – regionas, kuriame Saulės vėjas užleidžia vietą tarpžvaigždinei terpei. Jonai iš už Saulės sistemos ribų pro heliopauzę nepraeina, tačiau neutralūs atomai patenka į heliosferos burbulą. Čia, susidūrę su Saulės vėjo dalelėmis, jie netenka elektronų ir tampa jonais. Matuodami tokių „pagautų“ jonų tankį, galime apskaičiuoti ir tarpžvaigždinės medžiagos tankį Saulės sistemos aplinkoje. Naujausias bandymas tą padaryti paremtas New Horizons zondo duomenimis, surinktais ties Plutono orbita ir skrendant dar toliau nuo Saulės. Jis davė rezultatą – 0,12 atomo kubiniame centimetre. Šis skaičius maždaug 40% viršija ankstesnį geriausią įvertinimą; autorių teigimu, neatitikimas atsiranda dėl to, kad ankstesnis skaičiavimas paremtas matavimais, atliktais daug arčiau Saulės, todėl pagautų jonų tankis išmatuotas labai netiksliai. Naujasis rezultatas paaiškina ir stebimų tarpžvaigždinės medžiagos sąveikų su heliopauze dažnumą; ankstesniais skaičiais paremti modeliai prognozavo kone dvigubai mažiau sąveikų, nei stebima. Taip pat rezultatas gerai atitinka išvadas, gautas stebint santykinai netolimus tarpžvaigždinių dujų debesis. Tyrimo rezultatai publikuojami Astrophysical Journal.

***

Kiek yra žemiškų planetų? Kiek panašių į Žemę planetų yra Paukščių Take? Tikslaus atsakymo į šį klausimą turbūt nesužinosime niekada, nes atlikti pakankamai detalius visų kelių šimtų milijardų Galaktikos žvaigždžių stebėjimus – neįmanoma. Iš kitos pusės, tikėtiną planetų skaičių galima įvertinti statistiniais metodais. Tam tereikia suskaičiuoti, kiek į Žemę panašių planetų jau radome, kiek žvaigždžių ištyrėme, ir įvertinti, kaip sudėtinga būtų rasti Žemės tipo planetą prie tokių žvaigždžių. Būtent tokia analizė paskelbta praeitą savaitę. Tyrėjai, pasitelkę Keplerio teleskopo stebėjimų duomenis, įvertino planetų, kurių spindulys yra 0,5-1,5 Žemės spindulio, skriejančių žvaigždžių, kurių paviršiaus temperatūra yra 4800-6300 kelvinų (Saulės temperatūra – 5700 K), gyvybinėje zonoje, kiekį. Rezultatas kiek priklauso ir nuo gyvybinės zonos – regiono, kuriame esančių planetų paviršiaus temperatūra tinkama skystam vandeniui egzistuoti – apibrėžimo. Panaudoję du – konservatyvų ir optimistišką – apibrėžimus, jie nustatė, kad vienai tokiai žvaigždei tenka nuo 0,16 iki 2,16 tokių planetų. Intervalas gali pasirodyti didelis, tačiau jis apima ne tik skirtingus gyvybinės zonos apibrėžimus, bet ir skirtingus įvertinimus apie planetų aptikimo tikėtinumą nepalankiomis sąlygomis. Žvaigždžių, patenkančių į nurodytą temperatūrų intervalą, Paukščių Take yra maždaug dešimtadalis visų žvaigždžių, arba apie 10-20 milijardų. Taigi į Žemę panašių planetų Galaktikoje gali būti nuo kiek daugiau nei milijardo iki dešimčių milijardų; labiausiai tikėtinas skaičius – apie 4,5 milijardo. Net ir paėmus pačias blogiausias prognozes, gaunama apie 350 milijonų panašių į mūsiškę planetų. Žinoma, tai nereiškia, kad jose tikrai yra skysto vandens ar, juo labiau, kad jose egzistuoja gyvybė, bet tokia perspektyva tikrai išlieka. Šį rezultatą galima išreikšti ir kitaip: labai tikėtina, kad artimiausia į Žemę panaši planeta yra maždaug 6 parsekų atstumu – vos keturis-penkis kartus toliau, nei apskritai artimiausia Saulei žvaigždė. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Greitųjų radijo žybsnių prigimtis. 2007 metais pirmą kartą identifikuoti greitieji radijo žybsniai (angl. Fast Radio Bursts, FRB) – labai trumpi radijo bangų diapazone matomi energingi žybsniai, atsklindantys iš už Paukščių Tako ribų. Nuo tada jų aptikta keli šimtai – kai kurie vienkartiniai, kiti daugiau mažiau reguliariai pasikartojantys. Bet vis dar neaišku, kas juos sukelia – teorinių modelių egzistuoja dešimtys. Naujas atradimas gali padėti jų gausą šiek tiek apmažinti. Šį pavasarį, tiksliau balandžio 28 dieną, užfiksuotas galingas radijo žybsnis, atsklidęs tiksliai iš tos pat dangaus vietos, kur matomas magnetaras. Magnetarai yra neseniai sprogusių žvaigždžių palikti kompaktiški objektai, turintys ypatingai stiprų magnetinį lauką. Jie skleidžia įvairių bangos ilgių spinduliuotę, taip pat reguliariai žybsni gama ir rentgeno žybsniais. Iš maždaug 30 šiuo metu žinomų magnetarų Paukščių Take, penki skleidžia ir radijo spinduliuotės pulsus, bet gerokai silpnesnius, nei įvertinama FRB energija. Visgi naujasis žybsnis, atsklidęs iš magnetaro SGR 1935+2154 vietos, išskyrė beveik tiek pat energijos, kaip ir kai kurie užgalaktiniai FRB. Kitomis savybėmis – trukme, radijo bangų išsisklaidymu pagal dažnį – jis irgi atitiko FRB savybes. Žybsnis įvyko tuo pat metu, kaip ir šio šaltinio gama spindulių pulsas; tiesa, vėliau sekusių 29 gama pulsų metu reikšmingo radijo spinduliuotės suintensyvėjimo neaptikta. Kodėl ryšys tarp gama ir radijo žybsnių toks retas, kol kas neaišku. Gali būti, kad radijo žybsnio atsiradimui reikia specifinės geometrijos; galbūt radijo spinduliuotė paskleidžiama siauru pluoštu, o ne visomis kryptimis, todėl yra matoma tik nedideliame dangaus plote. Taip pat gali būti, kad radijo žybsniai susideda iš labai specifinio dažnio bangų, kurios nepateko į vėlesniems stebėjimams naudoto teleskopo jautrumo ruožą. Bet kuriuo atveju, ryšys tarp magnetarų ir FRB dabar atrodo daug tvirtesnis, nei iki šio atradimo. Tyrimo rezultatai arXiv: atradimas (du straipsniai), tolesnių žybsnių nebuvimas, galimi modeliai.

***

Augantis galaktikos baldžas. Daugelis spiralinių galaktikų turi baldžus – daugmaž sferiškus žvaigždžių ir dujų telkinius centrinėje dalyje. Taip pat maždaug pusė spiralinių galaktikų turi skerses – pailgas struktūras, kertančias centrą. Manoma, kad skersės efektyviai perneša dujas į centrinę galaktikos dalį, bet tiesiogiai stebėjimais nustatyti šio proceso spartą yra sudėtinga. Naujame tyrime tai padaryta galaktikai ESO 320-G030. Ši galaktika izoliuota, taigi dujos joje nesujauktos. Ji turi dvi skerses, statmenas vieną kitai; didesnioji driekiasi net 10 kiloparsekų nuo centro, mažesnioji yra apie 10 kartų trumpesnė. Ištyrę centrinę galaktikos dalį infraraudonųjų ir submilimetrinių bangų stebėjimais, astronomai padarė išvadą, kad ten greičiausiai yra trys dujų telkiniai. Didžiausias yra 130-150 parsekų spindulio apvalkalas, gaubiantis maždaug 40 parsekų spindulio diską, o jo centre yra 12 parsekų spindulio kompaktiškas sferinis telkinys. Diske žvaigždės formuojasi gana sparčiai, maždaug 16-18 Saulės masių per metus. Iš skersės į diską per metus atskrenda apie 20 Saulės masių dujų, taigi skersė palaiko žvaigždėdaros procesą. Jei skersė nustotų nešti dujas centro link, diske jų nebeliktų per mažiau nei 20 milijonų metų – gana trumpą laiką, lyginant su galaktikos evoliucijos laiko skalėmis. Taigi šioje galaktikoje stebime labai dinamišką procesą, kurio metu centre auga žvaigždžių telkinys, galimai ateityje pavirsiantis baldžu. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Heraklio galaktikų spiečius. Šaltinis: Howard Trottier

Paukščių Takas yra neįsivaizduojamai didelis žvaigždžių, dujų ir kitų objektų telkinys. Bet tai – tik viena iš dviejų trilijonų galaktikų, esančių regimojoje Visatos dalyje. Ir palyginus vieniša – turi kaimynę Andromeda, bet daugiau šalia yra tik mažesnės palydovės. Kitos galaktikos gi telkiasi į spiečius, kuriuos gali sudaryti šimtai ar net tūkstančiai Paukščių Tako dydžio galaktikų. Vienas toks – Heraklio spiečius, pavadintas pagal žvaigždyną, kuriame matomas. Aišku, tik pro teleskopus, bet pro juos atsiveria stulbinantis tankaus Visatos regiono vaizdas.

***

Tarpgalaktinių gijų rentgeno spinduliuotė. Aplinkinėje Visatoje trūksta maždaug 40-50% barionų. Barionais vadinamos visos „įprastos“ materijos dalelės, iš kurių susideda tarpžvaigždinės dujos, žvaigždės, planetos ir kiti matomi kosminiai objektai. Taigi šis trūkumas nesusijęs su tamsiąja materija; jis randamas, lyginant medžiagos kiekį tolimoje Visatoje ir aplinkinėje. Tolimoje Visatoje, kurios šviesa iki mūsų keliauja dešimt milijardų metų ir ilgiau, medžiaga yra tankesnė, todėl ją pamatyti lengviau, nei aplinkinėje Visatoje, kur ypatingai retos ir karštos dujos nei spinduliuoja, nei sugeria daug šviesos. Pastaraisiais metais tokias dujas pavyko aptikti haluose aplink galaktikas bei gijose tarp jų. Dabar pirmą kartą užfiksuota ir tarpgalaktinių dujų gijų skleidžiama rentgeno spinduliuotė. Pavienės gijos, jungiančios dvi galaktikas, spinduliuotės užfiksuoti kol kas neįmanoma, bet sudėjus daugybę galaktikų porų, tarp kurių egzistuojančios gijos aptiktos kitais būdais, vieną ant kitos, galima užfiksuoti rentgeno spinduliuotės perteklių, sklindantį iš gijų. Būtent tą tyrėjai ir padarė, paėmę daugiau nei 15 tūkstančių galaktikų porų su žinomomis jungiančiomis gijomis. Gijų ilgis – nuo 30 iki 100 megaparsekų (atstumas tarp Paukščių Tako ir Andromedos yra apie 0,7 megaparseko), taigi šios galaktikos tikrai nėra artimos viena kitai, tad ir dujos, esančios tarp jų, tikrai nėra ištemptos iš galaktikų, joms sąveikaujant. Taip pat parinktos galaktikos, nesančios spiečiuose ar grupėse. Gauto signalo stiprumas yra maždaug 4,2-sigma; tai reiškia, kad tikimybė atsitiktinai užfiksuoti tokį signalą, nesant jokio spinduliuotės šaltinio, yra mažiau nei vienas iš šimto tūkstančių. Apskaičiuota dujų temperatūra – apie 10 milijonų kelvinų, kaip ir prognozuoja modeliai. Šiam atradimui panaudoti maždaug 20 metų senumo duomenys, surinkti rentgeno teleskopu ROSAT. Tyrėjų teigimu, artimiausioje ateityje darbą pradėsiantys nauji apžvalginiai rentgeno teleskopai, pavyzdžiui eROSITA, panašų statistinį patikimumą leis pasiekti susumavus mažiau nei 2000 gijų spinduliuotę. Tyrimo rezultatai publikuojami Astronomy & Astrophysics.

***

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

Laiqualasse

Leave a Reply

El. pašto adresas nebus skelbiamas.