CP v2

Tag: Saulės sistema

  • Žemę tūkstantmečius pasiekia senos supernovos dulkės: astronomai svarsto, ar keliaujame per jos liekanas

    Žemę tūkstantmečius pasiekia senos supernovos dulkės: astronomai svarsto, ar keliaujame per jos liekanas

    Žemę nuolat pasiekia dulkės iš kosmoso, tačiau dalis jų, kaip rodo tyrimai, yra gerokai egzotiškesnės kilmės. Mokslininkai įvairiuose Žemės „archyvuose“ aptinka izotopų pėdsakų, kurie siejami su seniai įvykusiu žvaigždės sprogimu – supernova.

    Vienas svarbiausių įkalčių – geležies-60 izotopas. Tai radioaktyvus elementas, kuris natūraliai Žemėje nesusidaro reikšmingais kiekiais, o jo pusėjimo trukmė yra apie 2,6 mln. metų, todėl ilgainiui turėtų „išnykti“, jei papildymas nevyktų. Vis dėlto geležies-60 aptikta giliavandenių nuosėdų sluoksniuose ir ledo gręžiniuose, o tai leidžia manyti, kad jis į Žemę atkeliavo iš tarpžvaigždinės erdvės.

    Mokslininkai taip pat analizuoja kitų retų izotopų, pavyzdžiui, plutonio-244, pasiskirstymą. Skirtingi izotopai padeda atskirti, ar medžiaga galėjo atsirasti dėl vieno konkretaus sprogimo, ar dėl kelių įvykių, vykusių per ilgą laiką. Tokie „kosminiai parašai“ ypač vertingi, nes leidžia kalbėti apie procesus, kurie vyko už Saulės sistemos ribų.

    Kaip nustatoma dulkių kilmė?

    Izotopai ieškomi sluoksniuotuose gamtos įrašuose – giliavandenėse nuosėdose, mangano plutoje vandenynų dugne, taip pat poliariniuose ledo gręžiniuose. Ten medžiaga kaupiasi lėtai ir tvarkingai, todėl galima atsekti, kada į Žemę pateko didesnis kiekis specifinių dalelių.

    Kai kurių darbų išvada – kosminės dulkės galėjo ateiti ne atsitiktinai iš visų pusių, o turėti kryptingesnį srautą. Tai siejama su vietine tarpžvaigždine aplinka: Saulės sistema juda per nevienalytę tarpžvaigždinę terpę, kurioje gali būti senų sprogimų suformuotų medžiagos „gijų“ ar tankesnių debesų.

    Ar tikrai skrendame per supernovos liekanas?

    Astronomai jau seniai sieja geležies-60 signalus su santykinai netoliese Paukščių Take vykusiais supernovų sprogimais, kurie galėjo prisidėti prie vadinamojo Vietinio burbulo formavimosi – retesnių dujų srities aplink Saulę. Pagal modelius, keli supernovų sprogimai per paskutinius keliolika milijonų metų galėjo išpūsti šią ertmę, o jų išmestos medžiagos dalis galėjo pasiekti ir Žemę.

    Hipotezė, kad dabar judame per konkretesnę supernovos liekanų struktūrą, remiasi bandymais susieti dalelių kryptį ir jų pasiskirstymą su tam tikra dangaus sritimi. Vis dėlto tai sudėtinga: dalelių trajektorijas keičia Saulės vėjas, heliosferos „barjeras“, taip pat tarpžvaigždiniai magnetiniai laukai, todėl vien tik kryptis dar nebūtinai reiškia aiškiai „matomą“ sprogimo pėdsaką.

    Šiuo metu dauguma mokslinių aiškinimų sutaria dėl pagrindinės krypties: radioaktyvūs izotopai Žemėje yra realus netolimų supernovų įrodymas. Tačiau klausimas, ar Saulės sistema šiuo momentu kerta konkrečią supernovos liekanų „juostą“, tebėra aktyvių tyrimų tema, kuri priklauso nuo naujų matavimų, modelių ir papildomų geocheminių duomenų.

  • Mokslininkai įtaria: Saulės sistema galėjo turėti dar 2 planetas, bet jų paieška kelia naujų klausimų

    Mokslininkai įtaria: Saulės sistema galėjo turėti dar 2 planetas, bet jų paieška kelia naujų klausimų

    Saulės sistema šiandien atrodo kaip stabilus, lengvai prognozuojamas kosminis laikrodis, tačiau ankstyvoje istorijoje ji galėjo būti gerokai chaotiškesnė. Viena populiariausių hipotezių, vadinamas Nicos modelis, teigia, kad iš pradžių išorinėje sistemos dalyje galėjo būti viena ar net dvi papildomos ledo milžinės planetos.

    Pagal šį scenarijų, migruojant didžiosioms planetoms ir joms gravitaciškai sąveikaujant su aplinkiniu nuolaužų disku, dalis pasaulių galėjo būti išmesti į tarpžvaigždinę erdvę. Toks „planetų stumdymasis“ taip pat siejamas su vėlyvuoju sunkiuoju bombardavimu ir dabartine išorinių planetų orbitų architektūra.

    Nicos modelio testas atskleidė problemą

    Johnso Hopkinso universiteto mokslininkų komanda, vadovaujama astrofiziko Matthew Clemento, naujai patikrino šią idėją kompiuterinėmis simuliacijomis. Tyrėjai modeliavo laikotarpį, kai hipotetinės papildomos planetos būtų buvusios išmestos iš Saulės sistemos, ir vertino, kaip toks nestabilumas paveiktų palydovų sistemas.

    Rezultatai parodė, kad daugelyje scenarijų Uranui būtų tekę patirti gerokai smarkesnius sukrėtimus, nei leidžia manyti dabartinis jo palydovų „tvarkingumas“. Simuliacijose dažnai pasitaikė palydovų orbitų persitvarkymai, susidūrimai ar net palydovų išmetimai, o tai sunkiai dera su tuo, ką matome šiandien.

    Kodėl palydovai tapo svarbia užuomina

    Uranas išsiskiria ne tik palydovais, bet ir itin dideliu ašies posvyriu, kuris dažnai aiškinamas senoviniu milžinišku susidūrimu. Jei vėliau dar būtų sekęs Nicos modelyje numatomas intensyvus planetų tarpusavio „artimų prasilenkimų“ laikotarpis, palydovų sistema turėjo būti dar labiau sujaukta.

    Tuo metu Jupiterio palydovai simuliacijose išliko gerokai atsparesni, tačiau išsaugoti tvarkingas abiejų planetų palydovų sistemas vienu metu pasirodė stebėtinai sunku. Tyrėjai nurodo, kad tik labai siauras sąlygų rinkinys leistų paaiškinti dabartinę situaciją, jei papildomos planetos tikrai egzistavo.

    Trys galimi paaiškinimai

    Mokslininkai išskiria kelias interpretacijas, kurios keistų mūsų supratimą apie Saulės sistemos raidą. Pirma, Uranas galėjo patirti didelius palydovų susidūrimus, o dabartinė sistema būtų tokių įvykių pasekmė, o ne pirminė, rami tvarka.

    Antra, gali reikėti peržiūrėti dabartines Nicos modelio versijas, nes jos gali per dažnai numatyti pernelyg „smurtinius“ scenarijus Uranui. Trečia, įmanoma, kad Saulės sistema susiformavo pagal gana mažai tikėtiną trajektoriją, kai didžiųjų planetų artimi susitikimai buvo reti ir ne tokie gilūs, kad išdraskytų palydovų orbitas.

    Šis darbas primena, kad maždaug prieš 4 milijardus metų vykusių procesų rekonstrukcija neišvengiamai remiasi tikimybiniais modeliais ir netiesioginėmis užuominomis. Kuo tiksliau bus tiriamos palydovų orbitos, jų tarpusavio rezonansai ir smūginių kraterių istorija, tuo aiškiau bus, ar Saulės sistema kadaise iš tiesų buvo turtingesnė planetomis.

    „Mūsų rezultatai rodo, kad dauguma literatūroje modeliuojamų nestabilumo scenarijų greičiausiai neatkuria tikslios įvykių sekos, reikalingos paaiškinti visoms Saulės sistemos ypatybėms“, – rašė tyrėjai.

  • Antarktidos lede aptiko supernovų pėdsaką: atskleidė, kur kosmose keliavo Žemė

    Antarktidos lede aptiko supernovų pėdsaką: atskleidė, kur kosmose keliavo Žemė

    Antarktidos ledo gręžiniuose mokslininkai aptiko itin retą geležies izotopą geležį-60, kuris, kaip teigiama, gali būti tiesioginis įrodymas, kad Saulės sistema pastaraisiais dešimtimis tūkstančių metų judėjo per tarpžvaigždinę supernovų dulkėmis prisotintą sritį. Šis radinys ledo sluoksnius paverčia savotišku Žemės kelionės kosmose „skrydžio registratoriumi“.

    Tyrimą atliko komanda, vadovaujama branduolinės astrofizikos specialisto Dominiko Kolo iš Vokietijos Helmholtzo centro Drezdene-Rosendorfe. Jie lede ieškojo atomų, kurių kilmę paaiškinti procesais Žemėje praktiškai neįmanoma.

    Kas ypatinga geležyje-60?

    Geležis-60 susidaro tik ekstremaliomis sąlygomis, pavyzdžiui, žvaigždėms sprogstant supernovomis. Žemėje ji natūraliai nesiformuoja reikšmingais kiekiais, todėl jos aptikimas aplinkoje paprastai siejamas su kosminės kilmės dulkėmis.

    Dar vienas svarbus argumentas yra šio izotopo irimas: jo pusėjimo trukmė siekia apie 2,6 milijono metų. Tai reiškia, kad jeigu geležies-60 ir buvo Žemėje jos formavimosi pradžioje, per geologiškai trumpą laiką ji turėjo išnykti, tad šiandien randami pėdsakai laikomi „šviežiu“ įnašu iš kosmoso.

    Kaip Antarktidos ledas tapo laiko kapsule?

    Antarktidos ledo skydas formuojasi sluoksnis po sluoksnio iš sniego, o kartu su krituliais įšąla ir atmosferos dalelės. Suslėgtas ledas leidžia išgręžti cilindrinius gręžinius, kuriuose sluoksniai atspindi skirtingus laikotarpius.

    Naudodami Europos projekto Antarktidos ledo gręžiniams medžiagą, tyrėjai ištyrė apie 295 kilogramus ledo. Ledą jie ištirpdė, išskyrė likusias priemaišas ir suskaičiavo itin mažą kiekį geležies-60 atomų.

    Ką rodo skirtingos koncentracijos?

    Komanda praneša, kad geležies-60 pėdsakų aptikta ledo sluoksniuose, datuojamuose maždaug prieš 40 000–81 000 metų. Kartu nustatyta, kad šiuose senesniuose sluoksniuose izotopo koncentracija mažesnė nei pastarųjų dešimtmečių Antarktidos sniege.

    Toks skirtumas dera su hipoteze, kad Saulės sistema šiuo metu juda per vadinamąjį Vietinį tarpžvaigždinį debesį. Tai dujų, dulkių ir plazmos sritis, kuri, kaip manoma, galėjo būti „pasėta“ supernovų liekanomis, o Žemę pasiekia vos juntamas kosminių dulkių „lietus“.

    „Šie rezultatai leidžia manyti, kad Vietinis tarpžvaigždinis debesis yra kosminis archyvas, kuriame saugoma supernovų pagaminta geležis-60“, – rašė tyrėjai.

    Mokslininkų vertinimu, ledo gręžinių įrašas rodo, kad Saulės sistema per šią sritį galėjo judėti bent 80 000 metų, pereidama per retesnes ir tankesnes debesies zonas. Tai svarbu ne tik kosminės aplinkos rekonstrukcijai, bet ir geresniam supratimui, kaip tarpžvaigždinė medžiaga pasiekia Žemės atmosferą.

    Tyrimo rezultatai publikuoti žurnale Physical Review Letters, o tolesni darbai turėtų padėti tiksliau susieti izotopų „pikas“ su konkrečiais mūsų kosminės kaimynystės pokyčiais. Tokie duomenys gali papildyti ir kitus archyvus, pavyzdžiui, vandenynų nuosėdų įrašus, kuriuose taip pat fiksuojami supernovų kilmės izotopai.

  • Mokslininkai įtaria naują medžiagos būseną: ji galėtų slėptis Urano ir Neptūno gelmėse

    Mokslininkai įtaria naują medžiagos būseną: ji galėtų slėptis Urano ir Neptūno gelmėse

    Urano ir Neptūno vidus, nors iš tolo primena ramias melsvas planetas, gali būti vienas chaotiškiausių Saulės sistemoje. Tyrėjai skaičiavimais rodo, kad jų gelmėse dėl milžiniško slėgio ir tūkstantinių temperatūrų gali susidaryti iki šiol neaprašyta medžiagos būsena.

    Naujausiame tyrime, publikuotame Nature Communications, aprašoma vadinamoji kvazi vienmatė superjoninė fazė. Paprastai tariant, tai būsena, kai dalis medžiagos išlieka kietos gardelės pavidalo, o kita dalis joje juda beveik kaip skystyje, tačiau labai kryptingai.

    Kas vyksta ledo milžinių viduje?

    Mokslininkai seniai pabrėžia, kad ledo milžinai nėra sudaryti iš įprasto ledo, kokį matome Žemėje. Jų mantijoje vyrauja karštas, tankus vandens, amoniako ir metano mišinys, kuris esant dideliam slėgiui elgiasi visiškai kitaip nei įprastomis sąlygomis.

    Problema ta, kad tokias sąlygas laboratorijoje atkurti itin sudėtinga: kalbama apie slėgį, tūkstančius kartų viršijantį Žemės atmosferos slėgį jūros lygyje, ir temperatūras, galinčias išlydyti daugumą talpų. Dėl to vis dažniau remiamasi pažangiomis kvantinės mechanikos simuliacijomis, kurios leidžia modeliuoti medžiagą nuo pirmųjų principų.

    Keistas anglies ir vandenilio junginys

    Modeliavimas rodo, kad esant ypač dideliam slėgiui anglis ir vandenilis gali sudaryti stabilų junginį su neįprasta struktūra. Anglies atomai sudaro standžią kietą gardelę, panašią į mikroskopinę spiralę, o vandenilio atomai tampa judresni.

    Kai temperatūra pakyla iki maždaug 1 000–3 000 kelvinų, ši medžiaga, pasak autorių, pereina į superjoninę būseną. Skirtumas nuo geriau žinomo superjoninio vandens ledo tas, kad čia gardelę sudaro ne deguonis, o anglis.

    Esminė detalė ta, kad vandenilis gardelėje juda labai nevienodai. Skaičiavimai leidžia manyti, kad jis lengviau sklinda viena kryptimi išilgai spiralės ašies, o kitomis kryptimis labiau sukasi nei slenka, todėl būsena įvardijama kaip kvazi vienmatė.

    Kodėl tai svarbu Urano ir Neptūno paslapčiai?

    Tokia medžiaga būtų anisotropinė, tai yra jos savybės priklausytų nuo krypties. Tai reikštų, kad šilumos ir elektros laidumas vienomis kryptimis galėtų būti gerokai didesnis nei kitomis, o tai keistų įprastas prielaidas, kaip energija ir krūviai juda planetų viduje.

    Šis aspektas svarbus aiškinant neįprastus Urano ir Neptūno magnetinius laukus, kurie yra smarkiai pasvirę ir paslinkti nuo planetų sukimosi ašies. Tradiciniai modeliai dažnai remiasi prielaida, kad laidumas planetų gelmėse yra gana tolygus, tačiau kryptinis laidumas galėtų geriau atitikti stebimus duomenis.

    Tyrėjai pabrėžia, kad anglies ir vandenilio sistema yra supaprastintas realios planetų chemijos modelis. Vis dėlto tokie skaičiavimai plečia supratimą, kokios egzotiškos būsenos gali egzistuoti ekstremaliose sąlygose, ir padeda tikslinti scenarijus, kaip formuojasi ir veikia ledo milžinai.