Nekoreguojami

Nekoreguojami

Nekoreguojami

2019. 09. 23

K.Zubovas „Konstanta 42“. Kąsnelis Visatos CD: Keturišimtasis!

Jau keturis šimtus savaičių iš eilės (su labai nedideliais nukrypimais nuo grafiko) pristatau jums kosmines naujienas. Visatos kąsneliai buvo čia ir per Curiosity nusileidimą, ir per New Horizons skrydžius pro Plutoną bei Ultima Thule, ir atradus gravitacines bangas bei nufotografavus juodąją skylę, ir per tūkstančius kitų atradimų. Tikiuosi tą daryti dar bent antra tiek laiko, o gal ir ilgiau. O šią savaitę gana daug naujienų apie planetas, nuo sniego Saturno palydovuose iki ledo sprogimų Marse ir nuo Veneros klimato modelių iki asteroidų sukelto ledynmečio Žemėje. Dar rasite netikėtai įsijungiančių aktyvių galaktikų, galimai masyviausią neutroninę žvaigždę ir įdomią kometų migraciją Saulės sistemoje. Gero skaitymo!

***

Asteroidų susidūrimo sukeltas ledynmetis. Gerai žinome, kad prieš 65 milijonus metų masinį rūšių išnykimą sukėlė asteroido smūgis į Žemę. Asteroidai praeityje Žemei įtakos turėjo ir daugiau, bet, pasirodo, ne visada ji buvo tokia pražūtinga. Naujame tyrime pateikiami įrodymai, kad prieš 460-440 milijonų metų vykusį Vėlyvojo Ordoviko geologinio periodo ledynmetį sukėlė dviejų asteroidų susidūrimas, įvykęs prieš 466-467 milijonus metų. Įprastai ledynmečių priežastimi laikomi geologiniai procesai – žemynų judėjimas, jūrų baseinų pokyčiai, vulkanizmas ir panašiai, tačiau šįkart priežastis pasirodė esanti kosminė. Ištyrę helio-3 bei mineralo chromito kiekį ir savybes Ordoviko periodo uolienose, mokslininkai išsiaiškino, kad ledynmečio pradžioje 1-10 tūkstančių kartų išaugo šias medžiagas turinčių dulkių kritimo sparta. Ir helis-3, ir chromitas yra kosminės kilmės, taigi galima teigti, kad Žemę pasiekė daugiau nei tūkstantį kartų didesnis kosminių dulkių kiekis. Šiuo metu kosminės dulkės sudaro maždaug 1% visų atmosferos dulkių ir klimatui įtakos neturi, bet toks reikšmingas jų pagausėjimas tikrai galėjo atšaldyti planetą. Panašu, kad visa vidinė Saulės sistemos dalis daugiau nei dviem milijonams metų po asteroidų susidūrimo patyrė reikšmingą dulkių pagausėjimą. Dar ir dabar apie trečdalį visų į Žemę nukrentančių meteoritų atsirado šio susidūrimo metu, taigi nenuostabu, kad iškart po jo kosminių nuolaužų galėjo būti tikrai labai daug. Įdomu, kad būtent šis ledynmetis paskatino didžiulį gyvybės formų pagausėjimą – nors daug rūšių ir išnyko, per 30 milijonų metų rūšių įvairovė tapo panaši į šiandieninę. Gautą rezultatą būtų galima patikrinti nagrinėjant panašaus amžiaus uolienas kitose planetose ir Mėnulyje. Tyrimo rezultatai publikuojami Science Advances.

***

Asteroidų misijų rezultatai – netikėti. Šiuo metu NASA ir ESA intensyviai ruošiasi dviem misijoms, skirtoms išbandyti Žemės gynybos nuo asteroidų technologijas. DART misija išskristi turėtų 2021 metais, o taikinį – asteroidą Didymos ir jo palydovą Didymoon – pasieks 2022-aisiais. Tada pagrindinis misijos zondas atsitrenks į Didymoon ir sutrumpins jo orbitą aplink motininį kūną keliomis minutėmis. Bent jau tikimasi, kad smūgio rezultatas bus toks, tačiau kol kas tą galime tik prognozuoti, remdamiesi laboratoriniais tyrimais bei skaitmeniniais modeliais. Visgi gali būti, kad šios prognozės yra labai netikslios, nes neseniai Japonijos zondo Hayabusa2 atliktas smūgis į asteroidą Ryugu turėjo kitokį rezultatą, nei tikėtasi. Krateris Ryugu paviršiuje yra gerokai didesnis, o jo kraštai lėkštesni, nei buvo prognozuojama. Iš to galima spręsti, kad Ryugu formą palaiko beveik vien gravitacija, o ne uolienų cheminiai ryšiai; kitaip tariant, jis yra panašesnis į smėlio kalną, o ne uolą. Didymos dydis labai panašus į Ryugu, taigi ir savybės gali būti panašios, bet tuo kol kas negalime būti tikri. Penkis kartus mažesnio Didymoon formai cheminiai ryšiai turėtų būti svarbesni, nei didesniems kūnams, bet vėlgi, tiksliai įvertinti šių jėgų reikšmę nėra paprasta. Tokie atradimai tik dar kartą parodo, kad vystant technologijas, galinčias apsaugoti Žemę nuo asteroido smūgio, būtini jų bandymai kosmose, nes tikri asteroidai gali labai skirtis nuo to, kaip mes juos įsivaizduojame. Šios įžvalgos aptartos ECPS-DPS planetų mokslo bendruomenių jungtinėje konferencijoje Ženevoje.

***

Gyvybei tinkama Venera? Šiuo metu Veneros paviršius yra pragariško karščio ir slėgio vieta, o atmosfera ne tik labai tanki, bet ir pražūtinga gyvybei bei robotams. Tačiau praeityje sąlygos ten galėjo būti visiškai kitokios – naujame tyrime pristatyti skaitmeniniai modeliai, rodantys, kad daugiau nei tris milijardus metų Veneroje galėjo egzistuoti žemiškai gyvybei tinkamas klimatas. Tam tiesiog reikėjo, kad planeta gyvenimo pradžioje turėtų nemažai vandens. Modeliuose išnagrinėti keli paviršiaus topografijos bei vandens kiekio variantai – visiškai vandeniu padengta planeta, į Žemę panaši planeta, arba šiandieninės Veneros paviršius su skirtingais vandens kiekiais, nuo vos sudrėkusio grunto iki 310 metrų vidutinio gylio vandenyno. Visais atvejais planetos paviršiuje nusistovėjo stabilios 20-50 laipsnių šilumos sąlygos. Anglies dvideginis pradinėje planetos atmosferoje lengvai susijungė su silikatinėmis uolienomis, taigi jo atmosferoje galėjo likti nedaug. Viskas pasikeitė maždaug prieš 750 milijonų metų, kai ugnikalnių išsiveržimai sparčiai pakeitė atmosferos sudėtį. Jų metu į orą buvo išmesta labai daug anglies dvideginio ir kitų šiltnamio efektą sukeliančių dujų, o lavos srautai greitai sustingo ir nebesugėrė dujų pertekliaus. Taip prasidėjo nesuvaldomas šiltnamio efektas, vandenynai išgaravo ir Venera tapo tokia, kokia yra dabar. Šis modelis remiasi dviem pagrindinėmis prielaidomis, kurių teisingumas nėra aiškus. Pirmoji – kad Venera tik susiformavusi atvėso pakankamai sparčiai, jog joje galėjo susikondensuoti skystas vanduo. Antroji – kad prieš 750 milijonų metų įvykęs paviršių pakeitęs vulkanizmo sustiprėjimas buvo toks vienintelis, o ne paskutinis iš visos serijos panašių įvykių, keitusių Veneros paviršių ir seniau. Tyrimo rezultatai pristatyti ECPS-DPS planetų mokslo bendruomenių jungtinėje konferencijoje.

***

Sprogus pavasaris Marse. Šių metų balandį pavasaris prasidėjo ne tik Žemėje, bet ir Marso šiaurės pusrutulyje. Gegužės mėnesį darytose nuotraukose pastebėtas senokai prognozuotas reiškinys, susijęs su šylančiu paviršiumi – smėlio sprogimai. Na, tai nėra dideli sprogimai, bet nuotraukose aiškiai matomas tamsus smėlis iš gilesnių sluoksnių, išmestas į paviršių. Tokie reiškiniai vyksta garuojant anglies dvideginio ledui. Tokio ledo sluoksnis padengia Marso poliarinius regionus žiemos metu, o pavasarį, kylant temperatūrai, ledas ima sublimuoti – virsti garu, netapdamas skysčiu. Anglies dvideginio ledas yra beveik permatomas, todėl Saulės spinduliai pasiekia ne tik sluoksnio viršų, bet ir apačią. Ledo sluoksnio viršus šyla lėčiau, nei apačia, kuriai šiluminę izoliaciją suteikia aukštesni sluoksniai. Taip po plonu ledo sluoksniu ima formuotis dujų burbulai; po kurio laiko jie pralaužia ledą ir išlekia į atmosferą, dažnai kartu išsinešdami ir smėlį. Ypač smėlis sujudinamas kopose, kurių šlaituose gali prasidėti ir nuošliaužos. Tyrinėdami šiuos procesus, geriau suprantame ir Marso paviršiaus savybes, ir jo klimatą.

***

Ijo šešėlis ant Jupiterio. Šaltinis: NASA/JPL-Caltech/SwRI/MSSS/Kevin M. Gill

Savaitės paveiksliukas – dar vienas Juno zondo duomenų sudėtas paveikslas. Čia matome palydovo Ijo, dydžiu panašaus į Mėnulį, šešėlį, uždengiantį tik mažą dalį Jupiterio. Kaip visada, Jupiterio debesų juostos atrodo įspūdingai.

***

Koks Saturno žiedų amžius? Saturno žiedai yra labiausiai išskirtinė planetos savybė. Taigi nenuostabu, kad prieš keletą metų paskelbus, jog žiedų amžius greičiausiai tėra apie 100 milijonų metų, kilo didelis susidomėjimas. Dabar grupė mokslininkų teigia, kad ankstesnis skaičiavimas buvo neteisingas ir žiedai iš tiesų yra panašaus amžiaus, kaip ir pati planeta. Pagrindinis jų argumentas yra ankstesniame tyrime padaryta prielaida, kad medžiaga, paliekanti Saturno žiedus, yra tokios pat cheminės sudėties, kaip ir patys žiedai. Tada galime manyti, jog žiedų cheminė sudėtis kinta tik dėl to, kad į juose esančius ledo luitus ir uolienas pataiko mikrometeoroidai ir tarpplanetinės dulkės. Laikydami, jog tik susiformavę žiedai buvo sudaryti vien iš gryno ledo, galime apskaičiuoti, kiek daugiausiai laiko galėjo praeiti, iki jiems pasiekiant šiandieninę cheminę sudėtį – taip ir gautas 100 milijonų metų amžius. Tačiau Cassini duomenys rodo, kad medžiaga, krentanti iš žiedų į Saturną, yra daugiausiai organinės molekulės, o ne ledas, taigi gali būti, kad Saturno žiedai sugeba „išsivalyti“ ir išlieka daug švaresni, nei manyta anksčiau. Be to, skaitmeniniai modeliai rodo, kad nepriklausomai nuo pradinės žiedų masės, per keturis milijardus metų jų masė turėtų tapti panaši į dabartinę. Jei žiedai pradžioje buvo daug masyvesni, jie masę praradinėjo sparčiau, jei buvo tik truputį masyvesni už dabartinius – lėčiau. Jei žiedai susiformavo mažesnės masės, nei dabartiniai, laikui bėgant juos galėjo papildyti byrantys palydovai. Bet kuriuo atveju, dabartinė žiedų masė yra natūralus ilgalaikės evoliucijos rezultatas. Aišku, žiedai galėjo susiformuoti neseniai, turėdami būtent tokią masę, kokia yra dabar, bet tai atrodo daug mažiau tikėtina. Tyrimo rezultatai publikuojami Nature Astronomy.

***

Sniegas iš Encelado. Saturno palydovai yra labai nevienodi – Titaną dengia tanki atmosfera, kai kuriuos kitus – ledynai, treti yra uoliniai. Viena iš besiskiriančių jų savybių yra reflektyvumas: Enceladas atspindi daugiausiai radaro bangų, Titanas – mažiausiai. Antras ir trečias palydovai pagal šį parametrą yra Tetidė ir Mimas, kurių orbitos labai artimos Enceladui. Dabar pasiūlytas jų panašumo paaiškinimas – iš Encelado trykštantys geizeriai išmeta ledą į orbitą, o dalis ledo kristalų nusėda gretimuose palydovuose. Visų trijų palydovų reflektyvumą paaiškinti galėtų maždaug dešimties centimetrų storio nelabai suspausto sniego sluoksnis, dengiantis paviršių; plonesnis arba labiau suspaustas ledas tiesiog praleistų daugumą radaro spindulių iki giliau esančių uolienų. Taip pat gali būti, kad ledas paviršių dengia ne tolygiai, bet įvairiomis sudėtingomis struktūromis, atsirandančiomis Saulei šviečiant į palydovų paviršių. Šiuo metu tyrėjai nagrinėja galimas paviršiaus savybes skaitmeniniais modeliais, bet patikrinti prognozes gali būti sudėtinga, nes nežinia, kada gausime pakankamai detalius šių palydovų paviršiaus žemėlapius. Tyrimo rezultatai pristatyti EPSC-DPS planetų mokslo bendruomenių jungtinėje konferencijoje.

***

Kometų kelias Saulės link. Dalis kometų Saulės sistemoje priklauso vadinamajai Jupiterio šeimai – didžiausias jų nuotolis nuo Saulės yra panašus į Jupiterio. Šių kometų orbitų periodai nesiekia 20 metų, taigi jos palyginus dažnai praskrenda pro Saulę. Kartais tokios kometos, veikiamos Saulės šviesos, subyra, taigi jų populiacija turi nuolat atsinaujinti, nes kitaip išnyktų. Naujos kometos atkeliauja iš Saulės sistemos pakraščių, regiono už Neptūno orbitos. Kelionės metu jos, veikiamos planetų gravitacijos, pakeičia savo orbitos savybes. Naujame tyrime skaitmeniniais modeliais parodyta, kad praktiškai visos kometos migruodamos kurį laiką praleidžia beveik toje pačioje orbitoje. Ši orbita yra beveik apskritiminė ir šiek tiek didesnė, nei Jupiterio. Skaitmeninio modelio prognozės apie tai, kiek Saulės sistemos kometų turėtų būti tarp Jupiterio ir Neptūno ir kokia jų dalis turėtų būti šioje ypatingoje Perėjimo orbitoje, puikiai atitinka stebėjimų duomenis. Įdomu, kad Perėjimo orbita daugmaž sutampa su atstumu nuo Saulės, ties kuriuo kometos pradeda garuoti. Taigi panašu, kad tai yra ne tik orbitinių, bet ir fizikinių kometų savybių pokyčių vieta. Viena kometa, šiuo metu esanti Perėjimo orbitoje, yra 29P/Schwassmann-Wachmann 1, didesnė už daugumą Jupiterio šeimos kometų. Į šią orbitą ji įėjo 1975 metais ir turėtų išeiti 2038, abiem kartais dėl palyginus artimo prasilenkimo su Jupiteriu. Tada ji turėtų tapti viena didžiausių Jupiterio šeimos kometų. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Ar Plutonas yra planeta? Nuo 2005 metų, kai šis kūnas perkrikštytas iš planetos į nykštukinę planetą, netyla diskusijos, ar tai buvo teisingas sprendimas. Savaitės filmuke iš PBS Space Time galite susipažinti su planetų klasifikavimo istorija, Plutono statuso pakeitimo priežastimi ir kodėl buvimas „nykštukine planeta“ visai nėra blogai:

***

Medžiagos maišymasis tarpžvaigždinėje terpėje. Visi cheminiai elementai, sunkesni už litį, tarpžvaigždinėje erdvėje atsiranda juos išmetus mirštančioms žvaigždėms. Žvaigždės išoriniai sluoksniai nuo jos atsiskiria arba supernovos sprogimu, arba lėtai suformuodami planetinį ūką (šis pavadinimas neturi nieko bendra su planetų formavimusi). Apie tai, kaip supernovų išmesta medžiaga maišosi su aplinkine terpe, žinome nemažai, tačiau planetinių ūkų formavimasis yra gerokai menkiau ištirta sritis. Naujame tyrime pristatomi detalūs planetinio ūko formavimosi modeliai, atskleidžiantys medžiagos maišymosi detales. Ištirta įvairi nuo žvaigždės pučiančio vėjo geometrija, taip pat skirtinga medžiagos sudėtis: arba vien iš atomų sudarytos dujos, arba atomų ir molekulių po vienodai turinčios. Paaiškėjo, kad sudėtis yra labai reikšmingas kriterijus: jei molekulių neturintis vėjas plinta molekulių neturinčioje aplinkoje, susidaro storas ir turbulentiškas, bet daugmaž apskritumą išlaikantis, ūkas. Visais kitais atvejais molekulės leidžia dujoms labai sparčiai atvėsti ir subyrėti į mažus fragmentus, kuriuose gali toliau formuotis didesnės molekulės. Taip mirštančios žvaigždės paskatina sudėtingų junginių formavimąsi ir gali netgi padėti atsirasti gyvybei. Taip pat įdomu, kad infraraudonoji spinduliuotė iš besiformuojančių planetinių ūkų sklinda ne vienodai iš viso smūginės bangos fronto, bet tik iš jo dalies, taigi infraraudonųjų spindulių ruože besiformuojantys ūkai turėtų būti matomi kaip lankai. Šias prognozes dabar ketinama palyginti su stebėjimų duomenimis, taip geriau išsiaiškinant mirštančių mažos masės žvaigždžių aplinkos savybes. Tyrimo rezultatai publikuojami MNRAS.

***

Galimai masyviausia neutroninė žvaigždė. Neutroninės žvaigždės yra tankiausi objektai Visatoje, neskaitant juodųjų skylių. Jų tankis ir slėgis yra toli gražu nepasiekiami laboratorijos sąlygomis, todėl nedaug žinome ir apie tikslias sąlygas jų gelmėse. Nuo šių sąlygų priklauso, kokią didžiausią masę gali pasiekti neutroninė žvaigždė – dar didesnės masės kūnas nebeatlaiko savo paties gravitacijos ir pavirsta juodąja skyle. Dabar paskelbta apie masyviausią kada nors aptiktą neutroninę žvaigždę. Labai greitai aplink savo ašį besisukantis pulsaras MSP J0740+6620 yra 2,14 karto masyvesnis už Saulę. Jis yra dvinarėje sistemoje su kompanione baltąja nykštuke. Nykštukė kartais praskrenda beveik tiksliai tarp pulsaro ir mūsų, o tada jos gravitacija iškreipia pulsaro spinduliuotę ir truputį pavėlina signalų atsklidimo laiką. Išmatavę šiuos pokyčius, astronomai labai tiksliai nustatė ir baltosios nykštukės masę, o tada, pasinaudoję dvinarės sistemos orbitos periodo matavimais, galėjo apskaičiuoti ir pulsaro masę. Kuo didesnė yra maksimali neutroninės žvaigždės masė, tuo kietesnė turi būti ją sudaranti medžiaga, taigi kiekvienas didesnės maksimalios masės pavyzdys leidžia atmesti vieną ar kitą „minkštą“ sudėties hipotezę. 2,14 Saulės masių yra beveik maksimali masė, kurią gali palaikyti net ir labai „kietos“ sudėties neutroninė medžiaga, bent jau pagal dabartinį mūsų supratimą. Jei kada paaiškėtų, kad egzistuoja dar masyvesnės neutroninės žvaigždės, reikėtų permąstyti idėjas apie neutronų elgesį didelio slėgio sąlygomis. Tyrimo rezultatai publikuojami Nature Astronomy.

***

Šešios įsijungiančios aktyvios galaktikos. Mes esame įpratę, kad kosminiai objektai atrodo nekintantys, nes pokyčiai juose vyksta gerokai ilgesnėmis laiko skalėmis, nei mes galime stebėti. Ir visgi kai kurios galaktikos keičiasi – jų branduolių aktyvumas sustiprėja ar susilpnėja. Jau seniai žinomi tokie „besikeičiančios išvaizdos“ (angl. „changing-look“) aktyvūs branduoliai, bet paprastai šie pokyčiai buvo siejami su kokio nors debesies įskridimu į liniją tarp paties galaktikos branduolio ir mūsų. Dabar net šešiose galaktikose užfiksuotas priešingas – įsijungimo – procesas, ir jo paaiškinti debesies skrydžiu neįmanoma. Visi šeši objektai aptikti per devynis mėnesius Zwicky Transient Facility teleskopo stebėjimų. Šis teleskopas skirtas trumpalaikių reiškinių, tokių kaip supernovų sprogimai, aptikimui, taigi puikiai tiko užfiksuoti kintančiam galaktikų šviesiui. Visos galaktikos iki įsijungimo buvo priskiriamos LINER tipui – ši santrumpa reiškia „žemos jonizacijos branduolio emisijos regionas“. Taigi jų centruose buvo šiek tiek jonizuojančios spinduliuotės šaltinių, tačiau neaišku, ar tie šaltiniai yra aktyvūs branduoliai, ar jaunos žvaigždės. Po įsijungimo nebeliko klausimo, kad galaktikos yra aktyvios – penkiose iš jų matomos plačios spektro linijos, žyminčios labai arti juodosios skylės judančią medžiagą, o dar viena tokių linijų neturi, nors švyti taip pat ryškiai – greičiausiai jos centrą kažkas uždengia. Reikšminga ir tai, kad galaktikų branduoliams įsijungus, nuo jų pradėjo plisti jonizuotos medžiagos frontai – tai reiškia, kad tikrai pasikeitė spinduliuotė, sklindanti iš galaktikų centrų, o ne, pavyzdžiui, tos spinduliuotės uždengimas mūsų kryptimi. Šis atradimas turėtų padėti geriau suprasti, kokie reiškiniai nulemia galaktikų suaktyvėjimą. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

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.