Nekoreguojami

Nekoreguojami

Nekoreguojami

2020. 02. 04 -

K.Zubovas „Konstanta 42“. Kąsnelis Visatos CDXVIII

Marso ledynai periodiškai garuoja ir kondensuojasi; tik šis procesas vyksta ne vasaros-žiemos ciklu, o per tūkstančius metų kintant Marso ašies posvyriui. Taip pat garuoja ir kondensuojasi dujos galaktikose ir aplink jas, veikiamos aktyvių branduolių grįžtamojo ryšio. Kitose praėjusios savaitės naujienose – naujas Saulės tyrimų teleskopas, naujas šiaurės pašvaisčių atmaina, skaičiavimai apie juodųjų skylių susijungimų dažnumą ir dar daug visko. Gero skaitymo!

***

Nauja šiaurės pašvaisčių atmaina. Suomijos astrofotografai kartu su magnetosferos tyrėjais identifikavo naują šiaurės pašvaisčių rūšį. Kol kas ji pavadinta „kopomis“, nes ji matoma kaip švytinčios juostos, panašios į vėjo suneštas nedideles lygiagrečias kopas. Pirmą kartą tokios pašvaistės identifikuotos dar 2018 metais, o dabar paskelbta analizė ir paaiškinimas, kaip jos atsiranda. Panašu, kad jos susidaro 80-100 km aukštyje esančioje atmosferos dalyje, vadinamoje mezosfera. Jas sudaro bangos – deguonies atomų sutankėjimai, atsikartojantys kas maždaug 45 kilometrus. Deguonies atomai atspindi visos atmosferos judėjimą, taigi iš šių pašvaisčių galime nustatyti, jog mezosferoje susidaro bangos. Tokios bangos buvo prognozuojamos teoriškai, bet kol kas jas aptikti stebėjimais labai sudėtinga. Tolesni pašvaisčių-kopų stebėjimai padės suprasti, kaip jungiasi žemesnės atmosferos dalys ir mezosfera. Tyrimo rezultatai publikuojami AGU Advances.

***

Kosmoso šiukšlių pavojai. Praeitą savaitę žiniasklaidoje pasirodė net dvi naujienos, susijusios su kosminių šiukšlių keliamu pavojumi. Pirmoji – JAV Federalinė komunikacijų komisija (FCC) leido palydovinės televizijos operatoriui DirecTV skubos tvarka deorbituoti vieną ryšių palydovą dėl sprogimo pavojaus. Palydovas SpaceWay-1 buvo paleistas 2005 metais; jo nominalus darbo laikas yra 12 metų, tačiau kol kas palydovas atrodė galėsiąs dirbti bent iki 2025 metų, kai turėtų baigtis kuras. Visgi gruodžio mėnesį pastebėtos problemos su palydovo baterijomis ir kilo grėsmė, kad jos gali perkaisti. Tai būtų labai pavojinga, nes palydovas tebeturi daugiau nei 70 kilogramų raketinio kuro, taigi perkaitusios baterijos gali sukelti sprogimą. Normali procedūra palydovui baigiant darbą būtų išpilti visą likusį kurą ir tada perkelti palydovą į vadinamąją „kapinių orbitą“ 300 km virš geosinchroninės, kurioje jis yra dabar. Tokia procedūra truktų apie du mėnesius. Tačiau SpaceWay-1 vasario antroje pusėje kuriam laikui pateks į Žemės šešėlį – tuo metu jis dirbti galės tik naudodamas baterijas. Taigi FCC išimties tvarka leido išpilti kurą greičiau ir patraukti bei išjungti palydovą.

Kita žinia – trečiadienį Žemojoje Žemės orbitoje vos nesusidūrė du palydovai. Seniai nebeveikiantys aparatai – infraraudonųjų spindulių teleskopas IRAS ir gravitacijos matavimų eksperimentas GGSE-4 – prasilenkė 900 km aukštyje virš JAV teritorijos. Juos skyrė vos 15-30 metrų atstumas. Likus kelioms valandoms iki prasilenkimo, buvo prognozuojama 5% susidūrimo tikimybė, bet to pavyko išvengti. Tiesa, tik laimės dėka – abu aparatai jau seniai nevaldomi, tad juos įmanoma tik sekti, ir tai tik su keliolikos metrų paklaida. Gausėjant palydovų skaičiui aplink Žemę, tokių susidūrimų tikimybė tik auga. Be to, vos vienas susidūrimas gali sukelti grandininę reakciją: pažirę šipuliai pataikys į aplinkinius objektus, sudaužys juos, ir taip gana greitai gali ne tik išeiti iš rikiuotės visi kurioje nors orbitoje esantys palydovai, bet ta orbita apskritai tapti neprieinama palydovams šimtus metų.

Kosminių šiukšlių problema pastaraisiais metais aptarinėjama vis garsiau. Egzistuoja ne viena idėja, kaip pašalinti pasenusius palydovus iš orbitų, bet kol kas praktikoje nepritaikyta nei viena. Bet bandymai vyksta. Praeitą savaitę kompanija Tethers Unlimited išbandė technologiškai labai paprastą sprendimą: iš palydovo ištiesti ilgą lyną, kuris nutemptų palydovą žemyn ir padėtų jam sudegti Žemės atmosferoje. Lynas padidina atmosferos pasipriešinimą, kuris, nors ir labai silpnas, pasireiškia ir šimtų kilometrų aukštyje; be to, lynu ima tekėti silpna elektros srovė, kuri priešinasi judėjimui skersai Žemės magnetinio lauko linijoms. Skaičiavimai rodo, kad toks vos kilogramą sveriantis lynas leistų efektyviai deorbituoti palydovus-kubiukus net iš tūkstančio kilometrų aukščio; be lyno jie efektyviai deorbituoja tik iš 500-600 km aukščio. Nors ši technologija turbūt nebus naudinga didesniems palydovams, visi būdai sumažinti šiukšlių kiekį Žemės orbitoje yra reikšmingi.

***

Komercinis modulis kosminėje stotyje. Dar pernai NASA paskelbė planus po truputį komercializuoti Tarptautinę kosminę stotį (TKS) ir apskritai Žemąją Žemės orbitą. Su TKS susiję planai yra stoties parengimas galimam nuomavimui privačioms kompanijoms, privačių astronautų skrydžiai ir komercinio modulio ar modulių prijungimas, taip padarant stotį patrauklesne turistams kelionių vieta. Praeitą savaitę NASA paskelbė, kad pirmąjį komercinį modulį prie TKS turėtų prijungti kompanija Axiom Space. Axiom Space nuo pat įkūrimo 2016 metais bendradarbiauja su NASA, daugelis jos darbuotojų anksčiau dirbo prie TKS. Planuojamas modulis turėtų būti paleistas 2024 metais; jį sudarys aštuonios privačios kabinos su puikiu ryšiu į Žemę ir iliuminatoriais, per kuriuos bus galima grožėtis mūsų planeta iš orbitos. Kabinos turėtų būti gerokai erdvesnės bei patogesnės, nei dabar naudojamos TKS dirbančių astronautų. Toks modulis bus vienas pirmųjų Axiom Space žingsnių savo kosminės stoties link. Kompanija planuoja pastatyti tokią stotį ateinančio dešimtmečio viduryje, netrukus po to, kai 2025 metais darbą baigs TKS.

***

Milžiniškų Saulės audrų pasikartojimas. Saulės audros – vainikinės masės išmetimo reiškiniai ir kitokie ekstremalūs kosmoso orai – kelia pavojų Žemei, ypač mūsų palydovams ir elektroniniams prietaisams. 1868 metais įvykusi audra sudegino telegrafo laidus Kanadoje; jei panaši audra įvyktų dabar, žala elektros infrastruktūrai būtų tikrai didžiulė. Laimei, nuo XIX a. vidurio tokių stiprių audrų daugiau nebuvo, taigi kai kurie mokslininkai galvoja, jog šis vadinamasis Carringtono įvykis buvo unikalus reiškinys. Visgi naujame tyrime daroma išvada, kad taip nėra – Carringtono įvykis buvo ekstremalus, bet panašių audrų galima tikėtis maždaug kas 150 metų. Tyrėjai pasinaudojo dviem kriterijais, kurie įprastai naudojami Saulės, arba geomagnetinių, audrų aktyvumui matuoti. Vienas, tikslesnis, indeksas remiasi Žemės magnetinio lauko variacijomis ties pusiauju; jis pradėtas skaičiuoti tik 1967 metais. Kitas, nuo 1868 metų matuojamas indeksas, remiasi magnetinio lauko skirtumais tarp šiaurės ir pietų pusrutulių, bet yra gerokai mažiau tikslus. Tyrėjai sukūrė antrojo indekso verčių parametrizaciją, kuri leido patikslinti jo vertes; gauti rezultatai puikiai atitiko pirmojo indekso duodamą informaciją XX a. antroje pusėje ir šio amžiaus pradžioje. Pasinaudoję turimais duomenimis, mokslininkai tada galėjo išnagrinėti Saulės audrų intensyvumą per pastaruosius pusantro šimto metų. Jie nustatė, kad vidutiniškai kas trejus metus įvyksta reikšminga Saulės audra, galinti pakenkti palydovams. Kas ketvirtį amžiaus įvyksta milžiniška audra, kuri gali išvesti iš rikiuotės telekomunikacijų įrangą ar sugadinti elektros tiekimo linijas. Carringtono įvykio stiprumo audra, pagal šiuos duomenis, turėtų įvykti maždaug kas 150 metų – būtent tiek laiko praėjo nuo tikrojo įvykio. Deja, modelis neleidžia prognozuoti, kada bus artimiausias stiprus Saulės išsiveržimas. Tačiau ignoruoti Saulės keliamų grėsmių negalima: bent jau sprendžiant iš aktyvumo variacijų, labai grėsminga audra nėra kažkas unikalaus, o tiesiog ekstremalus normalių reiškinių atvejis. Tyrimo rezultatai publikuojami Geophysical Research Letters.

***

Naujas Saulės stebėjimų palydovas. Saulės stebėjimams viso pasaulio kosmoso agentūros ir astronomai skiria daug dėmesio. Ne veltui – nuo pokyčių Saulėje priklauso kosminiai orai, kurie paveikia visų mūsų erdvėlaivių darbą ir gali pakenkti elektronikai net ir Žemės paviršiuje. Bet Saulės stebėjimai turi keletą reikšmingų trūkumų, kuriuos turėtų užpildyti šią savaitę į kosmosą išskrisianti naujausia misija – Europos kosmoso agentūros (ESA) Saulės zondas (Solar Orbiter). Pagrindinis zondo tikslas yra labai platus – padėti susieti Saulėje vykstančius procesus su kosmoso orais. Šiuo metu geriausi modeliai leidžia prognozuoti kosmoso orus 45 minutes į priekį; tai geriau nei nieko, bet toli gražu nepakankama, kad galimiems sukrėtimams spėtų pasiruošti, pavyzdžiui, elektros skirstymo tinklų operatoriai. Konkrečiau Saulės zondas tyrinės Saulės vėjyje pasitaikančius sunkesnių už helį elementų branduolius ir taip padės susieti Saulės vėjo savybes su jo paleidimo taškais Saulės paviršiuje. Kartu misija papildys NASA Parker Solar Probe misijos renkamus duomenis – informaciją apie lengvųjų dalelių judėjimą Saulės vėjyje. Dar vienas labai svarbus misijos aspektas – Saulės zondas bus pirmasis aparatas, skrisiantis orbita virš Saulės ašigalių. Iki šiol visos Saulės tyrimų misijos stebėjo žvaigždę tik iš šono, taigi supratimą apie ašigalius turime gana miglotą. Zondo kelionė iki Saulės užtruks daugiau nei dvejus metus: pirmojo artimo praskridimo virš ašigalio tikimasi 2022 metų kovo mėnesį.

***

Aukščiausios raiškos Saulės nuotrauka. Šaltinis: NSO/AURA/NSF

Saulės stebėjimai vykdomi ne tik iš kosmoso, bet ir nuo Žemės paviršiaus. Čia esantys teleskopai gali būti daug didesni, nei iškeliami į kosmosą, tad net įskaitant Žemės atmosferos poveikį, jie gali pasiekti daug geresnę nuotraukų raišką. Praeitą savaitę paskelbta nuotrauka, padaryta nauju Saulės tyrimams skirtu teleskopu, įrengtu Havajuose. Keturių metrų skersmens Daniel K. Inouye teleskopu padarytoje nuotraukoje matyti Saulės paviršiaus granulės – zonos, kur karštesnė medžiaga iškyla iš gelmių. Kiekviena granulė didesnė už Lietuvą. Geresnis supratimas apie granulių savybes ir medžiagos judėjimą Saulėje padės geriau prognozuoti ir kosmoso orus.

***

Sluoksniuotas ledas Marso ašigalyje. Marso pietų ašigalį dengia ledo kepurė. Ledas ten yra dvejopas: dalį sudaro mums įprastas vandens ledas, dalį – sustingęs anglies dvideginis. Labai įdomu, kad kepurė yra sluoksniuota: vandens ir dvideginio ledo sankaupos dengia viena kitą pakaitomis, plonais sluoksniais, iki maždaug kilometro gylio. Jau seniai manoma, kad ši kepurė susidarė keičiantis Marso klimatui: pasikeitus sukimosi ašies posvyriui Pietų ašigalį kartais Saulė apšviesdavo stipriau, kartais – silpniau, todėl anglies dvideginis kartais išgaruodavo, o kartais – nusėsdavo. Bet šis modelis negalėjo paaiškinti ledo kepurės sluoksniuotumo. Dabar pateiktas naujas modelis, puikiai išsprendžiantis šią problemą. Pagal šį modelį, kai Marso sukimosi ašis tampa stamenesnė orbitos plokštumai, Pietų ašigalyje nusėda vandens ir anglies dvideginio ledo mišinys. Vėliau, ašiai pasvirus labiau įstrižai, anglies dvideginis ima garuoti anksčiau, nei vandens ledas, ir taip atsiranda vandens ledo sluoksnis. Giliau nusėdęs anglies dvideginis negali išsiveržti iš po vandens ledo, o žiemomis ant kepurės susidaro plonas anglies dvideginio ledo sluoksnis. Laikui bėgant ašis vėl tampa statmenesnė ir ima formuotis naujas sumišusio ledo sluoksnis, kuris vėliau virsta vandens ledu. Pastaruosius pusę milijono metų Marso ašis svyruoja vis silpniau, todėl kiekvieno sluoksnio garavimo metu išgaruoja ne visas anksčiau nusėdęs anglies dvideginis, taigi tarp vandens ledo sluoksnių atsiranda ploni anglies dvideginio sluoksniai. Modelis, paremtas žinoma informacija apie Marso ašies pokyčius, prognozuoja ašigalinės kepurės sluoksnių storius, kurie puikiai atitinka stebimus. Visa kepurėje sukaupta anglies dvideginio masė yra beveik lygi Marso atmosferos masei, taigi sąveika tarp šių rezervuarų turi didžiulę įtaką Marso klimatui. Geresnis sąveikos supratimas leis daug nuodugniau nagrinėti Raudonosios planetos evoliuciją. Tyrimo rezultatai publikuojami Nature Astronomy.

***

Baltųjų nykštukių planetų garavimas. Baltosios nykštukės – į Saulę panašių žvaigždžių liekanos – tik susiformavusios yra labai karštos, kartais jų paviršiaus temperatūra siekia net 100 tūkstančių laipsnių. Jos spinduliuoja palyginus daug ultravioletinių spindulių ir gali išgarinti aplinkines planetas. Šiuo metu žinoma ne viena nykštukė, kurios spektre matyti planetų liekanų; tai reiškia, kad prie nykštukės buvusios planetos subyrėjo arba išgaravo. Ne vieną kartą skaitmeniniais modeliais ištirta, kaip evoliucionuotų planetos-milžinės, esančios labai arti baltųjų nykštukių, ir nustatyta, kad jos garuotų tikrai sparčiai. O dabar pirmą kartą išnagrinėta, koks likimas laukia planetų, esančių toli nuo nykštukės, panašiu atstumu kaip planetos-milžinės Saulės sistemoje. Paaiškėjo, kad jos taip pat garuotų – panašiai sparčiai, kaip dujinės milžinės, esančios labai arti įprastų žvaigždžių. Dalis medžiagos, išgaravusios iš dujinių milžinių, pasieks ir pačią nykštukę bei taps jos atmosferos dalimi. Tai reiškia, kad po aštuonių milijardų metų ir daugiau, kai Saulė bus baltoji nykštukė, kitų civilizacijų astronomai galės aptikti Jupiterio, Saturno, Urano ir Neptūno egzistavimą šalia mūsų žvaigždės liekanos. Artimesnėje ateityje šis atradimas padės geriau suprasti ir tyrinėti planetines sistemas prie baltųjų nykštukių. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Ar gali žvaigždė tiesiog… išnykti? Ne baigdama savo gyvenimą ir ne sprogdama supernova, o tiesiog pradingti per keletą metų? Ne per seniausiai publikuotas straipsnis, kuriama tiriama viena tokia pranykusi žvaigždė; atrodo, kad ji per keletą metų tapo daug blausesnė ir raudonesnė. Taip pat, ištyrus du po daugiau nei 600 milijonų žvaigždžių turinčius katalogus, aptikti 150 tūkstančių, kurie stipriai išblėso ir nebuvo aptikti vėlesniuose stebėjimuose. Kas tai gali būti? Trumpalaikiai žybsniai, paryškinantys labai blausias žvaigždes iki aptinkamumo ribos? Kiti nepaaiškinti fizikiniai procesai? O gal galingų nežemiškų civilizacijų veiklos padariniai? Plačiau apie tai – savaitės filmuke iš John Michael Godier:

***

Erdvės iškreipimas šalia pulsaro. Bendroji reliatyvumo teorija prognozuoja, kad masyvūs objektai iškreipia erdvę aplink save. Jei objektas dar ir sukasi, kartu su juo pradeda suktis ir aplinkinė erdvė: dalelė, patekusi į tokį regioną, imtų skrieti ta pačia kryptimi, kuria sukasi masyvus kūnas. Šis sukimasis, vadinamas Lense-Thirring precesija, yra labai nežymus, todėl aptikti jį labai sudėtinga. 2015 metais tai padaryta Žemės orbitoje – labai tiksliai matuojant planetos gravitacinį lauką ir reliatyvistinius efektus, pavyko užfiksuoti ir precesiją. O dabar precesija įvertinta tolimai dvinarei sistemai, kurią sudaro pulsaras ir baltoji nykštukė. Pulsaras yra labai greitai aplink savo ašį besisukanti neutroninė žvaigždė, bet precesija išmatuota ne aplink ją, o aplink baltąją nykštukę. Pastaroji irgi sukasi gana greitai – nors yra Žemės dydžio, vieną ratą aplink savo ašį apsuka per mažiau nei 200 sekundžių. Pulsaras tokiems stebėjimams labai naudingas tuo, kad neutroninė žvaigždė sukasi labai tolygiai. Jei jo neveikia jokie pašaliniai veiksniai, pulsaro žybsniai mus pasiekia tiksliai vienodais intervalais. Bet kokie nuokrypiai nuo šio reguliarumo leidžia apskaičiuoti pašalinio poveikio pobūdį ir stiprumą. Ilgalaikiai šios dvinarės sistemos, PSR J1141-6545, stebėjimai parodė, kad jos orbita keičiasi – precesuoja šiek tiek panašiai, kaip Merkurijaus orbita aplink Saulę. Tačiau PSR J1141-6545 neturi planetų, kurios galėtų sukelti tokią stiprią precesiją, be to, orbita yra beveik apskritiminė, priešingai nei Merkurijaus. Taigi pagrindiniai efektai, galintys keisti orbitos konfigūraciją, yra žvaigždžių nesferiškumas ir baltosios nykštukės kuriama Lense-Thirring precesija. Įvertintas antrojo efekto stiprumas atitinka bendrosios reliatyvumo teorijos prognozę. Tyrimo rezultatai publikuojami Science.

***

Grįžtamasis ryšys galaktikų spiečiuose. Aktyvūs galaktikų branduoliai (AGN) – supermasyvios juodosios skylės ir į jas krentančios dujos – turi didžiulį poveikį savo galaktikoms. Dujų išspinduliuojama energija sukuria čiurkšles arba vėjus, kurie gali išpūsti milžiniškus burbulus ir išstumti daugybę medžiagos lauk iš galaktikos. Tokie reiškiniai tyrinėjami jau beveik du dešimtmečius, bet daugybė klausimų dar lieka neatsakyti. Dabar pristatytas labai detalus tyrimas, kuriame nagrinėjama AGN paveiktų dujų evoliucija galaktikų spiečiuose. Spiečiuose dujos nesibaigia su galaktika – tarpgalaktinė erdvė irgi pilna karštų dujų, kurias AGN gali sujaukti. ALMA teleskopų masyvu daryti stebėjimai atskleidė, kad net dvylikoje spiečių aplink ryškiausias jų galaktikas matyti ne tik karštų dujų burbulai, bet ir šaltų molekulinių dujų srautai. Molekulinės dujos juda daug lėčiau, nei žvaigždės, ir jų greičio toli gražu nepakanka pabėgti iš galaktikų. Tai greičiausiai reiškia, kad dujos susiformavo iš sujauktų tarpgalaktinių dujų, šioms pradėjus sparčiai vėsti. Laikui bėgant molekulinės dujos turėtų nukristi atgal į galaktikas ir paspartinti jose žvaigždėdarą bei vėl pamaitinti juodąją skylę. Šis procesas – dujų vėsimas ir kritimas į galaktikas – yra svarbus galaktikų ir AGN bendros evoliucijos ciklo elementas. Teoriškai jis prognozuotas jau seniai, bet tokiu mastu aptiktas pirmą kartą. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Juodųjų skylių susijungimo dažnumas. Gravitacinių bangų signalai, aptinkami maždaug kas savaitę, leidžia įvertinti, kaip dažnai Visatoje jungiasi dvinarės juodosios skylės. Bet tam, kad jos susijungtų, pirma tokia sistema turi susiformuoti. Tam reikia dvinarės žvaigždės, kuri nesuirtų abiem komponentėms sprogstant supernovomis, ir kad abi juodosios skylės suartėtų pakankamai arti viena kitos, kad per mažiau nei Visatos gyvenimo trukmę susijungtų dėl reliatyvistinių efektų. Naujame tyrime išnagrinėta, kokia dalis žvaigždžių atitinka šiuos kriterijus. Paaiškėjo, kad kiek mažiau nei 14% masyvių žvaigždžių turėtų kada nors susijungti kaip juodosios skylės – jei jų būtų daugiau, LIGO detektoriai būtų aptikę daugiau gravitacinių bangų įvykių. Taip pat nustatyta, kad ne daugiau nei 0,8% žvaigždžių gali susijungti kaip 60-120 kartų už Saulę masyvesnės juodosios skylės. Šis atradimas atitinka teorinę prognozę, kad tokios masės juodosios skylės neturėtų formuotis mirštant žvaigždėms. Iš šių skaičiavimų galima daryti išvadą, kad ankstyvojoje Visatoje juodųjų skylių susijungimų aptikti tikėtis neverta – tam turi praeiti nemažai milijardų metų. 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.