Nekoreguojami

Nekoreguojami

Nekoreguojami

2018. 11. 20

Kastytis Zubovas, "Konstanta 42". Kąsnelis Visatos CCCLV: Orbitos

SpaceX po truputį ruošiasi kosminio interneto kūrimui, o kitos kompanijos – palydovų aptarnavimui tiesiai orbitoje. Kitoje Visatos pusėje naujienos yra apie tris kaimynes ryjančią galaktiką, apie Paukščių Tako palydovių judėjimą ir apie dvinarę žvaigždę, švytinčią gama spinduliais kas 50 metų. Dar turime šio to iš Marso ir iš supernovų sprogimų bei žvaigždžių virpesių analizės.

***

SpaceX kosminis internetas. SpaceX ir jos įkūrėjas Elonas Muskas jau ne pirmus metus kalba apie planus sukurti palydovų tinklą interneto ryšiui. Panašu, kad šie planai po truputį tampa realybe – praeitą savaitę JAV Federalinė ryšių tarnyba davė leidimą beveik 12 tūkstančių palydovų paleidimui. Pagal tarnybos paskelbtus duomenis, palydovai turėtų kilti nuo 2019 metų vidurio, o visas tinklas turėtų būti užbaigtas per devynerius metus, taigi iki 2027 metų pabaigos. Palydovai skraidys aplink Žemę 335-346 km aukščio orbitose, truputį žemiau, nei Tarptautinė kosminė stotis. Jie turėtų tapti greitesniu interneto ryšio perdavimo kanalu, nei dabar naudojami optiniai kabeliai, mat kabeliuose elektromagnetiniai signalai juda maždaug trečdaliu lėčiau, nei ore ar vakuume. Signalas, perduodamas palydovais, nukeliaus šiek tiek didesnį atstumą, tačiau užtruks mažiau laiko. Be to, palydovinis internetas atsietų spartų ryšį nuo fizinių pasijungimo taškų, taigi ryšys veiktų ir nuošaliose vietovėse, jūroje, ir netgi tame pačiame kosmose. Kol kas SpaceX nepaskelbė tikslios informacijos, kokiomis orbitomis skraidys jos palydovai, tačiau spėjama, kad gana daug jų gali susitelkti tarp 47 ir 52 laipsnių platumos abiejuose pusrutuliuose – būtent šiose platumose įsikūrę dauguma didžiųjų internetinės prekybos centrų, kuriems ryšio greitis ypatingai svarbus. Kitas svarbus šios naujienos aspektas – pats palydovų skaičius. Kol kas į kosmosą žmonės yra paleidę tik kiek daugiau nei 8000 palydovų, iš kurių tarp trečdalio ir pusės vis dar veikia. Jei SpaceX įgyvendins savo planus, palydovų skaičius Žemės aplinkoje išaugs pustrečio karto. Su tokiu palydovų kiekiu atsiranda ir didelė problema – jų gedimai. Nedideli palydovai, kokius planuoja SpaceX, įprastai tarnauja tik apie penkerius metus, taigi gali būti, kad kompanijai kas penkmetį reikės atnaujinti visą palydovų spiečių. Tai sukels ne tik finansinių iššūkių, bet ir kosminių šiukšlių kiekio gausėjimo problemų. Galbūt kosminis internetas paskatins progresą ir kosminių šiukšlių utilizavimo arba palydovų aptarnavimo ir ilgaamžiškumo srityse. Beje, SpaceX yra ne vienintelė kosminį internetą planuojanti kompanija – jos pėdomis seka ir pralenkti bando daugybė kitų, nuo telekomunikacijų bendrovių Samsung ir Telesat iki Facebook, Google ir aeropramonės milžinės Boeing.

***

Palydovų orbitinis aptarnavimas. Didėjantis palydovų skaičius orbitoje – ir veikiančių, ir nebeveikiančių – skatina ir naujų verslų atsiradimą. Per pastaruosius metus įkurtos net kelios kompanijos, ketinančios teikti orbitinio palydovų aptarnavimo paslaugas. Praeitą savaitę jų atstovai dalyvavo susitikime su JAV federaline valdžia ir kalbėjo apie srities iššūkius bei perspektyvas. Kosminių šiukšlių nuolatos vis daugėja – šiuo metu JAV kariuomenė seka 23 tūkstančius objektų kosmose, iš kurių tik 1900 yra veikiantys palydovai, o visa kita – įvairios nuolaužos arba pagedę prietaisai. Geriausia išeitis su jais susitvarkyti – patraukti juos į Žemės orbitą, kad lengvai sudegtų. Bet dar geresnė išeitis, žvelgiant į ateitį, būtų išvengti šiukšlių kaupimosi. Kai kurios šalys, pavyzdžiui Prancūzija, jau kurį laiką reikalauja, kad jų kompanijos naujus palydovus užprogramuotų nukritimui į atmosferą po 25-erių metų. Bet dar geriau būtų tiesiog prailginti palydovų tarnavimo laiką – tokia ir yra orbitinio aptarnavimo kompanijų vizija. Viena iš šių kompanijų, SSL, jau 2021 metais ketina paleisti erdvėlaivį, kuris skraidys geostacionarioje orbitoje, galės prisijungti prie ten skriejančių kitų palydovų, juos užpildyti kuru, pakoreguoti jų orbitas ir net kažkiek suremontuoti. Šiuo metu geostacionarioje orbitoje skraido apie 500 palydovų, daugiausiai skirtų telekomunikacijoms. Kiekvieno tokio palydovo paleidimas kainuoja šimtus milijonų dolerių, o aptarnavimas būtų tikrai pigesnė išeitis, taigi kompanija tikisi, kad klientų jai netrūks.

***

Ličio jonų varikliai. Kosminiai laivai kol kas skraido naudodami cheminiu kuru varomas raketas. Ši technologija yra moraliai pasenusi, labai brangi ir neefektyvi. Ir nors išmanūs sprendimai, pavyzdžiui pasinaudojimas planetų gravitacija manevrams atlikti, leidžia pasiekti daugiau nei pusės milijono kilometrų per valandą greitį, tai tikrai nėra ilgalaikėje perspektyvoje geriausias, ar net tenkinantis, sprendimas, mat visi manevrai reikalauja daug laiko. SpaceX planuoja kitą būdą pagerinti raketų darbą – papildyti jas kuru orbitoje; tokiu būdu kompanijos planuojamos raketos BFR skrydis į Marsą galėtų sutrumpėti nuo pusmečio iki 40 dienų. Bet ir tai – ne riba. Šiuo metu NASA bando dvi visiškai naujas raketų varymo sistemas: ličio jonų variklius ir pozitronų sintezės variklius. Pirmieji yra jau dabar naudojamų joninių variklių atmaina, tačiau žymiai efektyvesnė. Naujųjų joninių variklių pagrindinė dalis būtų daugiau nei šimto metrų skersmens burė, sudaryta iš fotovoltinių elementų, panašių į Saulės baterijas. Ultravioletinių spindulių lazeris, šviečiantis į šią burę, galėtų dešimčių astronominių vienetų atstumu perduoti jai dešimties megavatų galią. Gaunama energija būtų naudojama medžiagai jonizuoti ir erdvėlaiviui stumti į priekį. Toks erdvėlaivis galėtų pasiekti iki 40 astronominių vienetų per metus greitį; kitaip tariant, kelionė iki Plutono jam užtruktų tik metus, ir nereikėtų jokių skrydžių pro kitas planetas, pasinaudojant jų gravitacija pagreitėjimui. Antroji technologija remiasi pozitronų ir vandenilio izotopo deuterio sinteze. Pozitronai, sąveikaudami su deuteriu, išmeta elektringus vandenilio branduolius, kurie gali stumti erdvėlaivį į priekį. Tuo tarpu neutronai, išlėkę iš deuterio, gali stabilų kriptono izotopą paversti radioaktyviu, kuris vėliau išskiria pozitroną ir reakcija tęsiasi toliau. Toks reakcijų ciklas nėra energetiškai našus – jo nebūtų įmanoma panaudoti elektros energijai gaminti Žemėje – tačiau išmetami protonai ir pozitronų gamyba vietoje daro jį patrauklų kosminėms kelionėms. Iš principo ši technologija taip pat leistų pasiekti 40 AU per metus greitį, arba dar didesnį – taip galėtume kalbėti netgi apie tarpžvaigždines keliones. Kol kas abi technologijos yra tik prototipų stadijoje, bet su NASA finansavimu jos gali tapti realybe per 10-20 metų.

***

Žemės atmosferą nuolatos bombarduoja kosminiai spinduliai – daugiausiai energingi elektronai, protonai ir helio branduoliai. Susidūrę su atmosferos dalelėmis, jie sukuria daugybę elementariųjų dalelių, tarp kurių yra ir miuonai. Pastarieji turėtų išgyventi vos 1,5 mikrosekundės prieš suskildami į kitas daleles, tačiau jie reguliariai pasiekia Žemės paviršiuje esančius detektorius, iki kurių nuo atmosferos viršaus keliauti turėtų bent keliasdešimt mikrosekundžių. Kaip čia taip yra? Apie tai žiūrėkite Minute Physics siužete:

***

Kometa C/2018 V1 Machholz-Fujikawa-Iwamoto. Šaltinis: Universe Today

Savaitės paveiksliukas – visai netikėtai aptikta nauja kometa, atskridusi į centrinę Saulės sistemos dalį ir sparčiai artėjanti Saulės link. Plika akimi ji nebus matoma, bet šiomis dienomis ją dar galima įžiūrėti per nedidelį teleskopą ar žiūronus Mergelės žvaigždyne, visai arti horizonto.

***

Potvyniniai Marso kanjonai. Marse yra žinoma daugiau nei šimtas paleoežerų – kraterių, kuriuose kadaise tikrai buvo vandens. Nuo daugelio jų driekiasi kanjonai, kuriais kažkada tekėjo upės, išnešančios perteklinį ežerų vandenį. Iki šiol nebuvo žinoma, ar upės tekėjo ilgai ir ramiai, ar buvo trumpalaikių potvynių padarinys – kanjonus išgraužti gali abu procesai. Dabar nauja kanjonų savybių analizė parodė, kad antroji hipotezė teisingesnė. Aukštos raiškos paleoežerų ir kanjonų nuotraukos leido nustatyti, koks vandens kiekis galėtų išbėgti iš ežero potvynio metu, ir kokio ilgio bei skerspjūvio kanjonas yra prie ežero. Paaiškėjo, kad šie dydžiai stipriai koreliuoja, t. y. ežerai, iš kurių per potvynius galėjo ištekėti daugiau vandens, turi didesnius kanjonus. Jei vanduo iš ežerų būtų tekėjęs ilgai ir nuosekliai, tokios koreliacijos nebūtų. Panašūs procesai vyksta ir Žemėje, pavyzdžiui, ežeruose, kurių kraštus riboja ledynai. Įvertinus skirtingą gravitaciją, Žemėje ir Marse potvynių išgraužiami kanjonai yra beveik vienodi. Tik Žemėje tektoninių plokščių judėjimas kanjonus per milijonus metų sunaikina, o Marse jie išlieka net ir 3,7 milijardo metų. Tyrimo rezultatai publikuojami Geology.

***

Žvaigždžių virpesių analizė. Visos žvaigždės vibruoja. Vibraciją sukelia medžiagos judėjimas žvaigždės gelmėse, o sukeltos bangos sklinda per visą tūrį ir gali būti stebimos žvaigždės paviršiuje. Tačiau stebėjimų duomenys dažniausiai yra labai neaiškūs – juose susipina žvaigždžių virpesiai, aplink skraidančių planetų signalai, žvaigždžių dėmės ir žybsniai. O ir virpesiai būna labai įvairūs, jų dažnis ir stiprumas priklauso nuo žvaigždės masės, cheminės sudėties, sukimosi greičio, magnetinio lauko ir kitų savybių. Dabar pristatytas būdas greitai susieti stebimus žvaigždžių duomenis su tikėtinais parametrų rinkiniais. Metodas remiasi neuroniniu tinklu – sistema, sudaryta iš daugelio komponentų, kurių jungtys dalinai atkartoja smegenų neuronų jungtis. Tokios sistemos dažnai naudojamos ieškant sąryšių tarp įvairių netvarkingų duomenų. Tinklas apmokytas naudojant daugiau nei 60 milijonų žvaigždžių virpesių modelių, susiejant juos su tikėtinais stebėjimų duomenimis. Tokia sistema, gavusi realius duomenis, per mažiau nei minutę gali atrinkti labiausiai tikėtinas šešių žvaigždės parametrų vertes, kurioms esant būtų gaunami šie stebėjimų duomenys. Nors tai ir nėra ypatingai tikslus atsakymas, jį galima panaudoti tolesniems, detalesniems, tyrimams, kad vienai žvaigždei nereikėtų skaičiuoti tūkstančių modelių, o užtektų vos kelių. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Smėlis supernovų liekanose. Jau seniai žinome, kad supernovų sprogimai sukuria puikias sąlygas formuotis kosminėms dulkėms – daugiausiai anglies ir silicio pagrindo junginiams. Tų junginių yra įvairiausių, o dabar vienoje supernovos liekanoje aptiktas ir smėlis, tiksliau, silicio dioksidas. Šis junginys įdomus tuo, kad jo Žemėje yra labai daug – maždaug 60% mūsų planetos plutos sudaryta būtent iš jo. Supernovos liekanoje G54.1+0.3 aptiktų dulkių masė siekia 0,08-0,9 Saulės masės – maždaug tiek prognozuoja skaitmeniniai modeliai. Kol kas sunku pasakyti, kokią dulkių dalį sudaro smėlis – ji gali būti nuo <1% iki maždaug dviejų trečdalių visų dulkių. Šis atradimas patvirtina, jog supernovose pagamintos dulkės yra reikšmingas planetų formavimosi ingredientas. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Retos supernovos pirmtakė. Ne visi supernovų sprogimai yra vienodi. Kai kurie iš jų žymi baltosios nykštukės termobranduolinį sprogimą, prisirijus pernelyg daug medžiagos. Kiti yra masyvių žvaigždžių gyvenimo pabaigos įvykiai, o šie dar skirstomi į kelis tipus, pagal šviesio kitimo ir spektro skirtumus. Maždaug penktadalis tokių supernovų yra Ic (pirmojo-c) tipo – jų spektre nematyti nei vandenilio, nei helio. Tai reiškia, kad sprogusi žvaigždė dar prieš sprogimą nusimetė išorinius sluoksnius, kuriuose dar buvo šių elementų. Dabar pirmą kartą identifikuota tokį sprogimą patyrusi žvaigždė. Pernai palyginus netolimoje galaktikoje NGC 3938 sprogus Ic tipo supernovai, dvi astronomų grupės peržiūrėjo archyvinius galaktikos stebėjimų duomenis, siekdamos aptikti sprogimo vietoje buvusią žvaigždę. Ir aptiko – kaip ir tikėtasi, tai buvo labai masyvi mėlyna žvaigždė. Abiejų komandų gauti rezultatai yra gana panašūs: žvaigždės masė turėtų siekti apie 60 Saulės masių, jei tai buvo pavienis objektas. Jeigu žvaigždė buvo dvinarėje sistemoje, jos masė turėjo būti dar didesnė, apie 80 Saulės masių – tokia žvaigždė sąveikaudama su kompanione prarastų didelę dalį masės, todėl sprogtų tarsi būtų mažesnė. Atradimui padaryti reikėjo labai tiksliai identifikuoti supernovos sprogimo tašką, nes ji sprogo tankiame galaktikos regione, kuriame žvaigždžių yra labai daug. Tą padaryti, regis, pavyko, bet šimtaprocentinės garantijos, kad identifikuota žvaigždė tikrai yra supernovos pirmtakė, kol kas neturime. Per artimiausius porą metų supernovos liekana išsiplės ir išblės. Tada bus galima paieškoti, kokios žvaigždės trūksta tame galaktikos regione, ir šiuos atradimus patikrinti detaliau. Tyrimo rezultatai arXiv: pirmasis ir antrasis.

***

Nykštukinių galaktikų savybės. Paukščių Taką supa daugiau nei pusšimtis palydovinių nykštukinių galaktikų. Kai kurios iš jų, pavyzdžiui Magelano debesys, yra apie šimtą kartų mažesnės už Paukščių Taką, kitos – dar mažesnės. Dabar pristatyta nauja 39 galaktikų judėjimo analizė, leidžianti geriau suprasti jų kilmę bei evoliuciją. Analizei pasitelkti Gaia kosminio teleskopo duomenys – be jų nebūtų įmanoma išmatuoti net 29 galaktikų judėjimo. Gautieji rezultatai parodė, kad net 17 iš 39 galaktikų juda vienoje plokštumoje. Jau anksčiau buvo žinomas šių ir kitų galaktikų išsidėstymas plokštumoje, bet dabartinis atradimas parodė, kad ta plokštuma atitinka galaktikų orbitas. Dalies galaktikų greičiai byloja, kad jos turėtų praskrieti labai arti Paukščių Tako ir bus jo suardytos. Iš kitos pusės, paaiškėjo, kad kai kurios ardymo požymių turinčios galaktikos praeityje greičiausiai nebuvo priartėjusios labai arti mūsų Galaktikos, taigi jas greičiausiai sudarkė sąveikos su kitomis nykštukinėmis galaktikomis. Taip pat įdomu, kad dauguma galaktikų aptiktos arti savo orbitų pericentrų – artimiausių Paukščių Takui taškų. Kiekvienas objektas daugiau laiko praleidžia arti apocentro – tolimiausio taško – taigi šis rezultatas reiškia, kad toli nuo Paukščių Tako turėtų egzistuoti daug blausių kol kas neaptiktų galaktikų. Tyrimo rezultatai arXiv.

Taip pat Gaia duomenys padėjo aptikti „vaiduoklišką“ nykštukinę galaktiką, kurią nuo mūsų slėpė Paukščių Tako diskas. Galaktikos gabaritai panašūs į Didžiojo Magelano debesies, bet jos šviesis yra apie 5000 kartų mažesnis. Ši galaktika, pavadinta Siurblio 2 pagal žvaigždyną, kuriame yra matoma, iš žinomų Paukščių Tako palydovių turi mažiausią tankį. Gali būti, kad ją Paukščių Takas gerokai „apvalgė“ – tai paaiškintų, kodėl ji tokia išskydusi. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Gama spindulių dvinarė. Aptikta dvinarė žvaigždė, kurioje esanti neutroninė žvaigždė, sąveikaudama su kompanionės vėju, skleidžia gama spindulius. Apskritai ši žvaigždė yra labai reto tipo dvinarė, sudaryta iš greitai besisukančios neutroninės žvaigždės ir pagrindinės sekos masyvios žvaigždės, pučiančios stiprų vėją. Galaktikoje žinomos tik dvi iš tokių komponenčių sudarytos dvinarės. Neutroninė žvaigždė turi labai stiprų magnetinį lauką, kuris gali įgreitinti daleles ir taip sudaryti sąlygas gama spinduliuotei atsirasti; būtent toks reiškinys ir užfiksuotas. Ryšį tarp gama spinduliuotės ir procesų dvinarėje patvirtina gama spinduliuotės intensyvumo kitimas. Stipriausia gama spinduliuotė buvo matoma tada, kai abi dvinarę sistemą sudarančios žvaigždės buvo arčiausiai viena kitos, beveik lygiai prieš metus. Vėliau, joms pradėjus dar vieną ratą 50 metų trukmės orbita, gama spinduliuotė išblėso. Šis atradimas – puiki galimybė nagrinėti dalelių įgreitinimo procesus natūralioje aplinkoje, kur pasiekiamos energijos viršija daugelio Žemėje esančių greitintuvų galimybes. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Šviesiausios galaktikos maitinimas. 2015 m. aptikta tolima galaktika WISE J224607.55-052634.9 yra šviesiausia žinoma galaktika – jos skleidžiama spinduliuotė 350 trilijonų kartų viršija Saulės šviesį. Palyginimui Paukščių Takas šviečia „tik“ 10 milijardų kartų šviesiau už Saulę, t.y. 35 tūkstančius kartų blausiau, nei rekordininkė. Dabar nauji stebėjimai padėjo bent iš dalies atskleisti galaktikos šviesio paslaptį – ji ryja net trijų aplinkinių galaktikų medžiagą. Prieš 12,5 milijardo metų, iš kurių matome galaktikos atvaizdą, medžiaga Visatoje buvo daug tankesnė, todėl ir galaktikų susiliejimai dažnesni. Visgi keturių galaktikų susijungimas vienu metu yra retas reiškinys net ir tais laikais. Infraraudonųjų spindulių nuotraukose matyti, kad tris mažesnes kaimynines galaktikas su WISE J224607.55-052634.9 jungia dulkių ir dujų juostos, o pačių galaktikų formos labai netvarkingos, suardytos didesniosios galaktikos gravitacijos. Dujos greičiausiai pasiekia WISE J224607.55-052634.9 centre esančią keturis milijardus kartų už Saulę masyvesnę juodąją skylę, o krisdamos į ją spinduliuoja didžiąją dalį matomos energijos. Paties galaktikos branduolio nematyti, nes jį užstoja tie patys dujų srautai. Šie rezultatai padės geriau suprasti, kaip augo pirmosios galaktikos ir jų centrinės juodosios skylės. Tyrimo rezultatai publikuojami Science.

***

Konstanta 42 yra FTMC dirbančio astrofizikos mokslų daktaro Kastyčio Zubovo blogas apie Visatą, kuriame pristatomi įvairūs dalykai, susiję su fizika ir kitais mokslais. Taip pat kartais pasitaiko įrašų apie fantastiką, tolkinizmą, istoriją. Kodėl Konstanta 42? Tai yra atsakymas į visus gyvenimo klausimus.