Kąsnelis Visatos CDLXII: Mėginiai

Praeitą savaitę į Žemę pargabenti asteroido Ryugu mėginiai – vos antras kartas, kai asteroido medžiaga specialiai parsiunčiama į Žemę. Kita misija nuskrido į Mėnulį ir paėmė paviršiaus grunto mėginių – jie grįš mėnesio viduryje. Kitokių mėginių – šįkart nuo kometos branduolio atskilusių dalelių – analizė parodė, kad ten esama fosforo granulių. Meteoritų analizė padėjo patikslinti Saulės sistemos jaunystės dinamikos modelį – pasirodo, uolienų susidūrimai buvo daug dažnesni, nei manyta iki šiol. Kitose naujienose – planetų sistemų konfigūracijų analizė, neutrinų poveikio galaktikų formavimuisi modeliavimas bei foninės spinduliuotės poliarizacijos matavimai. Gero skaitymo!

***

Hayabusa2 grįžta į Žemę. Pernai lapkritį prasidėjęs Japonijos zondo Hayabusa2 misijos etapas baigėsi, atrodo, sėkmingai – į Žemę pristatytas asteroido Ryugu paviršinės medžiagos mėginys. Nuo 2018 metų vidurio skrajojęs aplink asteroidą zondas pasuko Žemės link pernai lapkritį, o šeštadienį praskrido visai šalia planetos ir išmetė specialią kapsulę. Kapsulė nukrito Australijoje, didžiuliame karinių bandymų poligone, ir buvo surasta po poros valandų. Dabar ji keliauja į Japoniją, kur bus atidaryta ir mokslininkai galės detaliai tyrinėti asteroido mėginius, nepaveiktus meteoritiško kritimo į Žemę. Tai yra vos antras asteroido mėginių pargabenimas į Žemę. Pirmąją misiją taip pat įvykdė Japonija – Hayabusa dar 2005 metais aplankė asteroidą Itokawa; tiesa, mėginių grąžinimas užtruko iki 2010 metų. Netolimoje ateityje – 2023-aisiais – NASA turėtų sulaukti krovinio iš asteroido Bennu. Tuo tarpu Hayabusa2, praskridęs pro Žemę, nulėkė kito taikinio link: mažyčio asteroido 1998 KY26. Mažytę, vos 30 metrų skersmens, uolieną zondas turėtų pasiekti 2031-aisiais. Tai bus pirmas kartas, kai žmonių zondas aplankė tokį mažą ir taip greitai besisukantį dangaus kūną – 1998 KY26 aplink savo ašį apsisuka vos per 10 minučių.

***

Kinai paėmė Mėnulio mėginių. Praeitą savaitę įvyko Kinijos Mėnulio misija Chang’e-5. Taip rašydamas, beveik neperdedu: visa misija įvykdyta praktiškai per vieną savaitę. Prasidėjo ji pakilimu iš Žemės lapkričio 23 dieną, Mėnulio orbita pasiekta lapkričio 28-ą, o jau gruodžio pirmą specialus zondas nusileido palydovo paviršiuje. Nusileidimui pasirinkta vieta – didžiausia Mėnulio žemuma, vadinama Audrų vandenynu. Vos po kelių valandų zondas ėmė gręžtis į Mėnulio plutą specialiu grąžtu, kuriuo gali pasiekti net dviejų metrų gylį. Maždaug du kilogramai regolito buvo sudėti į pakilimo modulį, kuris gruodžio trečią dieną pakilo į orbitą. Orbitoje, gruodžio 6 dieną, modulis susijungė su kita misijos dalimi – perėjimo moduliu, kuriame yra kapsulė, skirta mėginių grąžinimui į Žemę. Į šią kapsulę įdėtas mėginys Žemę turėtų pasiekti maždaug gruodžio 16 dieną, netrukus po to jis bus pargabentas į Kiniją. Jei misija baigsis sėkmingai, tai bus pirmasis Mėnulio mėginys, pargabentas iš palydovo nuo 1976 metų. Tąkart mėginį parskraidino Sovietų sąjungos misija Luna 24. Mėginys įdomus ir tuo, kad tai turėtų būti jaunausias Mėnulio regolitas, kokį galėsime tirti laboratorijoje. Audrų vandenyno paviršius, manoma, sustingo tik prieš 1,2 milijardo metų; Apollo ir Luna misijų pargabenti mėginiai yra 3,3-4,4 milijardo metų amžiaus. Šio regolito tyrimai turėtų padėti geriau suprasti ir Mėnulio, ir Žemės evoliuciją per pastarąjį milijardą metų.

***

Saulės vainiko nuotraukos 1996-2020 metais. Šaltinis: SOHO/ESA/NASA

Mūsų Saulė, kaip ir kitos žvaigždės, nėra visiškai pastovi. Ji reguliariai tampa tai aktyvesnė, tai mažiau aktyvi. Vienas aktyvumo ciklas trunka vienuolika metų, ką puikiai matome šiame montaže. Jame vaizduojamos karštos, dviejų milijonų laipsnių temperatūros, dujos, gaubiančios Saulę ir sudarančios jos vainiką. Karštos dujos taip pat kyla iš Saulės dėmių, kurių skaičius ir dydis nurodo žvaigždės aktyvumo lygį. Paskutinis aktyvumo maksimumas buvo maždaug 2014-2015 metais, šiuo metu Saulė yra beveik ties minimumu ir pradeda naują ciklą.

***

Fobo evoliucija atkuriama laboratorijoje. Žemės paviršiuje esančios uolienos laikui bėgant keičiasi dėl sąveikos su atmosfera. Maži Saulės sistemos kūnai atmosferų neturi, bet jų paviršiaus uolienos irgi kinta, tik jau dėl kosmoso orų. Marso palydovo Fobo situacija išskirtinė – jį veikia ne tik Saulės vėjas, bet ir iš Marso atlekiančios energingos dalelės, susiformavusios tam pačiam Saulės vėjui sąveikaujant su planetos atmosfera. Fobą nuo Marso skiria vos 6000 kilometrų, tad nuo planetos atlekiantis dalelių srautas yra reikšmingas. Bet tik vienai palydovo pusei, nes jis, kaip ir mūsų Mėnulis, į planetą visada atsukęs vieną pusę. Dabar mokslininkai šiuos procesus – energingų dalelių sąveiką su Fobo uolienomis – atkūrė laboratorijoje. Mėginiai, analogiški Fobo uolienoms, buvo apšaudyti įvairios energijos deguonies bei anglies atomų ir molekulių jonais ir labai tiksliai išmatuota, kiek medžiagos jie atskelia nuo uolienų paviršių. Nustatyta, kad priklausomai nuo smūgio kampo, vienas jonas vidutiniškai nuneša nuo mažiau nei pusės iki pustrečio atomo. Visi bandyti jonai davė panašius rezultatus, taip pat rezultatai nelabai priklausė nuo jonų energijos. Šie rezultatai yra kone dvigubai mažesni, nei ankstesnių skaičiavimų prognozės. Visgi jie nepakeičia ankstesnės kokybinės išvados, kad į Marsą nukreiptos Fobo pusės uolienų erozijos procesą dominuoja iš planetos atlekiantys energingi jonai, o ne Saulės vėjas. Šiuos rezultatus jau po keleto metų bus galima patikrinti daug detaliau – 2024-aisiais Japonija planuoja paleisti misiją į Fobą, kuri paims uolienų mėginių. Jie leis ir ištirti šiandieninę uolienų skaldymo spartą, ir įvertinti, kiek Fobo uolienos pasikeitė per milijardus metų evoliucijos. Tyrimo rezultatai publikuojami JGR Planets.

***

Kieto būvio fosforas kometoje. Kometoje 67P/Čuriumov-Gerasimenko aptikta kieto būvio fosforo granulių. Išvada padaryta išanalizavus duomenis, kuriuos surinko Rosetta zondas, tyrinėjęs kometą 2014-2016 metais. Vienas iš jo prietaisų buvo masės spektroskopijos įrenginys COSIMA. Skriedamas pro kometos uodegą vos poros kilometrų atstumu nuo branduolio, zondas pririnko įvairių granulių, atskilusių nuo kometos, ir išanalizavo jų savybes. Kai kurios granulės pasirodė esančios sudarytos iš gryno fosforo. Fosforas jau anksčiau buvo aptiktas kometose, tačiau tik įvairių mineralų sudėtyje. Šis skirtumas labai svarbus, nes grynas fosforas yra chemiškai reaktyvus ir gali tapti daugybės junginių dalimi. Fosforas yra vienas iš šešių elementų, būtinų visai žemiškai gyvybei. Kartu su vandeniliu, anglimi, azotu, deguonimi ir siera jis sudaro 98% visos Žemės biomasės. Po šio atradimo pirmą kartą žinome, kad visi šie elementai, bendrai žinomi kaip CHNOPS, egzistuoja kometose chemiškai prieinama forma. Tai sustiprina hipotezę, kad būtent kometos atnešė į pirmykštę Žemę daug medžiagos, reikalingos gyvybei užsimegzti. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Planetų turbulencijos matavimai. Turbulencija – netolygus sūkuringas skysčių judėjimas – labai svarbi astrofizikiniuose tyrimuose. Turbulencija perduoda energiją iš didelių erdvinių mastelių į mažesnius, sukuria tankio netolygumus, kaitina medžiagą ir kitaip keičia jos savybes. Tai vyksta įvairiausiose aplinkose, nuo tarpgalaktinės medžiagos galaktikų spiečiuose iki planetų atmosferų. Deja, nustatyti turbulencijos savybes yra labai sudėtinga – tam reikia ilgalaikių detalių stebėjimų duomenų. Jų neturime nei tarpžvaigždinėms dujoms, nei netgi Saturno ar Jupiterio atmosferoms. Naujame tyrime šią spragą bandoma užpildyti pasiūlant kitokį metodą apskaičiuoti turbulentiškos energijos pernašai planetų atmosferose. Tam pasitelktas dydis, vadinamas potencialiniu sūkuringumu – jis susijęs su tipiniu sūkurių dydžiu ir greičiu nagrinėjamoje sistemoje, taip pat sistemos dydžiu ir globalaus sukimosi greičiu. Svarbiausia tai, kad potencialiniam sūkuringumui apskaičiuoti užtenka žymiai mažesnės skyros duomenų, nei turbulencijos savybėms. Remdamiesi laboratoriniais eksperimentais, skaitmeniniais modeliais ir geriausiais šiuo metu turimais Jupiterio bei Saturno stebėjimais, mokslininkai parodė, kad potencialinis sūkuringumas labai gerai koreliuoja su turbulentiškos energijos perdavimo sparta iš didesnių erdvinių mastelių į mažesnius. Taip pat pirmą kartą nustatyta, jog Saturne turbulentiškos energijos pernaša yra keturis kartus menkesnė, nei Jupiteryje. Šis atradimas ateityje leis daug geriau nagrinėti pokyčius planetų atmosferose ir padės suprasti didžiųjų planetų panašumus bei skirtumus. Tyrimo rezultatai publikuojami Geophysical Research Letters.

***

Chaosas Saulės sistemos jaunystėje. Daugybė asteroidų Saulės sistemoje susiformavo dar jos jaunystėje ir nuo tų laikų menkai keitėsi. Viena jų grupė vadinama „įprastiniais chondritais“, nes jie sudaro didžiąją dalį chrondritinių meteoritų, randamų Žemėje. Chondritiniais vadinami uoliniai meteoritai, kurių savybės nesikeitė nuo Saulės sistemos jaunystės. Visgi kol kas nėra aiškaus atsakymo, kaip šie asteroidai, iš kurių kilo įprastiniai chondritai, apskritai susiformavo. Pagrindinė hipotezė teigia, kad jie susidarė ramiai vėstant įvairaus dydžio uolienoms. Jų išoriniai sluoksniai atvėso greičiau, nei vidiniai, todėl susidarė svogūną primenančios daugiasluoksnės struktūros. Alternatyva yra smūgių ir persiformavimo hipotezė, pagal kurią tie kūnai patyrė smūgių, subyrėjo, o vėliau susijungė į naujus asteroidus. Naujame tyrime parodyta, kad antroji hipotezė greičiausiai yra teisingesnė. Mokslininkai ištyrė 18 meteoritų ir išanalizavo jų šiluminę istoriją, naudodami pastaraisiais metais ištobulintus metodus, leidžiančius tyrinėti uolienų vėsimą nuo 1400 Celsijaus laipsnių. Ankstesni metodai leido tyrinėti tik vėsimą nuo 500 laipsnių – šiame ruože chondritai tikrai vėso lėtai. Tuo tarpu naujoji analizė parodė, kad 900-500 laipsnių intervale chondritai vėso 1000-milijoną kartų sparčiau, iki 0,3 laipsnių per metus. Tokį dviejų greičių vėsimą paaiškina modelis, pagal kurį asteroidai tik susiformavę buvo sudaužyti; smūgių metu fragmentai įkaito bent iki 900 laipsnių. Jie vėso sparčiai, bet gana greitai susijungė atgal į porėtas struktūras – „nuolaužų krūvų“ asteroidus. Poros sumažino šiluminį laidumą, tad vėsimo sparta gerokai sumažėjo. Toks scenarijus leidžia spręsti, kad Saulės sistemos jaunystėje katastrofiški asteroidų susidūrimai buvo dažnas reiškinys, taigi visa sistema buvo pilna chaotiškai judančių įvairaus dydžio uolienų. Tyrimo rezultatai publikuojami Geochimica et Cosmochimica Acta.

***

Saulės sistema ateityje subyrės. Saulės sistema, ypač jos planetų orbitos, atrodo amžinas ir nekintantis kosminis derinys. Visgi amžino nėra nieko – po kelių milijardų metų Saulės gyvenimas baigsis, ji taps baltąja nykštuke ir neteks dalies masės. Vidinės planetos, bent jau Merkurijus ir Venera, išgaruos, galimai toks pat likimas laukia ir Žemės. O kas nutiks keturioms didžiosioms išorinėms planetoms? Naujame tyrime atsakymo į šį klausimą ieškoma remiantis skaitmeniniais modeliais, kuriais sekama planetų orbitų evoliucija. Visų pirma, dėl sumažėjusios žvaigždės masės orbitos išsiplės. Tai padarys jas mažiau atsparias pro šalį skrendančių kitų žvaigždžių perturbacijoms. Nors žvaigždės suartėja nedažnai, per ilgą laiką šie efektai taps reikšmingi ir destabilizuos orbitas. Po 30 milijardų metų orbitos turėtų tapti nestabilios ir per dar dešimt milijardų metų trys iš keturių planetų bus išsviestos iš sistemos. Vėliau dar apie 50 milijardų metų viena likusi planeta suksis aplink nykštukę-Saulę, bet galiausiai pro šalį skrendanti kita žvaigždė nusitemps ir ją. Nors tiksliai nurodyti, kada kuri planeta bus išmesta ir kokia tvarka jos paliks Saulės sistemą, neįmanoma, tipinis laiko tarpas tam nutikti yra 100 milijardų metų. Septynis kartus ilgiau, nei dabartinis Visatos amžius, tačiau gerokai trumpiau, nei buvo manoma anksčiau. Šis atradimas svarbus ir tuo, kad padės geriau suprasti planetinių sistemų prie kitų baltųjų nykštukių evoliuciją. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

O jeigu iš Saulės sistemos būtų išsviesta Žemė? Kaip tai galėtų nutikti ir kaip keistųsi planeta, tolstant nuo žvaigždės bei skriejant šaltama nesvetingame kosmose? Apie tai pasakoja Kurzgesagt:

***

Planetų sistemų konfigūracijų įvairovė. Iki atrandant pirmąsias egzoplanetas, mokslininkai galvojo, kad visos planetinės sistemos turėtų būti panašios į mūsiškę, su uolinėmis planetomis arti žvaigždės ir dujinėmis toliau. Jau pirmieji atradimai sugriovė šią paradigmą, o kuo daugiau atrandame egzoplanetų, tuo geriau suprantame ir jų sistemų įvairovę bei Saulės sistemos išskirtinumą. Dar viena savybė, pagal kurią, atrodytų, Saulės sistema išsiskiria iš kitų, yra planetų orbitų elipsiškumas. Saulės sistemos planetų orbitos yra labai artimos apskritimams – vidutinis elipsiškumas siekia maždaug 0,06 (apskritimo elipsiškumas lygus nuliui, o vienetinį elipsiškumą turinti orbita tampa paraboline). Tuo tarpu žinomų egzoplanetų orbitų elipsiškumo vidurkis yra apie 0,2; žinomi elipsiškumai siekia net iki 0,95. Naujame tyrime nagrinėjama hipotezė, kad skirtumas atsiranda dėl didelio planetų skaičiaus Saulės sistemoje. Tyrėjai pasitelkė duomenis apie beveik 900 planetinių sistemų, kuriose iš viso yra beveik 1200 planetų. Kiekvienoje sistemoje yra nuo 1 iki 6 planetų. Kiekvienai sistemai apskaičiuotas planetų orbitų elipsiškumų vidurkis, tada suskaičiuoti šių vidurkių vidurkiai kiekvienam sistemų gausumui. Paaiškėjo, kad kuo sistema gausesnė, tuo jos planetų orbitos artimesnės apskritimams. Ryšys tarp vidutinio elipsiškumo ir planetų skaičiaus sistemoje puikiai aprašomas laipsnine funkcija. Pratęsus ją iki Saulės sistemos dydžio – aštuonių planetų – gaunama elipsiškumo prognozė puikiai atitinka realybę. Taigi Saulės sistema, pasirodo, keista ne labai apskritiminėmis planetų orbitomis, o dideliu planetų skaičiumi. Iš kitos pusės, gali būti, kad kai kuriose sistemose atradome tik vieną ar kelias, bet ne visas planetas. Tai ypač tikėtina sistemoms su viena žinoma planeta, nes jų vidutinis elipsiškumas gerokai žemesnis, nei prognozuoja sąryšis. Įvertinę šį efektą, tyrėjai prognozuoja, kad vidutiniškai planetinės sistemos turėtų susidėti iš 2-3 planetų. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Neutrinų svarba Visatos evoliucijai. Pagrindinį vaidmenį kosminių struktūrų formavimesi vaidina šaltoji tamsioji materija – kol kas neatrastos elementariosios dalelės, su likusia materija sąveikaujančios tik gravitaciškai. Tačiau yra ir kita, geriau žinoma, dalelių grupė, kurių elgesys šiek tiek panašus. Tai – neutrinai, trys labai mažos masės dalelės. Tiksli jų masė nėra žinoma, bet kosminės foninės spinduliuotės stebėjimai leidžia spręsti, kad vidutinė visų trijų rūšių neutrinų masė neturėtų viršyti 0,3 elektronvoltų. Palyginimui, elektrono masė siekia 511 kiloelektronvoltų, o protono ir neutrono – beveik po gigaelektronvoltą. Visgi net ir 0,3 elektronvolto gali turėti reikšmingos įtakos galaktikų evoliucijai – naujame tyrime šis poveikis nagrinėjamas naudojant naujoviškus skaitmeninius modelius. Lyginant su įprastais skaitmeniniais galaktikų formavimosi modeliais, naujajame įtraukiama neutrinų įtaka, tiesiogiai apskaičiuojant jų judėjimą gravitaciniame lauke, o tada skaičiuojamas neutrinų poveikis likusiai medžiagai. Poveikis priklauso nuo neutrinų masės, tad tyrėjai suskaičiavo modelius su keturiomis galimomis vertėmis – nuo 0,1 iki 0,4 elektronvoltų. Paaiškėjo, kad neutrinai lėtina medžiagos telkimąsi į masyvius halus, ir kuo dalelės masyvesnės, tuo poveikis stipresnis. Modelyje su masyviausiais neutrinais masyviausių halų – atitinkančių didžiausius galaktikų spiečius – yra apie keturis kartus mažiau, nei modelyje be neutrinų įtakos. Šiandieniniai apžvalginiai stebėjimai neduoda tokių patikimų rezultatų, kad galėtume aiškiai patikrinti šio modelio prognozes, bet artimiausioje ateityje turėtų pavykti juos atskirti. Tai leis dar geriau apriboti, kokia galėtų būti neutrinų masė. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Foninės spinduliuotės poliarizacijos anomalijos. Kosminė foninė spinduliuotė yra seniausia šviesa Visatoje, mus pasiekianti iš laikų vos 380 tūkstančių metų po Didžiojo sprogimo. Tik praėjusi sklisti visa spinduliuotė buvo šiek tiek poliarizuota statmenai arba lygiagrečiai tankio netolygumams; tai dar vadinama E-moda. Spinduliuotė, sklisdama mūsų link, sąveikauja su medžiaga, todėl jos poliarizacija nuolat keičiasi – sukasi. Įprasta materija turi vienodą tikimybę pasukti fotono poliarizaciją tiek į vieną, tiek į kitą pusę, tad dėl sąveikos su įprasta medžiaga foninės spinduliuotės poliarizacijos kryptis neturėtų pakisti. Tačiau jei, pavyzdžiui, tamsioji materija yra nesimetriška ir dažniau pasuka fotonus į vieną pusę, nei į kitą, yra šansų pamatyti poliarizacijos pokytį – bangų svyravimų kryptis nebesutaps su foninės spinduliuotės temperatūros netolygumais. Naujame tyrime bandoma šį pokytį išmatuoti, remiantis Planck kosminio teleskopo duomenimis. Iki šiol to padaryti nepavykdavo, nes sudėtinga nustatyti, kokia turėtų būti pradinė poliarizacijos kryptis, o ši paklaida nustelbdavo galimą signalą. Naujajame darbe paklaidų analizei pasitelkiami Planck duomenys apie spinduliuotės, ateinančios iš Paukščių Tako, poliarizaciją. Jei leido maždaug dvigubai sumažinti kampo nustatymo paklaidą. Paaiškėjo, kad foninės spinduliuotės fotonai vidutiniškai pasisukę 0,35 laipsnio. Atrodo nedaug, tačiau tyrėjų teigimu, yra net 99,2% tikimybė, kad šis kampas didesnis už nulį. Nors tokio patikimumo neužtenka, kad atradimas būtų laikomas tikrai statistiškai patikimu, jis pakankamas, kad būtų verta tyrinėti toliau ir detaliau. Jei paaiškės, kad sistematiškas posūkis tikrai egzistuoja, tai duotų reikšmingą užuominą apie tamsiosios materijos prigimtį. Visos žinomos elementariosios dalelės pasižymi veidrodžio simetrija – jų veidrodiniai atspindžiai elgiasi taip pat, kaip ir originalai. Tokios simetrijos nebuvimas būtų reikšmingas apribojimas tolesnėse tamsiosios materijos paieškose – ir teorinėse, ir paremtose stebėjimais. Tyrimo rezultatai publikuojami Physical Review Letters.

***

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

Laiqualasse

2 komentarai

  1. Tai kaip ten su saulės ciklais? Per šiuos 11 metų sumažės mus pasiekiančios šilumos kiekis ar išaugs?

    1. Saulės išspinduliuojamos energijos kiekis nuo jos aktyvumo beveik nepriklauso. Skiriasi tik aukštos energijos fotonų spinduliuotė, nes šie fotonai susidaro daugiausia žybsnių metu.

Leave a Reply

El. pašto adresas nebus skelbiamas. Būtini laukeliai pažymėti *