Kąsnelis Visatos DVII: Modeliai

Eksperimentai astrofizikinius reiškinius tirti dažnai nepadeda, nes negalime laboratorijoje sukurti tikrų kosminių sąlygų ar palaukti milijonus metų, kol kas nors įvyksta. Stebėjimai taip pat ne visada duoda aiškius rezultatus. Tad tenka pasitelkti įvairius skaitmeninius modelius. Praėjusios savaitės naujienose tokių „modelinių“ rezultatų – kaip niekad daug. Čia ir pavojingų Žemei asteroidų sprogdinimas, ir uolinių planetų klimato priklausomybės nuo masės bei amžiaus tyrimas, ir anglies paskleidimas iš dvinarių žvaigždžių. Kitose naujienose – kosminių skrydžių poveikio žmonių smegenims analizė bei bandymas nustatyti, kokios žvaigždės suformavo ūką, iš kurio atsirado Saulė, remiantis pirmykštėmis granulėmis meteorituose. Gero skaitymo!

***

Lucy pakilo sėkmingai. Šeštadienį iš Kanaveralo kyšulio kosmodromo Floridoje į kosmosą sėkmingai pakilo NASA misija Lucy. Pavadinta prieš pusšimtį metų atrastos australopitekės vardu, ši misija, panašiai kaip ir paleontologinis radinys, turėtų padėti atsakyti į daugybę klausimų apie mūsų kilmę ir fosilijas. Tik Lucy-australopitekės atveju tai buvo žmonių protėvių fosilijos ir mūsų rūšies kilmė, o Lucy-erdvėlaivio tikslas – septyni, o gal net aštuoni asteroidai, kurių analizė padės suprasti, kaip formavosi planetos ir visa Saulės sistema. Lucy kelionė bus ilga – pirmąjį asteroidą ji aplankys tik 2027 metais, o iš viso skrajos bent iki 2033-ųjų. Visi išskyrus vieną Lucy taikinį yra Jupiterio orbitoje skriejantys asteroidai, vadinami Jupiterio trojėnais. Vienas iš jų – 21900 Orusas – gali būti dvinaris. Ši misija turi didžiausią nepriklausomų taikinių kiekį iš visų kada nors žmonijos išsiųstų kosminių misijų. Iki šiol tik Dawn misija tyrinėjo du taikinius iš orbitos aplink juos, dar kelios davė mokslinių rezultatų apie planetas ar asteroidus, šalia kurių praskrido pakeliui galutinio misijos tikslo link, o didžioji dauguma tyrinėjo tik vieną taikinį ar sistemą (šiuo atveju Saturno ar Jupiterio palydovai laikomi vienos sistemos dalimi su savo planeta). Taigi Lucy ambicinga ir moksliniais tikslais, ir operacija.

***

Praeitą savaitę į kosmodromą Prancūzijos Gvianoje atgabentas James Webb kosminis teleskopas. Į kosmosą jis išskris gruodžio 18 dieną. Launch Pad Astronomy pasakoja apie šį – netikėtai įdomų – kelionės etapą iš JAV į Pietų Ameriką bei apie pasiruošimus skrydžiui:

***

Kosminiai skrydžiai kenkia smegenims. Jau seniai žinoma, kad buvimas kosmose kenkia žmonių sveikatai. Mikrogravitacijoje nusilpsta raumenys, į galvą subėgęs kraujas spaudžia akis, sutrinka žarnyno mikroflora… Pažeidimai nutinka ir smegenyse, o dabar atlikta iki šiol išsamiausia tokių pažeidimų analizė. Mokslininkai ištyrė penkių kosmonautų kraujo mėginius, paimtus prieš pat skrydį į Tarptautinę kosminę stotį, tik grįžus iš jos, taip pat praėjus vienai ir trim savaitėms po sugrįžimo. Kosmose kosmonautai vidutiniškai praleido po pusmetį. Jiems grįžus į Žemę, kraujyje rasta reikšmingai daugiau įvairių smegenyse gaminamų baltymų. Dalis baltymų žymi pažeidimus ilgose nervų skaidulose ir jas palaikančiose ląstelėse – glijose. Šie pokyčiai išliko maždaug savaitę po grįžimo iš kosmoso. Daug ilgiau – bent tris savaites – išliko padidėjęs beta amiloido baltymo kiekis. Šis baltymas siejamas su įvairiomis neurodegeneracinėmis ligomis, pavyzdžiui Alzheimeriu. Beta amiloido pagausėjimas, lyginant su kiekiu kraujyje prieš skrydį, koreliavo su misijos trukme – ilgiau kosmose praleidusių žmonių smegenys paveiktos labiau. Dar viena medžiaga, kurios gausa pasikeitė, buvo tau baltymas, užtikrinantis smegenų komponenčių stabilumą. Tyrėjų teigimu, tokia baltymų įvairovė rodo, kad buvimas kosmose pažeidžia visas smegenis, o ne tik kurią nors jų dalį. Greičiausiai taip nutinka dėl suprastėjusio kraujo ištekėjimo iš smegenų; dėl to pagausėja skysčio smegenyse ir pakyla galvospūdžio slėgis. Bendrai pokyčius galima apibūdinti kaip nestiprią, bet ilgalaikę smegenų traumą ir pagreitėjusį susidevėjimą. Prieš žmonėms skrendant į Marsą ar kitas tolimas vietas kosmose, šias problemas reikės išspręsti, nes keletas metų mikrogravitacijoje gali negrįžtamai pakenkti žmonių sveikatai. Tyrimo rezultatai publikuojami JAMA Neurology.

***

Kada sprogdinti pavojingus asteroidus? Asteroidai Saulės sistemoje juda įvairiomis orbitomis, toli gražu ne vien apskritiminėmis. Kai kurių orbitos kerta Žemės orbitą, taigi kada nors tokie asteroidai gali susidurti su mūsų planeta. Astronomai vis daugiau dėmesio skiria tokių susidūrimų išvengimo galimybėms. Sužinojus apie galimą susidūrimą pakankamai iš anksto – prieš dešimtmečius – iki asteroido galima nusiųsti erdvėlaivį, kuris prisitvirtinęs įjungtų variklius ir švelniai pakreiptų asteroidą į nepavojingą orbitą. Bet ką daryti, jei toks planas nesuveikia? Arba jei apie atlekiantį asteroidą sužinome likus mažiau nei metams iki smūgio? Bene vienintelis „paskutinės vilties“ sprendimas – sprogdinti asteroidą branduoliniu užtaisu. Naujame tyrime nagrinėjamos tokios intervencijos pasekmės. Tai, žinoma, ne pirmas kartas, kai mokslininkai bando nustatyti, kas nutiktų susprogdinus asteroidą, bet ankstesni darbai rėmėsi įvairiais supaprastinimais, mat įvertinti ir asteroido subyrėjimą, ir fragmentų judėjimą veikiant Žemės, Saulės bei kitų kūnų gravitacijai, labai jau sudėtinga. Pritaikę naują algoritmą, tyrėjai galėjo sekti fragmentų judėjimą labai tiksliai. Jie sumodeliavo penkis galimus scenarijus, kuriuose maždaug 100 metrų skersmens asteroidas sprogdinamas megatonos galios branduoliniu sprogimu kelių metrų aukštyje virš paviršiaus. 100 metrų skersmuo pasirinktas neatsitiktinai – toks asteroidas gali būti labai pavojingas, bet sunkiai aptinkamas; tuo tarpu daug didesni asteroidai, galimai pavojingi Žemei, yra kataloguoti ir sekami. Penki scenarijai paremti realistiškomis asteroidų orbitomis. Visais atvejais nustatyta, kad didžioji dalis fragmentų aplenktų Žemę, net jei asteroidas suardomas likus vos mėnesiui iki smūgio į planetą. Į Žemę pataikanti masė tesiekia tūkstantąją pradinės asteroido masės dalį. Žinoma, tai nereiškia, kad branduoliniai sprogimai yra geriausias būdas išvengti pražūtingų asteroidų smūgių, bet kaip paskutinės vilties sprendimas, jie neatrodo labai blogai. Tyrimo rezultatai publikuojami Acta Astronautica.

***

Ar Veneroje buvo vandenynų? Venera kai kuriais atžvilgiais gerokai primena Žemę – panašus planetų dydis, abi yra uolinės, net ir nuo Saulės nutolusios ne taip ir skirtingai. Bet Venerą gaubia tankūs anglies dvideginio ir sieros pritvinkę debesys, o jos paviršiaus temperatūra viršija 400 laipsnių Celsijaus. Kai kurie mokslininkai mano, kad taip buvo ne visada, o prieš milijardus metų Venera galbūt turėjo panašią į Žemės atmosferą bei vandenynų. Naujame tyrime nagrinėjama, ar tikrai Veneroje kada nors galėjo egzistuoti tinkamos sąlygos vandenynams susidaryti. Mokslininkai pasitelkė klimato modelį, naudojamą ir Žemės klimatui nagrinėti, ir pritaikė jį jaunos Veneros sąlygoms. Paaiškėjo, kad Venera niekada negalėjo atvėsti tiek, jog atmosferoje esantis vanduo susikondensuotų ant paviršiaus. Pagrindinė priežastis, kodėl taip nutiko – naktinėje planetos pusėje lengvai susiformuojantys debesys, kurių kuriamas šiltnamio efektas neleido planetai atvėsti naktį. Tuo tarpu dieną Saulės šviesa ją vėl įkaitindavo. Modelių rezultatai taip pat rodo, kad Žemė buvo netoli analogiškos baigties. Jei Saulė jaunystėje būtų švietusi taip pat ryškiai, kaip dabar, mūsų planeta irgi nebūtų ataušusi iki vandens kondensacijos temperatūros. Taigi Saulės jaunatviškas blausumas, dažnai laikomas problema aiškinant gyvybės atsiradimą Žemėje, pasirodo, galimai kaip tik padėjo susidaryti tinkamoms gyvybei sąlygoms. Tyrimo rezultatai publikuojami Nature.

***

Kaiserio kraterio pakraštys Marse. Šaltinis: NASA/JPL/UArizona

Turbūt daugelis esate matę smėlio nuošliaužas kopose. Jei kopoje smėlis išsidėstęs sluoksniais, tokia nuošliauža gali atidengti kitos spalvos giliau esančias kruopeles ir sukurti įdomių spalvotų raštų. Čia matome tokių raštų pavyzdį Marse – Marso apžvalgos zondu darytoje nuotraukoje atsiskleidžia Kaiserio kraterio pakraštys, kuriame nuošliaužos atidengė gilesnius šviesesnius sluoksnius ir sukūrė švytėjimo optinę iliuziją.

***

Tektonika Titane. Keliuose Saulės sistemos palydovuose, kurių ledinė pluta slepia popaviršinius vandenynus, aptikta stūmio tektonikos požymių: įvairių lūžių, rodančių, kad ledo plokštės slenkasi viena kitos atžvilgiu. Žemėje garsiausia stūmio tektonikos vieta yra San Andreas lūžis Kalifornijoje. Manoma, kad tokiai tektonikai, labiau nei kitoms (plokščių susispaudimo ar išsiplėtimo) reikalingi skysčiai, sutepantys paviršių tarp plokščių ir leidžiantys joms brauktis vienai per kitą. Ar egzistuoja stūmio tektonika Saturno palydove Titane? Bent kol kas tvirtų tokio proceso įrodymų neaptikta, bet naujame tyrime pristatomi skaičiavimai rodo, kad tokie judesiai turėtų vykti. Tyrėjai apskaičiavo tikėtiną įtemptį Titano plutoje, kylančią dėl Saturno gravitacijos, ir parodė, kad įskaičius paviršinių Titano skysčių lubrikuojantį efektą, įtempties pakanka mažiems įtrūkimams tapti lūžiais. Labiausiai efektas turėtų pasireikšti arti palydovo pusiaujo, kai pradinis įtrūkimas nukreiptas rytų-vakarų kryptimi. Šios prognozės padės geriau parinkti stebėjimo taikinius NASA misijai Dragonfly, kuri 2027 metais išskris Titano link, bei geriau interpretuoti šios ir vėlesnių misijų surinktus duomenis. Tyrimo rezultatai publikuojami Icarus.

***

Žvaigždžių fosilijos meteorituose. Kai kuriuose meteorituose randama granulių, greičiausiai susiformavusių dar prieš Saulės sistemą. Dauguma tų granulių yra silicio karbido junginiai su įvairiomis priemaišomis. Anksčiau jų analizė rodė labai įvairius izotopų – elementų atmainų su skirtingu neutronų skaičiumi branduolyje – santykius, tad buvo neaišku, kokiose žvaigždėse gimė elementai, vėliau tapę granulių dalimi. Naujame tyrime į šiuos klausimus atsakoma. Tyrėjai paėmė 85 silicio karbido granules iš vieno meteorito ir išnagrinėjo jų sandarą detaliau, nei bet kada iki šiol. Taip jie nustatė, kad granules dengia anglies ir azoto atomų sluoksnis, susiformavęs vėliau, jau Saulės sistemoje – neįvertinus šio sluoksnio įtakos, gaunama labai nepatikima informacija apie izotopų santykius. Nugarinus priemaišas ir pasiekus tikrąją, ikisaulinę, granulę išmatuoti izotopų santykiai atitinka tai, ką gamina gyvenimą baigiančios į Saulę panašios žvaigždės, pasiekusios asimptotinių milžinių seką. Taip pat nustatyta, jog magnio ir aliuminio priemaišos granulėse randamos atskirai vienos nuo kitų. Aliuminio izotopų santykis rodo, kad radioaktyvaus aliuminio žvaigždėse greičiausiai pagaminama apie dvigubai mažiau, nei prognozuoja modeliai. Tokie tyrimai yra vienas geriausių būdų labai detaliai nagrinėti žvaigždėse vykstančių termobranduolinių reakcijų produktus. Jie leidžia patikslinti žvaigždžių evoliucijos modelius, paaiškinti cheminių elementų kilmę ir žvaigždžių formavimosi eigą. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Egzoplanetų pašvaistės. Šiaurės ir pietų pašvaistės skleidžia ne tik regimuosius spindulius, bet ir radijo bangas. Daug stipresnės radijo bangos kyla prie Jupiterio, kai Saulės vėjas atsimuša į šios planetos magnetosferą. Atrodo logiška, kad pašvaisčių turėtų būti ir kitų žvaigždžių planetinėse sistemose, o dabar jų aptikta net 19. Atradimas padarytas kiek netikėtai, ieškant pačių žvaigždžių aktyvumo indikatorių radijo bangų ruože. Jau seniau žinoma, kad žemo (< 200 MHz) dažnio radijo bangas skleidžia išoriniai žvaigždžių vainikų sluoksniai, protuberantai ir žvaigždžių vėjai. Deja, iki šiol tokią spinduliuotę pavykdavo aptikti tik tais atvejais, kai žvaigždė būdavo ypatingai aktyvi. Dabar mokslininkai pasitelkė labai jautrų Europoje išdėstytą radijo teleskopų tinklą LOFAR ir ištyrė 19 mažų žvaigždžių spinduliuotę. Žvaigždės pasirinktos atsitiktinai, o jų savybės aprėpia visą M spektrinės klasės įvairovę, nuo maždaug 8% iki pusės Saulės masės. Radijo bangos aptiktos visose žvaigždėse, tačiau jų intensyvumas nekoreliuoja su jokiais kitais žvaigždės aktyvumo indikatoriais. Taigi panašu, kad radijo spinduliuotę kuria kiti, ne pačioje žvaigždėje vykstantys, procesai. Vienas iš tokių procesų, ir labiausiai tikėtinas paaiškinimas, yra masyvių planetų magnetosferos sąveika su žvaigždės vėju – kitaip tariant, pašvaistės. Šis metodas ateityje gali būti naudojamas egzoplanetoms aptikti, tačiau pats vienas negali duoti daug žinių apie planetos savybes, taigi aptikus galimą egzopašvaistę, sistemą reikėtų stebėti kitais teleskopais, kurie leistų patikrinti, ar planeta ten tikrai egzistuoja. Tyrimo rezultatai publikuojami Nature Astronomy.

***

Planetų gyvybingumą lemia amžius? Šiuo metu žinoma kone 5000 egzoplanetų, tarp kurių apie pusantro tūkstančio greičiausiai yra uolinės. Dalis jų skrieja tinkamu atstumu nuo žvaigždės, kad jų paviršiuje galėtų būti skysto vandens. Tačiau paviršiaus temperatūra priklauso ir nuo atmosferos, kuri, laikui bėgant, gali keistis. Žemės klimatą daugmaž stabilų ilgomis laiko skalėmis palaiko anglies-silikatų ciklas. Kai atmosferoje padaugėja anglies dvideginio, temperatūra pakyla, tada paspartėja uolienų dūlėjimas, kurio dėka anglies dvideginis sureaguoja su uolienomis ir yra užrakinamas bei nuskęsta vandenynų dugne, o galiausiai su tektoninėmis plokštėmis nukeliauja į mantiją. Iš kitos pusės, besiskečiančios tektoninės plokštės atveria naujas uolienas, o ugnikalnių išsiveržimai išmeta į atmosferą naujo anglies dvideginio, taip neleisdami temperatūrai nukristi per žemai. Kaip toks procesas veiktų kitose planetose? Į šį klausimą mokslininkai pasistengė atsakyti apjungę planetų evoliucijos ir klimato skaitmeninius modelius. Daugiausiai dėmesio jie skyrė panašaus amžiaus planetoms, kaip Žemė, ir ištyrė anglies-silikatų ciklo priklausomybę nuo planetos masės. Paaiškėjo, kad planetos, kurių masė tris kartus viršija mūsiškės, būtų karščiausios – jose anglies dvideginio padavimas į atmosferą santykinai efektyviausias. Mažesnėse planetose pluta kietesnė dėl mažesnio gelmių karščio, o masyvesnėse – dėl didesnio gelmių slėgio. Iš kitos pusės, masyvesnėse planetose anglies dvideginis efektyviai kaupiasi planetos gelmėse, kol galiausiai pratrūksta ir palyginus greitai (kalbant geologiniais mastais, taigi per dešimtis milijonų metų) įkaitina planetos atmosferą. Taigi senesnės nei puspenkto milijardo metų uolinės planetos, ypač masyviausios, greičiausiai nebūtų tinkamos gyvybei, tuo tarpu mažesnės gali būti tinkamos ilgą laiką. Šis atradimas padės geriau atsirinkti planetas detalesnei analizei naujos kartos teleskopais. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Anglis iš dvinarių žvaigždžių. Visi cheminiai elementai, išskyrus vandenilį ir didžiąją dalį helio, mūsų Visatoje yra dėl žvaigždžių. Jie formuojasi termobranduolinėse reakcijose žvaigždžių branduoliuose, kartais išoriniuose sluoksniuose, o žvaigždėms mirštant paleidžiami į aplinką. Žvaigždžių evoliucijos modeliai leidžia apskaičiuoti, kiek ir kokių elementų jos turėtų paskleisti; jais naudojantis galima prognozuoti galaktikų ar jų regionų cheminę evoliuciją. Daugelio elementų gausos kitimą laikui bėgant šie modeliai aprašo gerai, bet yra ir trūkumų. Vienas jų – anglis: modeliai prognozuoja mažiau anglies Visatoje, nei randama iš tiesų. Naujame darbe pateikiamas galimas problemos sprendimas: daug anglies išmetama dvinarėse sistemose. Problema su anglies kiekiu Visatoje yra ne pats šio elemento pagaminimas, bet jo paskleidimas: žvaigždėje atsiradusi anglis linkusi greičiau tapti sunkesniu elementu, nei pabėgti iš žvaigždės. Bent jau taip yra vienišose žvaigždėse. Tačiau naujojo tyrimo autoriai nustatė, kad dvinarėse žvaigždėse situacija gerokai skiriasi. Gyvenimo pabaigoje viena žvaigždė dažnai nutraukia dalį kompanionės išorinių sluoksnių, kartu išlaisvindama ir ten susitelkusius žvaigždėje pagamintus cheminius elementus. Apskaičiavę tokio proceso eigą žvaigždžių evoliucijos skaitmeniniu modeliu, mokslininkai išsiaiškino, jog iš dvinarių žvaigždžių anglies gali būti išmetama apie du kartus daugiau, nei iš tokios pat masės pavienių. Tai nėra vienintelis būdas „padidinti“ prognozuojamą anglies gausą Visatoje, bet šis – bene paprasčiausias iš visų nagrinėjamų alternatyvų. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Radijo signalai Galaktikos centre. Praeitą savaitę paskelbta apie keistą radijo signalą, sklindantį iš Galaktikos centro pusės. Ne, tai nėra nežemiškos civilizacijos bandymas susisiekti, tačiau signalo savybės neatitinka jokių žinomų reiškinių modelių. Šaltinį aptiko Australijoje įrengtas radijo teleskopas Square Kilometer Array Pathfinder – pirminė sistema, skirta patikrinti būsimo Square Kilometer Array galimybes. Šaltinis radijo bangas skleidžia ne nuolatos, ar bent jau jos ne visada nukreiptos mūsų link; per devynis mėnesius pernai užfiksuoti šeši sušvitimai. Pagrindinė keista jų savybė – stipriai poliarizuota šviesa: net ketvirtis atsklindančių bangų sukosi tvarkingu apskritimu. Vėliau šaltinio kryptimi atlikti stebėjimai su Pietų Afrikoje esančiu radijo teleskopu MeerKAT ir šių metų vasarį šaltinis vėl užfiksuotas. Jis ir vėl buvo stipriai poliarizuotas – dalis bangų sukosi apskritimu, o dauguma likusių svyravo vienoje plokštumoje. Maždaug per dieną šaltinis vėl išblėso. Mokslininkai bandė rasti rentgeno ar infraraudonųjų spindulių šaltinių toje pačioje dangaus vietoje, bet nieko aptikti nepavyko, tad kad ir kas skleidžia radijo bangas, tai yra labai blausus objektas kituose spektro ruožuose. Tyrėjai įvertino kelias galimybes, koks objektas tai galėtų būti. Gal tai maža žvaigždė ar rudoji nykštukė, kurios pašvaistes matome? Bet tada keista, kad neaptikta jokia infraraudonoji spinduliuotė ir nežinia, kodėl spinduliuotė poliarizuota bei trumpalaikė. Gal tai pulsaras, kurio žybsnius išskleidė magnetiniai laukai ir dulkės tarp jo ir mūsų? Bet tuomet neaišku, kodėl žybsniai atsikartoja nereguliariai ir taip retai. Gal tai magnetaras – išskirtinai stiprų magnetinį lauką turinti neutroninė žvaigždė? O gal tik Galaktikos centrui būdingas trumpalaikis šaltinis? Tokių irgi žinoma keletas, bet jie visi pasižymi dešimčių minučių trukmės kintamumu, o ne paros, kaip naujasis atradimas. Taigi nei vienas paaiškinimas nėra patenkinamas ir šaltinio kilmę reikės nagrinėti ilgiau. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

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

Laiqualasse

2 komentarai

  1. Iki šiol tik dvi misijos – Dawn ir New Horizons – aplankė ir tyrinėjo po du taikinius…
    Jeigu laikysim tyrinėjimą iš orbitos tai Dawn tyrinėjo du asteroidus Vesta ir Cerera.
    New Horizont tyrinėjo praskriejant pro objektą ir tyrinėjo jis tris taikinius Jupiterį, Plutoną ir Arrokoth.
    O iš praskriejančių trajektorijų pro du ir daugiau taikinius tyrinėjančių misijų yra daug keletą pvz (Mariner 10 Venerą, Merkurijų), Pioneer 11 (Jupiterį, Saturną) Veha 1,2 (Venerą, Halio kometą) Voyager 1 (Jupiterį, Saturną) Voyager 2 (Jupiterį, Saturną Uraną, Neptūną), Galileo (Gasprą , Idą, Jupiterį tyrinėjo jau iš orbitos) …

    1. Taip, teisingiau būtų buvę rašyti, kad tik Dawn tyrinėjo daugiau nei vieną taikinį iš orbitos. Apie planetos plius palydovų tyrimus įraše pakomentavau – „(šiuo atveju Saturno ar Jupiterio palydovai laikomi vienos sistemos dalimi su savo planeta)“. Bet dėl praskridimų jūs teisus, buvo ir daugiau tokių, kurie davė mokslinių rezultatų.

Leave a Reply

El. pašto adresas nebus skelbiamas. Būtini laukeliai pažymėti *