Trwające dziesiątki lat poszukiwania ujawniają szczegóły antymaterii we wnętrzu protonu

Dwadzieścia lat temu fizycy postanowili zbadać tajemniczą asymetrię we wnętrzu protonu. Opublikowane teraz
wyniki badań pokazują, w jaki sposób antymateria pomaga stabilizować jądro każdego atomu.

 Często nie wspomina się o tym, że protony, dodatnio naładowane cząstki materii znajdujące się w centrum atomów, są częścią antymaterii.

W szkole uczymy się, że proton jest wiązką trzech cząstek elementarnych zwanych kwarkami - dwóch kwarków "górnych" i jednego kwarka "dolnego", których ładunki elektryczne (odpowiednio +2/3 i -1/3) łączą się, dając protonowi ładunek +1. Jednak ten uproszczony obraz pomija o wiele dziwniejszą, nierozwiązaną do tej pory historię.

W rzeczywistości we wnętrzu protonu wiruje zmienna liczba sześciu rodzajów kwarków, ich przeciwnie naładowanych odpowiedników z antymaterii (antykwarków) oraz cząstek "gluonów", które wiążą pozostałe razem, przekształcają się w nie i łatwo się mnożą. W jakiś sposób ten burzliwy wir kończy się doskonale stabilny i powierzchownie prosty - naśladując pod pewnymi względami trio kwarków. "To, jak to wszystko się udaje, jest zupełnym cudem" - powiedział Donald Geesaman, fizyk jądrowy z Argonne National Laboratory w Illinois.

Trzydzieści lat temu naukowcy odkryli uderzającą cechę tego "protonowego morza". Teoretycy spodziewali się, że będzie ono zawierać równomiernie rozłożone różne rodzaje antymaterii; zamiast tego, dolne antykwarki zdawały się znacznie przeważać nad antykwarkami górnymi. Dekadę później, inna grupa zaobserwowała wskazówki dotyczące zagadkowych zmian w proporcji dolnych antykwarków do antykwarków górnych. Jednak wyniki były na granicy czułości eksperymentu.

Dlatego 20 lat temu Geesaman i jego kolega Paul Reimer rozpoczęli nowy eksperyment. Eksperyment ten, nazwany SeaQuest, został wreszcie zakończony, a naukowcy przedstawili teraz woje wyniki w czasopiśmie Nature. Zmierzyli oni wewnętrzną antymaterię protonu w sposób bardziej szczegółowy niż kiedykolwiek wcześniej, stwierdzając, że na każdy antykwark górny przypada średnio 1,4 antykwarka dolnego.

Dane te natychmiast faworyzują dwa teoretyczne modele morza protonowego. "To pierwszy prawdziwy dowód na poparcie tych modeli, który się pojawił" - powiedział Reimer.

Jeden z nich to model "chmury pionów", popularne, znane od dziesięcioleci podejście, które podkreśla tendencję protonu do emitowania i reabsorbowania cząstek zwanych pionami, które należą do grupy cząstek znanych jako mezony. Drugi model, tak zwany model statystyczny, traktuje proton jak pojemnik wypełniony gazem.

Planowane w przyszłości eksperymenty pomogą naukowcom wybrać pomiędzy tymi dwoma obrazami. Jednak niezależnie od tego, który model jest właściwy, twarde dane uzyskane dzięki SeaQuest na temat wewnętrznej antymaterii protonu będą natychmiast użyteczne, zwłaszcza dla fizyków, którzy rozbijają protony z prędkością bliską prędkości światła w europejskim Wielkim Zderzaczu Hadronów. Wiedząc, co dokładnie znajduje się w zderzających się obiektach, będą mogli lepiej przeanalizować szczątki w poszukiwaniu dowodów na istnienie nowych cząstek lub efektów. Juan Rojo z Uniwersytetu VU w Amsterdamie, który pomaga analizować dane z LHC, powiedział, że pomiar SeaQuest "może mieć duży wpływ" na poszukiwanie nowej fizyki, które obecnie jest "ograniczone przez naszą wiedzę o strukturze protonu, w szczególności o jego zawartości antymaterii".
 

Potrójne towarzystwo

Przez krótki okres około pół wieku temu, fizycy myśleli, że mają proton posortowany.

W 1964 r. Murray Gell-Mann i George Zweig niezależnie zaproponowali to, co stało się znane jako model kwarkowy - pomysł, że protony, neutrony i pokrewne rzadsze cząstki są wiązkami trzech kwarków (jak nazwał je Gell-Mann), podczas gdy piony i inne mezony składają się z jednego kwarka i jednego antykwarka. Schemat ten nadawał sens kakofonii cząstek wylatujących z wysokoenergetycznych akceleratorów cząstek, ponieważ ich spektrum ładunków można było zbudować z dwu- i trzyczęściowych kombinacji. Około 1970 r. badacze ze stanfordzkiego akceleratora SLAC zdawali się triumfalnie potwierdzać model kwarkowy, gdy wystrzeliwali szybkie elektrony w kierunku protonów i widzieli, jak elektrony odbijają się rykoszetem od obiektów znajdujących się wewnątrz.

Lecz wkrótce obraz stał się bardziej mroczny. "Gdy zaczęliśmy coraz dokładniej mierzyć właściwości tych trzech kwarków, odkryliśmy, że dzieje się coś jeszcze" - powiedział Chuck Brown, 80-letni członek zespołu SeaQuest z Fermi National Accelerator Laboratory, który pracował nad eksperymentami z kwarkami od lat 70.

Analiza pędu trzech kwarków wykazała, że ich masy stanowiły niewielki ułamek całkowitej masy protonu. Co więcej, kiedy SLAC wystrzeliwało szybsze elektrony w protony, badacze widzieli, że elektrony odbijają się od większej ilości rzeczy w środku. Im szybsze elektrony, tym krótsze były ich fale, co czyniło je wrażliwymi na bardziej drobnoziarniste cechy protonu, tak jakby zwiększono rozdzielczość mikroskopu. Coraz więcej wewnętrznych cząstek zostało ujawnionych, pozornie bez ograniczeń. Nie ma najwyższej rozdzielczości, "jaką znamy" - powiedział Geesaman.

Wyniki zaczęły nabierać sensu, gdy fizycy opracowali prawdziwą teorię, którą model kwarkowy jedynie przybliża: chromodynamikę kwantową, czyli QCD. Sformułowana w 1973 roku, QCD opisuje "siłę silną", najsilniejszą siłę natury, w której cząstki zwane gluonami łączą wiązki kwarków.

QCD przewiduje właśnie taką burzę, jaką zaobserwowano w eksperymentach z rozpraszaniem. Komplikacje wynikają z tego, że gluony odczuwają siłę, którą przenoszą. (Różnią się w ten sposób od fotonów, które przenoszą prostszą siłę elektromagnetyczną). To samooszukiwanie się tworzy impas wewnątrz protonu, dając gluonom wolną rękę w powstawaniu, rozmnażaniu się i rozszczepianiu na krótko żyjące pary kwark-antykwark. Z daleka, te blisko rozmieszczone, przeciwnie naładowane kwarki i antykwarki znoszą się i pozostają niezauważone. (Tylko trzy niezrównoważone kwarki "walencyjne" - dwa kwarki górne i jeden dolny - przyczyniają się do ogólnego ładunku protonu). Ale fizycy zdali sobie sprawę, że kiedy wystrzeliwali szybsze elektrony, trafiali w małe cele.

Jednak te dziwactwa nie ustały.

Samo zaginające się gluony sprawiają, że równania QCD są generalnie nierozwiązywalne, więc fizycy nie mogli - i nadal nie mogą - obliczyć dokładnych przewidywań teorii. Nie mieli jednak powodu, by sądzić, że gluony powinny częściej rozdzielać się na jeden typ pary kwark-antykwark - dolnego typu - niż na drugi. "Spodziewalibyśmy się, że powstaną takie same ilości obu typów" - powiedziała Mary Alberg, teoretyk jądrowy z Uniwersytetu w Seattle, wyjaśniając ówczesne rozumowanie.

 

Mary Alberg, fizyk jądrowy z Uniwersytetu w Seattle, i jej współautorzy od dawna argumentowali za znaczeniem pionu w kształtowaniu tożsamości protonu.

Stąd szok, gdy w 1991 r. New Muon Collaboration w Genewie rozproszył miony, cięższe rodzeństwo elektronów, na protonach i deuteronach (składających się z jednego protonu i jednego neutronu), porównał wyniki i wywnioskował, że w morzu protonów wydaje się być więcej antykwarków typu dolnego niż antykwarków typu górnego.

Części protonu 

Teoretycy szybko wymyślili kilka możliwych sposobów wyjaśnienia asymetrii protonu.

Jeden z nich dotyczy pionu. Od lat 40. fizycy obserwują, jak protony i neutrony przekazują sobie piony wewnątrz jąder atomowych, jak koledzy z drużyny rzucają do siebie piłki do koszykówki, co pomaga im się połączyć. Zastanawiając się nad protonem, badacze zdali sobie sprawę, że może on również podrzucać piłkę do kosza samemu sobie - to znaczy, może na krótko wyemitować i ponownie pochłonąć dodatnio naładowany pion, zamieniając się w międzyczasie w neutron. "Jeśli przeprowadzasz eksperyment i myślisz, że patrzysz na proton, to oszukujesz się, ponieważ przez pewien czas proton będzie fluktuował do pary neutron-pion," powiedział Alberg.

Konkretnie, proton zmienia się w neutron i pion składający się z jednego kwarka górnego i jednego antykwarka dolnego. Ponieważ ten fantazmatyczny pion ma antykwark dolny (pion zawierający antykwark górny nie może się tak łatwo zmaterializować), teoretycy tacy jak Alberg, Gerald Miller i Tony Thomas twierdzili, że koncepcja chmury pionów wyjaśnia zmierzoną nadwyżkę antykwarku dolnego w protonie. 

Pojawiło się też kilka innych argumentów. Claude Bourrely i jego współpracownicy z Francji opracowali model statystyczny, który traktuje wewnętrzne cząstki protonu jak cząsteczki gazu w pokoju, poruszające się z rozkładem prędkości zależnym od tego, czy posiadają one całkowity czy pół-integralny moment pędu. Po dopasowaniu do danych z licznych eksperymentów rozpraszania, model przewidział nadmiar kwarków w dół.

Modele nie dawały identycznych przewidywań. Duża część całkowitej masy protonu pochodzi z energii pojedynczych cząstek, które wybuchają w i z morza protonowego, a cząstki te mają różne energie. Modele różnie przewidywały, jak powinien zmieniać się stosunek dolnnych antykwarków i górnych w miarę liczenia antykwarków o większej energii. Fizycy mierzą pokrewną wielkość zwaną frakcją pędu antykwarka.

Kiedy w 1999 r. eksperyment "NuSea" w Fermilabie zmierzył stosunek pędu antykwarka dolnego do pędu antykwarka górnego, odpowiedź "wszystkich poruszyła" - wspomina Alberg. Dane sugerowały, że wśród antykwarków o dużym pędzie - tak dużym, że znajdowały się one na samym końcu zakresu detekcji aparatury - antykwarki górne nagle stały się bardziej powszechne niż dolne. "Każdy teoretyk mówił: 'Chwileczkę'," powiedział Alberg. "Dlaczego, kiedy te antykwarki dostają większy udział w pędzie, ta krzywa miałaby zacząć się odwracać?".

Gdy teoretycy drapali się po głowach, Geesaman i Reimer, którzy pracowali nad NuSea i wiedzieli, że dane z krawędzi czasami nie są godne zaufania, postanowili zbudować eksperyment, który mógłby wygodnie zbadać większy zakres pędu antykwarków. Nazwali go SeaQuest.
 

Wyhodowane śmieci

Mając wiele pytań dotyczących protonu, ale niewiele pieniędzy, zaczęli składać eksperyment z używanych części. "Naszym mottem było: Reduce, reuse, recycle" - powiedział Reimer.

Zdobyli kilka starych scyntylatorów z laboratorium w Hamburgu, resztki detektorów cząstek z Los Alamos National Laboratory oraz żelazne płyty blokujące promieniowanie, po raz pierwszy użyte w cyklotronie na Uniwersytecie Columbia w latach 50-tych. Mogli wykorzystać magnes NuSea o rozmiarach pokojowych i uruchomić swój nowy eksperyment na istniejącym akceleratorze protonów Fermilabu. Zestaw Frankensteina nie był pozbawiony uroku. Sygnał dźwiękowy informujący o przepływie protonów do aparatury pochodził sprzed pięciu dekad, powiedział Brown, który pomógł znaleźć wszystkie części. "Kiedy pika, daje ci to ciepłe uczucie w brzuchu".

Fizyk jądrowy Paul Reimer (z lewej) prowadzi SeaQuest, eksperyment w Fermilabie zmontowany w większości z używanych części.

Stopniowo udało się go uruchomić. W eksperymencie protony uderzają w dwa cele: fiolkę z wodorem, który w zasadzie składa się z protonów, oraz fiolkę z deuterem - atomami z jednym protonem i jednym neutronem w jądrze.

Kiedy proton uderza w któryś z celów, jeden z jego kwarków walencyjnych czasami anihiluje z jednym z antykwarków w docelowym protonie lub neutronie. "Kiedy dochodzi do anihilacji, ma ona unikalną sygnaturę," mówi Reimer, dając mion i antymion. Cząstki te, wraz z innymi "śmieciami" powstałymi w wyniku zderzenia, napotykają następnie na stare płyty żelaza. "Miony mogą przez nie przejść, wszystko inne się zatrzymuje" - powiedział. Wykrywając miony po drugiej stronie i rekonstruując ich pierwotne drogi i prędkości, "można pracować wstecz, aby ustalić jaki ułamek pędu mają antykwarki".

Ponieważ protony i neutrony odzwierciedlają się nawzajem - każdy z nich ma cząstki typu górnego w miejsce cząstek typu dolnego drugiego i odwrotnie - porównanie danych z dwóch fiolek bezpośrednio wskazuje na stosunek antykwarków typu dolnego do antykwarków typu górnego w protonie - bezpośrednio, czyli po 20 latach pracy.

W 2019 roku Alberg i Miller obliczyli, co SeaQuest powinien zaobserwować w oparciu o ideę chmury pionowej. Ich przewidywania dobrze pasują do nowych danych z SeaQuest.

Nowe dane - które pokazują stopniowo wzrastający, a następnie malejący, stosunek dół-góra, a nie nagłe odwrócenie - zgadzają się również z bardziej elastycznym modelem statystycznym Bourrely'ego i spółki. Jednak Miller nazywa ten konkurencyjny model "opisowym, a nie predykcyjnym", ponieważ jest on dostosowany do danych, a nie do identyfikacji fizycznego mechanizmu stojącego za nadmiarem dolnych antykwarków. Dla kontrastu, "to z czego jestem naprawdę dumny w naszych obliczeniach to fakt, że było to prawdziwe przewidywanie," powiedział Alberg. "Nie zmieniliśmy żadnych parametrów".

W e-mailu, Bourrely argumentował, że "model statystyczny jest potężniejszy niż ten Alberga i Millera", ponieważ uwzględnia eksperymenty rozpraszania, w których cząstki są i nie są spolaryzowane. Miller stanowczo się z tym nie zgodził, zauważając, że chmury pionów wyjaśniają nie tylko antymaterię zawartą w protonie, ale także momenty magnetyczne różnych cząstek, rozkłady ładunków i czasy rozpadu, jak również "wiązanie, a więc istnienie, wszystkich jąder". Dodał, że mechanizm pionu jest "ważny w szerokim znaczeniu tego, dlaczego istnieją jądra, dlaczego my istniejemy."

W ostatecznym dążeniu do zrozumienia protonu, czynnikiem decydującym może być jego spin, czyli wewnętrzny moment pędu. Eksperyment z rozpraszaniem mionów przeprowadzony pod koniec lat 80-tych wykazał, że spiny trzech kwarków walencyjnych protonu stanowią nie więcej niż 30% jego całkowitego spinu. Kryzys spinu protonu" polega na tym: Co składa się na pozostałe 70%? Po raz kolejny, powiedział Brown, stary wyjadacz z Fermilabu, "musi się dziać coś innego".

W Fermilabie, a ostatecznie w planowanym Zderzaczu Elektronowo-Jonowym Brookhaven National Laboratory, eksperymentatorzy będą badać spin morza protonów. Już teraz Alberg i Miller pracują nad obliczeniami pełnej "chmury mezonowej" otaczającej protony, w skład której wchodzą, obok pionów, rzadsze "mezony rho". Piony nie posiadają spinu, ale mezony rho tak, więc muszą mieć swój udział w ogólnym spinie protonu w sposób, który Alberg i Miller mają nadzieję określić.

Eksperyment SpinQuest w Fermilab, w którym bierze udział wiele z tych samych osób i części co w SeaQuest, jest "prawie gotowy do rozpoczęcia", powiedział Brown. Przy odrobinie szczęścia będziemy zbierać dane tej wiosny; będzie to zależeć" - przynajmniej częściowo - "od postępów szczepionki przeciwko wirusowi". To zabawne, że odpowiedź na pytanie tak głębokie i niejasne zależy od reakcji tego kraju na wirusa COVID. Wszyscy jesteśmy wzajemnie powiązani, nieprawdaż?".

Źródło: quantamagazine.org

czytaj

Niektóre ziemskie formy życia mogą przetrwać na Marsie

Powierzchnia Marsa to surowe środowisko dla życia. Nikt jeszcze nie jest całkiem pewien, jak mikroby z Ziemi poradziłyby sobie na jego powierzchni. Jednak wpływ potencjalnej migracji mikrobów na czerwoną planetę mógłby być ogromny. Nie tylko mogłoby to zniekształcić wszelkie odkrycia potencjalnego prawdziwego życia marsjańskiego, które moglibyśmy znaleźć, ale również całkowicie zakłócić rodzącą się biosferę, którą Mars może posiadać. Aby zrozumieć, czy to jest naprawdę możliwe, najpierw musimy się dowiedzieć, czy jakiekolwiek ziemskie życie może przetrwać na samym Marsie. Według nowego badania opublikowanego niedawno w Frontiers in Microbiology odpowiedź na to pytanie brzmi: tak. 

Badania, prowadzone przez zespół naukowców z NASA i Niemieckiego Centrum Lotnictwa i Kosmonautyki, wykorzystały unikalne podejście do sprawdzenia żywotności żywych bakterii na powierzchni Marsa. Wysłali je w górę do stratosfery w balonie.

Stratosfera jest zaskakująco podobnym środowiskiem do powierzchni Marsa, szczególnie pod względem promieniowania i temperatury. Naukowcy wprowadzili bakterie do tego środowiska za pomocą narzędzia zwanego eksperymentem MARSBOx (Microbes in Atmosphere for Radiation, Survival, and Biological Outcomes).  

 

Zdjęcie MARSBOx w stratosferze, gdzie był używany do ostatnich eksperymentów z mikrobami.
Credit: NASA

 

MARSBOx pozwolił badaczom utrzymać ciśnienie podobne do tego panującego w marsjańskiej atmosferze, jak również wystawił mikroby na działanie mieszaniny gazów, która była niezwykle podobna do rzeczywistego składu atmosfery na Marsie. Ciśnienie, temperatura, promieniowanie i gazowa zawartość pojemnika zapewniają przyzwoitą symulację warunków, jakie panowałyby na powierzchni Marsa. Jako dodatkową kontrolę, badacze zaprojektowali to tak, aby pojemnik zawierał dwie oddzielne komory, w tym jedną osłoniętą, która pozwoliłaby im odizolować wpływ promieniowania na mikroby.

Spośród różnych mikrobów, w tym zarówno bakterii, jak i grzybów, które zostały wprowadzone do środowiska, tylko kilka przetrwało. Szczególnie dobrze w tym surowym środowisku radził sobie grzyb nazywany jako czarna pleśń. Nie było to szczególnym zaskoczeniem dla naukowców, ponieważ ten wytrzymały grzyb był już wcześniej widziany jako szczęśliwie zamieszkujący Międzynarodową Stację Kosmiczną.

 

Zdjęcie czarnego grzyba pleśniowego rosnącego na ISS.
Credit: NASA

 

Pomimo zdolności do egzystencji w mroźnych temperaturach i wysokim promieniowaniu stratosfery, nawet grzyb czarnej pleśni musiał zostać "ożywiony", gdy znalazł się bezpiecznie z powrotem na ziemi. Nie jest jeszcze jasne, co, jeśli cokolwiek, mogłoby wywołać to odrodzenie na rzeczywistej powierzchni Marsa.

Jeśli naukowcy faktycznie są w stanie dowiedzieć się, jak skutecznie wykorzystać mikroby na innych światach, może to być ogromne potencjalne dobrodziejstwo, jak również powód do zmartwień.  Bakterie i inne mikroby są niezbędne dla biologicznych funkcji człowieka. Zapewniają one również dostęp do procesów biochemicznych, które w przeciwnym razie byłyby nieosiągalne w zimnym, sterylnym środowisku czerwonej planety. 

 

Inne mikroby były testowane pod kątem przetrwania w warunkach zbliżonych do marsjańskich, ale nigdy wcześniej nie były wystawione na działanie środowiska stratosfery.
Credit: Maryland Astrobiological Consortium, NASA, STSci

 

To wstępne badanie pokazuje, jak ważne jest dla nas lepsze zrozumienie zdolności przetrwania mikrobów na naszym własnym świecie. Jeśli zostaną one prawidłowo wykorzystane, mogą okazać się ogromnym dobrodziejstwem dla podróży kosmicznych. Jeśli jednak zostaną użyte niewłaściwie, mogą zniszczyć wszelkie szanse na zrozumienie biogenezy na innych światach.

Źródło: universetoday.com

Więcej: 

Badanie: MARSBOx: Fungal and Bacterial Endurance From a Balloon-Flown Analog Mission in the Stratosphere

Life from Earth could temporarily survive on Mars   

Study Shows Life From Earth Could Temporarily Survive on Mars

czytaj

Jeden rodzaj szybkich błysków radiowych wyjaśniony?

Co jakiś czas na niebie pojawia się błysk światła radiowego. Trwa on zaledwie milisekundy, po czym zanika. Jest to tak zwany Szybki Błysk Radiowy (FRB), który jest trudny do zaobserwowania i zbadania. Wiemy, że są to potężne wybuchy energii, ale nie jesteśmy do końca pewni, co je powoduje.

Im więcej dowiadujemy się o FRB, tym dziwniejsze się one wydają. Większość z nich występuje poza naszą galaktyką, ale jest kilka, które wydają się pochodzić z wnętrza Drogi Mlecznej. Na ogół wydają się pojawiać na niebie w sposób przypadkowy, ale kilka z nich to powtarzające się FRB. Niektóre z nich powtarzają się nawet z zaskakującą regularnością. Z tego powodu astronomowie generalnie uważają, że nie mogą być one spowodowane przez kataklizm, taki jak ostatni wybuch radiowy gwiazdy neutronowej, która zapada się w czarną dziurę.

Jednym z prawdopodobnych kandydatów jest specjalny rodzaj gwiazdy neutronowej, znany jako magnetar. 

Gwiazdy neutronowe zazwyczaj mają silne pola magnetyczne, ale magnetary doprowadzają to do ekstremum. Ich pola magnetyczne mogą być tysiące razy silniejsze niż typowe pola gwiazd neutronowych. Są one tak potężne, że mogą podgrzać swoją powierzchnię do temperatury ponad 10 milionów Kelwinów.

Magnetary są aktywne magnetycznie i termicznie, więc mogą robić wyrzuty gorącej materii i magnetycznych naładowanych rozbłysków. Jest to podobne do aktywności powierzchniowej naszego Słońca, ale na znacznie potężniejszym poziomie. Kiedy magnetar ma rozbłysk, może wytworzyć eksplozję intensywnego promieniowania rentgenowskiego i gamma. Gwiazdy te są znane na przykład jako źródło miękkiego powtarzalnego promieniowania gamma. Ponieważ rozbłyski zjonizowanego gazu mogą wytwarzać światło radiowe gdy oddziałują z polem magnetycznym, uważa się, że magnetary mogą również tworzyć szybkie błyski radiowe.

Niedawno pewien zespół znalazł dowody na poparcie tej tezy. Około 30 000 lat świetlnych od Ziemi znajduje się magnetar znany jako SGR J1935+2154. W połowie kwietnia 2020 r. wszedł on w okres aktywności, więc zespół postanowił go obserwować za pomocą satelity Insight-HXMT. Zaobserwowano setki wybuchów promieniowania rentgenowskiego z magnetara. Następnie, 28 kwietnia, radioteleskop CHIME zaobserwował szybki błysk radiowy FRB 200428, który znajdował się w tej samej lokalizacji i odległości co magnetar. Błysk FRB nastąpił zaledwie 8,6 sekundy po tym, jak zespół zaobserwował wybuch promieniowania rentgenowskiego. To opóźnienie czasowe jest zgodne z faktem, że ośrodek międzygwiazdowy nieco spowalnia sygnały radiowe.

Z tego badania jasno wynika, że magnetary są źródłem szybkich błysków radiowych. Nadal nie wiemy, czy magnetary są źródłem wszystkich FRB, szczególnie tych, które się nie powtarzają. Ale ponieważ SGR J1935+2154 jest stosunkowo blisko i regularnie przechodzi okresy aktywności, powinniśmy być w stanie zaobserwować z niego wiele więcej FRB. Powinno to dostarczyć nam danych, których potrzebujemy, aby zrozumieć te dziwne sygnały radiowe.

 

 fot. FRB mogą być wywołane przez magnetyczne wybuchy gwiazdy neutronowej. 

Credit: NASA's Goddard Space Flight Center/S. Wiessinger

Źródło: Universetoday.com

Więcej: Badanie opisane w Nature

czytaj

Atmosfera Tytana odtworzona w ziemskim laboratorium

Panuje powszechna zgoda, że najlepszym miejscem do poszukiwania dowodów życia pozaziemskiego poza Ziemią jest Mars. Jednakże nie jest to w żadnym wypadku jedyne miejsce. Poza wieloma planetami pozasłonecznymi, które zostały określone jako "potencjalnie nadające się do zamieszkania", jest mnóstwo innych kandydatów tutaj, w naszym Układzie Słonecznym. Należy do nich wiele lodowych satelitów, które, jak się uważa, posiadają wewnętrzne oceany, które mogą być siedliskiem życia.

fot. Sonda Cassini NASA spogląda w kierunku nocnej strony największego księżyca Saturna i widzi światło słoneczne rozpraszające się na obrzeżach atmosfery Tytana i tworzące kolorowy pierścień. Credit: NASA/JPL-Caltech/Space Science Institute.

Wśród nich jest Tytan, największy księżyc Saturna, na którym zachodzą różnego rodzaju procesy chemii organicznej pomiędzy atmosferą a powierzchnią. Od pewnego czasu naukowcy podejrzewali, że badanie atmosfery Tytana może dostarczyć istotnych wskazówek na temat wczesnych etapów ewolucji życia na Ziemi. Dzięki nowym badaniom prowadzonym przez giganta technologicznego IBM zespołowi naukowców udało się odtworzyć w laboratorium warunki atmosferyczne panujące na Tytanie.

Ich badania zostały opisane w pracy zatytułowanej "Imaging Titan's Organic Haze at Atomic Scale", która ukazała się w numerze czasopisma "The Astrophysical Journal Letters" z 12 lutego. W skład zespołu badawczego, kierowanego przez
dr Fabiana Schulza i dr Juliena Maillarda, wchodziło wielu współpracowników z IBM Research-Zurich, Uniwersytetu Paris-Saclay, Uniwersytetu Rouen w Mont-Saint-Aignan oraz Instytutu Fritza Habera Towarzystwa Maxa Plancka.

Wiele z tego, co wiemy dziś o Tytanie, zawdzięczamy sondzie kosmicznej Cassini, która krążyła wokół Saturna w latach 2004-2017 i zakończyła swoją misję, zanurzając się w jego atmosferze. W tym czasie Cassini przeprowadził wiele bezpośrednich pomiarów atmosfery Tytana, ujawniając zaskakująco podobne do ziemskiego środowisko. W zasadzie Tytan jest jedynym innym ciałem w Układzie Słonecznym, które posiada gęstą atmosferę azotową i zachodzące w niej procesy organiczne.

Co jest szczególnie interesujące to fakt, że naukowcy uważają, że mniej więcej 2,8 miliarda lat temu atmosfera Ziemi mogła być podobna. Zbiega się to z epoką mezoarchaiku, okresem, w którym fotosyntetyzujące cyjanobakterie stworzyły pierwsze systemy rafowe i powoli przekształcały atmosferyczny dwutlenek węgla w tlen (ostatecznie doprowadzając do obecnej równowagi azotu i tlenu).

Chociaż uważa się, że powierzchnia Tytana zawiera wskazówki, które mogą poprawić nasze zrozumienie tego, jak powstało życie w naszym Układzie Słonecznym, uzyskanie wyraźnego spojrzenia na tę powierzchnię było problemem. Powodem tego jest atmosfera Tytana, która jest przesiąknięta gęstą, fotochemiczną mgłą rozpraszającą światło. Jak wyjaśniają Leo Gross i Nathalie Carrasco (współautorzy badania) w artykule opublikowanym niedawno na blogu IBM Research Blog:

"Zamglenie Tytana składa się z nanocząsteczek wykonanych z szerokiej gamy dużych i złożonych cząsteczek organicznych zawierających węgiel, wodór i azot. Cząsteczki te tworzą się w kaskadzie reakcji chemicznych, gdy promieniowanie (ultrafioletowe i kosmiczne) uderza w mieszankę metanu, azotu i innych gazów w atmosferach takich jak atmosfera Tytana."

W rezultacie naukowcy wciąż nie wiedzą zbyt wiele na temat procesów, które napędzają atmosferę Tytana, w tym dokładnej struktury chemicznej dużych cząsteczek, które tworzą tę mgłę. Przez dziesięciolecia astrochemicy prowadzili eksperymenty laboratoryjne z podobnymi cząsteczkami organicznymi znanymi jako tholiny - termin ten pochodzi od greckiego słowa oznaczającego "błotnisty" (lub "mglisty").

Tholiny (współtwórcą tego określenia jest Carl Sagan) odnoszą się do szerokiej gamy organicznych związków zawierających węgiel, które tworzą się pod wpływem słonecznego promieniowania UV lub promieni kosmicznych. Cząsteczki te są powszechne w zewnętrznym Układzie Słonecznym i zazwyczaj występują w ciałach lodowych, gdzie warstwa powierzchniowa zawiera lód metanowy, który jest wystawiony na działanie promieniowania. Na ich obecność wskazują powierzchnie, które mają rumiany wygląd, lub jakby miały plamy w kolorze sepii.

Na potrzeby swoich badań, zespół pod kierownictwem Schulza i Maillarda przeprowadził eksperyment, w którym obserwował tholiny w różnych stadiach formowania w środowisku laboratoryjnym. Jak wyjaśnili Gross i Carrasco:

"Zalaliśmy naczynie ze stali nierdzewnej mieszaniną metanu i azotu, a następnie wywołaliśmy reakcje chemiczne poprzez wyładowanie elektryczne, naśladując w ten sposób warunki panujące w atmosferze Tytana. Następnie w naszym laboratorium w Zurychu przeanalizowaliśmy ponad 100 powstałych w ten sposób cząsteczek składających się na tholiny Tytana, uzyskując obrazy o rozdzielczości atomowej około tuzina z nich, za pomocą naszego domowej konstrukcji niskotemperaturowego mikroskopu sił atomowych."

Rozdzielczość cząsteczek o różnych rozmiarach pozwoliła zespołowi zaobserwować różne etapy ich rozwoju,
a także ich skład chemiczny. Dzięki temu udało się zaobserwować kluczowy składnik atmosfery Tytana, który formował się i gromadził, tworząc słynny efekt zamglenia. Powiedział Conor A. Nixon, badacz z Goddard Space Flight Center NASA (który nie był związany z badaniami):

"Ten artykuł pokazuje przełomowe nowe prace w zakresie wykorzystania mikroskopii w skali atomowej do badania struktur złożonych, wielopierścieniowych cząsteczek organicznych. Typowa analiza związków wytworzonych w laboratorium przy użyciu technik takich jak spektroskopia masowa ujawnia względne proporcje różnych pierwiastków, ale nie wiązania chemiczne i strukturę".

"Po raz pierwszy widzimy molekularną architekturę syntetycznych związków podobnych do tych, które uważane są za przyczynę pomarańczowej mgiełki w atmosferze Tytana. Ta aplikacja zapewnia teraz nowe, ekscytujące narzędzie do analizy próbek materiałów astrobiologicznych, w tym meteorytów i próbek zwróconych z ciał planetarnych."

Co więcej, wyniki ich badań mogą również rzucić światło na tajemniczy cykl hydrologiczny Tytana oparty na metanie. Na Ziemi cykl ten polega na przechodzeniu wody ze stanu gazowego (para wodna) do stanu ciekłego (deszcz i wody powierzchniowe). Na Tytanie ten sam cykl zachodzi w przypadku metanu, który przechodzi z atmosferycznego gazu metanowego i spada w postaci deszczu metanowego, tworząc słynne jeziora węglowodorowe na Tytanie.

W tym przypadku wyniki badań zespołu naukowców mogą ujawnić, jaką rolę odgrywa zamglenie chemiczne w cyklu metanowym Tytana, w tym czy te nanocząsteczki mogą unosić się na jeziorach metanu. Ponadto, wyniki te mogą ujawnić, czy podobne aerozole atmosferyczne pomogły powstać życiu na Ziemi miliardy lat temu.

"Wiadomo, że struktury molekularne, które teraz zobrazowaliśmy, są dobrymi absorberami światła ultrafioletowego" - opisują Gross i Carrasco. "To z kolei oznacza, że zamglenie mogło działać jak tarcza chroniąca cząsteczki DNA na powierzchni wczesnej Ziemi przed szkodliwym promieniowaniem".

Jeśli teoria ta jest słuszna, wyniki badań zespołu naukowców nie tylko pomogą naukowcom zrozumieć warunki, w jakich powstało życie na Ziemi, ale także mogą wskazywać na możliwość istnienia życia na Tytanie. Tajemnicza natura tego satelity jest czymś, co naukowcy po raz pierwszy uświadomili sobie na początku lat 80., kiedy sondy kosmiczne Voyager 1 i 2 przeleciały przez system Saturna. Od tego czasu naukowcy połączyli swoje siły.

W latach 2030. NASA planuje wysłać na Tytana zrobotyzowany wiropłat o nazwie Dragonfly w celu zbadania jego powierzchni i atmosfery oraz poszukiwania ewentualnych oznak życia. Jak zawsze, prace teoretyczne i eksperymenty laboratoryjne przeprowadzone w międzyczasie pozwolą naukowcom zawęzić obszar zainteresowania i zwiększyć szanse na to, że misja (gdy już przybędzie) znajdzie to, czego szuka.
 

Na zdjęciu: Eksperyment PAMPRE, w którym symulowana jest atmosfera Tytana. Credit: Nathalie Carrasco

  

 

 

Źródło: universetoday.com

czytaj

Zdumiewające przewidywania dotyczące odległej przyszłości Voyagerów

Zapnijcie pasy, wszyscy i wybierzmy się na przejażdżkę wehikułem czasu wielkości wszechświata.
Przyszłość to śliska sprawa, ale czasami fizyka może pomóc. I choć ludzkie przeznaczenie pozostanie na zawsze nieznane, los dwóch z naszych artefaktów można obliczyć z oszałamiającą dokładnością.

fot. Zdjęcie jednej z okładek bliźniaczych Złotych Płyt, pokrytej złotem które to ma chronić powierzchnie przed niebezpieczeństwami kosmosu. (Image credit: NASA/JPL-Caltech)   

Tymi artefaktami są wygrawerowane "Złote Płyty" przypięte do bliźniaczych statków kosmicznych Voyager NASA, które odleciały w przestrzeń międzygwiezdną. Chociaż statki kosmiczne prawdopodobnie zamilkną za kilka lat, zapisy pozostaną.
Nick Oberg, doktorant w Kapteyn Astronomical Institute w Holandii, wraz z kolegą chcieli obliczyć, które (jeśli w ogóle) gwiazdy mogą napotkać dwie sondy Voyager w dalekiej przyszłości naszej galaktyki.

Modele te pozwoliły im spojrzeć daleko w przyszłość. Oberg zaprezentował swoją pracę na 237 spotkaniu Amerykańskiego Towarzystwa Astronomicznego, które odbyło się w trybie pilnym z powodu pandemii koronawirusa, 12 stycznia, gdzie opowiedział o przyszłości bliźniaczych Voyagerów i ich Złotychj Płytach.

NASA wystrzeliła Voyagera 1 i Voyagera 2 w 1977 roku, aby przemierzyć Układ Słoneczny. Na każdym z nich znajdował się 12-calowy (30 centymetrów) duży dysk z pozłacanej miedzi. Pomysłodawcą był słynny astronom Carl Sagan. Na Złotych Płytach wygrawerowano muzykę i zdjęcia, które miały reprezentować Ziemię i jej mieszkańców przed jakimikolwiek inteligentnymi istotami, które sondy spotkają podczas swoich długich podróży. Obie odwiedziły Jowisza i Saturna, po czym ich drogi się rozeszły: Voyager 1 badał księżyc Saturna - Tytana, podczas gdy Voyager 2 przeleciał obok Urana i Neptuna.

W 2012 roku Voyager 1 przeszedł przez heliopauzę, która wyznacza granicę wiatru słonecznego i wszedł w przestrzeń międzygwiezdną; w 2018 roku Voyager 2 również to zrobił. Teraz te dwie sondy przemierzają ogromne, zewnętrzne obszary Układu Słonecznego. Nadal wysyłają sygnały z powrotem na Ziemię, informując ludzi o swoich przygodach daleko poza planetami, chociaż te biuletyny mogą ustać za kilka lat, ponieważ obie są na wyczerpaniu. Jednak ich podróże są dalekie od zakończenia.

Oberg i jego współpracownicy połączyli śledzenie trajektorii Voyagerów z badaniem środowiska, przez które przelecą statki kosmiczne, aby oszacować szanse na to, że Złote Zapiski przetrwają swoje przygody i pozostaną czytelne. Rezultatem jest prognoza, która wykracza nie tylko poza prawdopodobne wyginięcie ludzkości, ale także poza zderzenie Drogi Mlecznej z sąsiednią galaktyką Andromedy - a nawet poza wyginięcie większości gwiazd.

Zwiedzanie Drogi Mlecznej

Ambicje badawcze duetu nie zaczęły się tak szeroko. Nowe badania zostały zainspirowane przez drugą partię danych z sondy kosmicznej Europejskiej Agencji Kosmicznej Gaia, która specjalizuje się w superprecyzyjnym mapowaniu ponad miliarda gwiazd.

"Naszym pierwotnym celem było określenie z bardzo wysoką precyzją, które gwiazdy Voyagery mogą pewnego dnia napotkać w pobliżu, korzystając z nowo wydanego katalogu gwiazd Gaia" - powiedział Oberg podczas swojej prezentacji. Tak więc on i jego współautor zaczęli od prześledzenia dotychczasowych podróży Voyagerów i przewidywania ich trajektorii w przyszłości.

Nie należy jednak ekscytować się nadchodzącymi kamieniami milowymi. Dopiero za około 20 000 lat Voyagery przejdą przez Obłok Oorta - skorupę komet i lodowego gruzu, która krąży wokół Słońca w odległości do 100 000 jednostek astronomicznych, czyli 100 000 razy większej niż średnia odległość Ziemia-Słońce - ostatecznie machając na pożegnanie swojemu układowi słonecznemu.

"W tym momencie po raz pierwszy statek zacznie odczuwać przyciąganie grawitacyjne innych gwiazd silniej niż naszego własnego Słońca" - powiedział Oberg.

Minie kolejne 10 000 lat zanim Voyager zbliży się do obcej gwiazdy, a konkretnie do czerwonego karła o nazwie Ross 248.
To przelot nastąpi za około 30 000 lat od teraz, powiedział Oberg, chociaż może być przesadą stwierdzenie, że statek kosmiczny minie tę gwiazdę. "W rzeczywistości będzie to raczej Ross 248 przelatujący obok prawie nieruchomych Voyagerów," powiedział.

Za 500 milionów lat zarówno Układ Słoneczny, jak i Voyagery zakończą pełną orbitę wokół Drogi Mlecznej. Nie ma sposobu na przewidzenie, co wydarzy się na powierzchni Ziemi do tego czasu, ale jest to przedział czasowy na skalę formowania się i niszczenia Pangea i innych superkontynentów, powiedział Oberg.

Podczas tej galaktycznej orbity, statek kosmiczny Voyager będzie oscylował w górę i w dół, przy czym Voyager 1 będzie to robił bardziej dramatycznie niż jego bliźniak. Zgodnie z tymi modelami, Voyager 1 będzie podróżował tak daleko ponad głównym dyskiem galaktyki, że będzie widział gwiazdy o gęstości o połowę mniejszej niż my.

Szanse na zniszczenie

Ta sama różnica w ruchu pionowym wpłynie również na zróżnicowane szanse przetrwania Złotej Płyty każdego statku kosmicznego.

Płyty zostały zaprojektowane tak, by przetrwać, być może nawet miliard lat w kosmosie: pod złotym połyskiem kryje się ochronna aluminiowa obudowa, a pod nią wygrawerowane miedziane dyski. Ale aby naprawdę zrozumieć, jak długo te obiekty mogą przetrwać, trzeba wiedzieć, jakie warunki będą im towarzyszyć, a to oznacza, że trzeba wiedzieć, gdzie się znajdą.

W szczególności, Oberg i jego współpracownicy musieli wiedzieć, jak dużo czasu statek kosmiczny spędzi spowity w ogromnych chmurach pyłu międzygwiezdnego Drogi Mlecznej, który nazwał "jednym z niewielu zjawisk, które mogą faktycznie uszkodzić sondy".

Jest to ponury scenariusz, pył wbijający się w Voyagery z prędkością kilku mil lub kilometrów na sekundę. "Ziarna będą działać jak stały deszcz, który powoli odłupuje skórę statku kosmicznego," powiedział Oberg. "Ziarno pyłu o średnicy zaledwie jednej tysięcznej milimetra nadal pozostawi mały odparowany krater po uderzeniu".

Pionowe oscylacje Voyagera 1 oznaczają, że statek kosmiczny spędzi więcej czasu nad i pod płaszczyzną galaktyki, gdzie chmury są najgrubsze. Oberg i jego współpracownicy przeprowadzili tysiące symulacji ścieżek obu Voyagerów i ich spotkań z chmurami pyłu, modelując uszkodzenia, jakie Złote Płyty poniosą po drodze.

Praca ta wymaga również wzięcia pod uwagę możliwości, że grawitacja chmury może wpłynąć na trajektorię jednego z Voyagerów, powiedział Oberg. "Chmury mają tak dużą masę skupioną w jednym miejscu, że faktycznie mogą działać tak, aby wygiąć trajektorię sondy i wyrzucić ją na nową orbitę - czasami dużo dalej, czasami nawet głębiej w kierunku galaktycznego jądra".

Oba Złote Zapisy mają duże szanse na zachowanie czytelności, ponieważ ich wygrawerowane strony są schowane przy wenętrznych stronach pojazdów. Zewnętrzna powierzchnia płyty Voyagera 1 jest bardziej podatna na erozję, ale informacje na płycie Voyagera 2 są bardziej prawdopodobne, że staną się nieczytelne, powiedział Oberg.

"Głównym tego powodem jest to, że orbita, na którą trafia Voyager 2 jest bardziej chaotyczna i znacznie trudniej jest przewidzieć z jakąkolwiek pewnością, przez jakie dokładnie środowisko będzie przelatywał," powiedział.

Ale pomimo zagrożenia i potencjalnych utrudnień, "Jest wysoce prawdopodobne, że obie Złote Płyty mogą przetrwać przynajmniej częściowo nienaruszone do zakresu ponad 5 miliardów lat", powiedział Oberg.

Po śmierci Drogi Mlecznej

Po upływie tych 5 miliardów lat modelowanie jest trudne. To właśnie wtedy Droga Mleczna ma zderzyć się ze swoją masywną sąsiadką, galaktyką Andromedy, i sprawy zaczynają się komplikować. "Uporządkowany kształt spirali zostanie poważnie wypaczony, a być może nawet całkowicie zniszczony" - powiedział Oberg. Voyagery będą uwikłane w fuzję, a szczegóły trudno przewidzieć z tak dużym wyprzedzeniem.

W międzyczasie, wirtualne zwiedzanie trwa. Oberg i jego kolega obliczyli, że w tym modelu przyjaznego okresu 5 miliardów lat , każdy z Voyagerów prawdopodobnie odwiedzi gwiazdę poza naszym Słońcem w odległości około 150 razy większej niż odległość między Ziemią a Słońcem, lub trzy razy większej niż odległość między Słońcem a Plutonem w najbardziej odległym punkcie planety karłowatej.

Dokładne określenie, która to może być gwiazda, jest jednak trudne - może to nawet nie być gwiazda, którą znamy dzisiaj.

"Podczas gdy żaden z Voyagerów prawdopodobnie nie zbliży się do żadnej gwiazdy przed zderzeniem galaktyk, sondy te prawdopodobnie przynajmniej przejdą przez obrzeża jakiegoś systemu [gwiezdnego]" - powiedział Oberg.
"Bardzo dziwne jest to, że w rzeczywistości może to być system, który jeszcze nie istnieje, gwiazda, która jeszcze się nie narodziła".

Takie są niebezpieczeństwa pracy w skali miliardów lat.
Stąd, los Voyagerów zależy od warunków galaktycznej fuzji, powiedział Oberg.

Samo zderzenie może wyrzucić sondę z nowo powstałej monstrualnej galaktyki - jedna szansa na pięć, powiedział - chociaż utknie on w sąsiedztwie. Jeśli tak się stanie, największym zagrożeniem dla Złotych Zapisów staną się zderzenia z wysokoenergetycznymi promieniami kosmicznymi i dziwnymi cząsteczkami gorącego gazu, powiedział Oberg; te uderzenia będą rzadsze niż pył, który charakteryzuje ich uszkodzenia wewnątrz Drogi Mlecznej.

Wewnątrz połączonej galaktyki los Voyagerów będzie zależał od tego, jak dużo pyłu pozostanie po fuzji; Oberg powiedział, że może on być minimalny, ponieważ zarówno powstawanie gwiazd, jak i eksplozje spowalniają, zmniejszając ilość pyłu wyrzucanego do galaktyki.

W zależności od szczęścia z tym pyłem, Voyagery mogą być w stanie przeżyć tryliony trylionów trylionów lat, wystarczająco długo, aby odbyć rejs przez prawdziwie obcy kosmos, powiedział Oberg.

"Tak odległy czas jest daleko poza punktem, w którym gwiazdy wyczerpały swoje paliwo i formowanie gwiazd ustało w całości we wszechświecie," powiedział. "Voyagery będą dryfować przez to, co dla nas byłoby zupełnie nierozpoznawalną galaktyką, wolną od tzw. gwiazd głównego ciągu, zaludnioną niemal wyłącznie przez czarne dziury i pozostałości gwiazdowe, takie jak białe karły i gwiazdy neutronowe".

To mroczna przyszłość, dodał Oberg. "Jedynym źródłem znaczącego oświetlenia w tej epoce będą supernowe, które są wynikiem kolizji pomiędzy tymi gwiezdnymi pozostałościami raz na bilion lat, które wciąż zaludniają galaktykę" - powiedział. "Nasza praca, znajdująca się na tych płytach, może być świadkiem tych osamotnionych błysków w ciemności".

Autor: Meghan Bartels, tłumaczenie @ntdc

fot.Pale Blue Dot – fotografia Ziemi wykonana przez sondę kosmiczną Voyager 1, opuszczającą Układ Słoneczny.
Zdjęcie to zostało wykonane z rekordowej odległości od Ziemi – około 6,4 mld km (ponad 43 au). Pomysłodawcą zdjęcia był astronom Carl Sagan, a jego tytułu użył w 1994 roku dla swojej książki Błękitna kropka. Człowiek i jego przyszłość w kosmosie.
 

czytaj

Nagranie z lądowania łazika Perseverance na Marsie

Nagranie z lądowania udostępniła NASA-JPL.

Więcej: https://www.wykop.pl/link/5970401

czytaj

Zabójcza dla pojazdów kosmicznych anomalia nad południowym Atlantykiem

Niedawno przeprowadzone eksperymenty wykazały, że cyjanobakterie mogą z powodzeniem rozwijać się w marsjańskich warunkach, wytwarzając przy tym tlen. Hodowla sinic oparta o składniki znajdujące się na Czerwonej Planecie otwiera drogę w kierunku biologicznych systemów podtrzymywania życia dla ewentualnych ludzkich siedlisk na Marsie. Promieniowanie jest bezbarwnym, bezsmakowym i bezwonnym wrogiem zarówno dla ludzi, jak i dla elektroniki. Istniejące zaburzenie ziemskiego pola magnetycznego, region zwany Anomalią Południowoatlantycką (SAA) regularnie naraża orbitujące jednostki kosmiczne na wysoki poziom niebezpiecznych cząstek.

 fot. Satelity Europejskiej Agencji Kosmicznej mierzą siłę ziemskiego pola magnetycznego. Na tym obrazie, chłodniejsze kolory (niebieski) oznaczają niższe natężenie niż cieplejsze (różowy). Duży ciemny region nazywany jest Anomalią Południowoatlantycką.

Przez lata, SAA był odpowiedzialny za kilka awarii jednostek kosmicznych, a nawet dyktuje kiedy astronauci mogą i nie mogą wykonywać spacery kosmiczne. Przestrzeń wokół Ziemi zapełnia się coraz większą liczbą obiektów, co więc oznacza dla przyszłości lotów kosmicznych istnienie SAA?

Anomalia magnetyczna

Ziemskie pole magnetyczne jest wynikiem samo podtrzymującego się procesu zwanego geodynamo. Gdy stopione żelazo rozpływa się wokół zewnętrznego jądra naszej planety, generuje ono ogromne prądy elektryczne, które z kolei tworzą i wzmacniają pole magnetyczne. Ziemskie pole magnetyczne rozciąga się na dziesiątki tysięcy mil w przestrzeń kosmiczną, a obszar, w którym pole magnetyczne oddziałuje z naładowanymi cząstkami, nazywany jest magnetosferą. Magnetosfera chroni życie na Ziemi, odchylając wiatr słoneczny i promienie kosmiczne, które w przeciwnym razie zniszczyłyby znaczną część atmosfery, a także spowodowałyby inne szkodliwe efekty.

Jednak nie wszystkie napływające cząstki są odbijane. Niektóre zamiast tego zostają uwięzione w dwóch regionach w kształcie pączka, zwanych Pasami Promieniowania Van Allena. Wewnętrzny z dwóch Pasów Van Allena znajduje się średnio około 645 kilometrów nad powierzchnią Ziemi. Jednak Pasy Van Allena są położone symetrycznie względem ziemskiej osi magnetycznej, która nie jest idealnie wyrównana z osią obrotu Ziemi.
Rezultat: Odległość Pasów od powierzchni Ziemi jest różna na całym globie.

SAA to region, w którym wewnętrzny Pas Van Allena zagłębia się najbliżej Ziemi - zaledwie 190 km nad jej powierzchnią.
Na tej wysokości, pojazdy kosmiczne na niskiej orbicie okołoziemskiej (LEO) mogą okresowo przechodzić przez SAA, narażając je (a w przypadku misji załogowych, ich pasażerów) na duże ilości uwięzionych wysokoenergetycznych cząstek - czyli potencjalnie szkodliwych dawek promieniowania.

 Zaginione jednostki

Promieniowanie z SAA niewątpliwie miało wpływ na pojazdy kosmiczne, czasami prowadząc do ich zniszczenia.
Jednym z wartych uwagi przykładów jest należący do Japan Aerospace Exploration Agency (JAXA) X-ray Astronomy Satellite. Nazwany również Hitomi, został wystrzelony na LEO w lutym 2016 roku w celu badania wysokoenergetycznego promieniowania rentgenowskiego pochodzącego z ekstremalnych procesów w całym wszechświecie.

Jednak JAXA straciła wszelki kontakt z sondą 26 marca tego samego roku. Wkrótce potem amerykańskie Joint Space Operations Center publicznie potwierdziło, że widziało, jak Hitomi rozpada się na co najmniej pięć kawałków. Największy z nich obracał się, odrzucając kolejne fragmenty. Hitomi, który kosztował ponad 270 milionów dolarów, był całkowicie stracony.

Chociaż dokładne szczegóły problemów, które doprowadziły do utraty sondy, są nadal dyskutowane, wiadomo, że tracker gwiazd Hitomi, który informował pojazd o jego położeniu w przestrzeni, wielokrotnie doświadczał problemów, gdy statek przelatywał przez SAA. Możliwe, że spowodowane promieniowaniem uszkodzenie tego systemu ostatecznie spowodowało, że satelita obrócił się na śmierć, obracając się zbyt szybko, gdy próbował skorygować problemy z pozycją, które w rzeczywistości nie istniały.

Podobnie w 2007 roku firma Globalstar, zajmująca się telefonią satelitarną i transmisją danych, doświadczyła utraty kilku swoich satelitów pierwszej generacji. Również w tym przypadku uważa się, że utrata była związana z degradacją komponentów elektronicznych przez uszkodzenia radiacyjne powstałe podczas przechodzenia przez SAA.

Problemy nie dotyczyły tylko satelitów. Komputery i instrumenty na pokładzie Skylab, Międzynarodowej Stacji Kosmicznej (ISS), promu kosmicznego, a nawet statku Dragon firmy SpaceX doświadczyły awarii lub innych problemów podczas przechodzenia przez SAA.

SAA a załogowe loty kosmiczne

Czy wysoki poziom promieniowania w SAA może zagrażać także astronautom? Ponieważ ISS od czasu do czasu przelatuje przez SAA, została ona skonstruowana w taki sposób, aby osłony przed promieniowaniem chroniły astronautów przed uszkodzeniem. Chociaż nieistniejące już promy kosmiczne również czasami przelatywały przez SAA, krótki czas lotów wahadłowców sprawił, że było to mniejszym problemem. Niemniej jednak, biorąc pod uwagę wysokie narażenie na promieniowanie, jakie astronauci mogliby ponieść w przypadku bezpośredniego kontaktu z SAA, spacery kosmiczne ISS są planowane tak, by nie odbywały się podczas przelotów przez SAA.

W miarę jak naukowcy i inżynierowie zdobywali coraz większe doświadczenie, zarówno w radzeniu sobie z SAA, jak i w budowaniu statków kosmicznych, opracowali strategie przeciwdziałania potencjalnym szkodom, jakie mogą wyrządzić wysokoenergetyczne cząstki. Inżynierowie mogą dodać więcej osłon przed promieniowaniem, ale to często zwiększa wagę statku kosmicznego, co z kolei podnosi koszty jego wystrzelenia. Półprzewodniki nazywane samo naprawiającymi się układami z arsenku galu są bardziej odporne na uszkodzenia spowodowane promieniowaniem. A samo umieszczenie delikatnych komponentów elektronicznych głębiej w korpusie statku kosmicznego, gdzie są one otoczone przez inne, gęstsze i bardziej wytrzymałe komponenty, również zapewnia dodatkową ochronę.

Jedno jest pewne: w miarę rozwoju lotów kosmicznych, poważne traktowanie zagrożeń takich jak SAA jest niezbędne do ochrony naszych inwestycji - czy to w dolary, technologię, czy ludzkie życie.

Źródło: astronomy.com

czytaj

Marsjański helikopter NASA Ingenuity zadzwonił do domu

Kontrolerzy misji w Laboratorium Napędu Odrzutowego NASA (JPL) w Południowej Kalifornii otrzymali pierwszy raport o stanie śmigłowca Ingenuity Mars Helicopter, który wylądował 18 lutego 2021 roku w kraterze Jezero, przymocowany do brzucha łazika Mars 2020 Perseverance. Downlink, który dotarł o 15:30 czasu PST (18:30 czasu EST) poprzez połączenie przez Mars Reconnaissance Orbiter, wskazuje, że zarówno helikopter, który pozostanie przymocowany do łazika przez 30 do 60 dni, jak i jego stacja bazowa (skrzynka elektryczna na łaziku, która przechowuje i kieruje komunikację między wiropłatem a Ziemią) działają zgodnie z oczekiwaniami.

"W danych szukamy dwóch istotnych elementów: stanu naładowania akumulatorów Ingenuity oraz potwierdzenia, że stacja bazowa działa zgodnie z założeniami, nakazując wyłączanie i włączanie grzałek, aby utrzymać elektronikę śmigłowca w oczekiwanym zakresie" - powiedział Tim Canham, kierownik operacyjny śmigłowca Ingenuity Mars Helicopter w JPL.
"Oba urządzenia wydają się działać świetnie. Z tym pozytywnym raportem ruszymy do przodu z jutrzejszym ładowaniem akumulatorów helikoptera."

Upewnienie się, że Ingenuity ma na pokładzie mnóstwo zmagazynowanej energii, aby utrzymać ogrzewanie i inne istotne funkcje, a jednocześnie zachować optymalny stan akumulatorów, jest kluczowe dla sukcesu misji Helikoptera.
Godzinne zasilanie podniesie baterie wiropłatów do około 30% ich całkowitej pojemności. Kilka dni później zostaną one ponownie naładowane do poziomu 35%, a kolejne sesje ładowania będą odbywać się co tydzień, gdy śmigłowiec będzie połączony z łazikiem. Dane przesłane podczas jutrzejszych sesji ładowania zostaną porównane z danymi z sesji ładowania baterii przeprowadzonych podczas rejsu na Marsa, aby pomóc zespołowi w planowaniu przyszłych sesji ładowania.

Podobnie jak większość 2-kilogramowego wiropłatowca, sześć akumulatorów litowo-jonowych jest dostępnych z półki.
Obecnie są one ładowane z zasilacza łazika. Gdy Ingenuity zostanie wysłany na powierzchnię Marsa, akumulatory helikoptera będą ładowane wyłącznie przez jego własny panel słoneczny.

Po tym, jak Perseverance wyśle Ingenuity na powierzchnię, helikopter będzie miał 30 dni marsjańskich (31 dni ziemskich) na przeprowadzenie eksperymentalnych testów w locie. Jeśli Ingenuity przetrwa pierwsze, mrożące krew w żyłach marsjańskie noce - w których temperatura spada nawet do minus 90 stopni Celsjusza - zespół przystąpi do pierwszego lotu pojazdem na innym świecie.

Jeśli Ingenuity uda się wystartować i zawisnąć podczas pierwszego lotu, osiągnięte zostanie ponad 90% celów projektu.
Jeśli helikopter wyląduje pomyślnie i pozostanie sprawny, będzie można wykonać do czterech kolejnych lotów, z których każdy będzie oparty na sukcesie poprzedniego.

"Znajdujemy się na nieznanym terytorium, ale ten zespół jest do tego przyzwyczajony" - powiedziała MiMi Aung, kierownik projektu Ingenuity Mars Helicopter w JPL. "Każdy kamień milowy od tego momentu do końca naszego programu demonstracji lotów będzie pierwszym, a każdy z nich musi się udać, abyśmy mogli przejść do następnego. Przez chwilę będziemy się cieszyć tą dobrą wiadomością, ale potem musimy wrócić do pracy."

Wiropłaty nowej generacji, potomkowie Ingenuity, mogłyby dodać powietrzny wymiar do przyszłej eksploracji Czerwonej Planety. Te zaawansowane zrobotyzowane pojazdy latające oferowałyby unikalny punkt widzenia, którego nie zapewniają obecne orbitery wysoko nad głową ani łaziki i lądowniki na ziemi, dostarczając obrazów o wysokiej rozdzielczości i zwiadu dla robotów lub ludzi, a także umożliwiając dostęp do terenu, do którego trudno dotrzeć łazikom.

Helikopter marsjański Ingenuity został zbudowany przez JPL, które zarządza również demonstracją technologii dla centrali NASA w Waszyngtonie. Ośrodki badawcze NASA Ames i Langley zapewniły znaczącą analizę wydajności lotu i pomoc techniczną. Firmy AeroVironment Inc, Qualcomm, Snapdragon i SolAero również zapewniły pomoc projektową i główne elementy pojazdu. System dostarczania helikopterów na Marsa został zaprojektowany i wyprodukowany przez Lockheed Space Systems w Denver.

czytaj

Są nowe świetne zdjęcia łazika Perseverance!

Lądujący na Marsie, zawieszony na linach łazik NASA Perseverance - warty 2,7 miliarda dolarów.

czytaj

Lądowanie Perseverance na Marsie - AstroLife LIVE

W końcu się doczekaliśmy! Zapraszam do transmisji na żywo z lądowania łazika Perseverance!

Więcej: https://www.wykop.pl/link/5964119

czytaj

Najbardziej pracowite dwa tygodnie na Marsie od 47 lat

Mars i Ziemia ustawiły się w jednej linii zeszłego lata, a trzy różne agencje kosmiczne wykorzystały swoją szansę.
To pracowity luty dla Marsa, z trzema sondami z trzech różnych krajów przybywającymi na Czerwoną Planetę w ciągu zaledwie dziewięciu dni.
Ta marsjańska impreza nie wydarzyła się przez przypadek - ma to związek z mechaniką orbit Ziemi i Marsa.

Pierwsza misja międzyplanetarna Zjednoczonych Emiratów Arabskich, sonda Hope, osiągnęła orbitę Marsa we wtorek (9 lutego). Pierwsza misja międzyplanetarna Chin, Tianwen-1 weszła na orbitę marsjańską w środę (10 lutego). Chińska sonda zawiera zarówno orbiter, jak i lądownik z łazikiem na pokładzie, który ma spróbować wylądować na powierzchni w maju.
A 18 lutego pierwszy w swoim rodzaju pojazd od NASA dotrze do Marsa i przebije się bezpośrednio przez jego atmosferę.
Jeśli wszystko pójdzie zgodnie z planem, pojazd zrzuci swoją zewnętrzną powłokę i użyje rakiet, aby zatrzymać opadanie w ostatnim momencie. Następnie zawiśnie nad powierzchnią, by za pomocą podniebnego dźwigu opuścić na ziemię łazik Perseverance o rozmiarach samochodu - zasilany energią jądrową i wart 2,7 miliarda dolarów.

Pojawienie się niemal wszystkich dokładnie w tym samym czasie nie jest przypadkowe, powiedział Jonathan McDowell, astrofizyk z Uniwersytetu Harvarda i ekspert od lotów kosmicznych.
Mars i Ziemia są jak "biegacze na okrągłym torze wyścigowym". "I naprawdę szybki biegacz [Ziemia] regularnie okrąża biegacza znajdującego się na zewnątrz [Marsa]. Więc czasami są tuż obok siebie, a czasami są po przeciwnych stronach toru."
Ten cykl Ziemia-Mars, czyli Ziemia całkowicie okrąża Marsa, zajmuje około dwóch lat.

Potrzeba by ogromnej rakiety, wielu ton paliwa i znacznie więcej czasu, aby dotrzeć do Marsa z Ziemi, podczas gdy planety są daleko od siebie. Jednak start, gdy planety są w ich absolutnej bliskości - 62,1 milionów kilometrów od siebie średnio - nie jest najbardziej efektywnym sposobem dotarcia na Marsa.

Istnieje wcześniejszy punkt w dwuletnim cyklu planet, w którym podróż zajmuje mniej czasu i wymaga mniej paliwa.
W tym momencie, który występuje raz w ciągu dwuletniego cyklu, Ziemia jest nieco za Marsem, ale nadal porusza się szybciej niż jej sąsiad. Takie ustawienie pozwala statkowi kosmicznemu wejść na tak zwaną "orbitę transferową Hohmanna", nazwaną tak na cześć niemieckiego inżyniera Waltera Hohmanna, który opracował podstawową matematykę w 1925 roku.

Jak to działa?

Żadna rakieta nie przewozi wystarczająco dużo paliwa, by spalić je na całej trasie między Ziemią a Marsem, która to odległość waha się od dziesiątek do setek milionów mil.

Oznacza to, że każda międzyplanetarna przygoda zaczyna się od krótkiego, intensywnego okresu przyspieszenia, po którym następuje długi odcinek postoju. Zadaniem silników rakietowych podczas tego początkowego okresu przyspieszenia jest wprowadzenie statku kosmicznego na orbitę wokółsłoneczną, która przetnie się z Marsem tak szybko, jak to możliwe. Najbardziej efektywną ścieżką między planetami jest zatem orbita wokółsłoneczna przecinająca się z Marsem, którą można osiągnąć przy najmniejszym zużyciu paliwa, a taka orbita staje się dostępna raz na dwa lata.

Jednak agencje kosmiczne nie muszą dokładnie trafić w ten dzień. Tak długo jak wystrzeliwują podczas kilkutygodniowego okna wokół tej daty, mogą umieścić swoje statki kosmiczne na orbitach transferowych Hofmanna. Jeśli jednak zwlekają dłużej niż kilka tygodni, podróż bardzo szybko staje się trudniejsza.

Orbiter Hope wystartował 19 lipca 2020 roku, Tian wen-1 23 lipca, a Perseverance 30 lipca. Luki pomiędzy przylotami statków kosmicznych nie są dokładnie zgodne z datami ich startu z powodu drobnych różnic w ich technologii rakietowej, trajektorii w przestrzeni kosmicznej i miejsc docelowych, powiedział McDowell. (Potrzeba innego kąta podejścia, na przykład, aby zanurzyć się bezpośrednio w atmosferze planety, niż aby wejść na wysoką orbitę, jak zrobił to Hope).

To nie pierwszy raz, kiedy marsjańska przestrzeń orbitalna jest tak zatłoczona, zauważył McDowell. Związek Radziecki wystrzelił cztery statki kosmiczne na Marsa w 1973 roku, choć jeden nie osiągnął orbity, a żaden z pozostałych trzech nie działał zgodnie z przeznaczeniem po dotarciu na miejsce. Dwa radzieckie statki kosmiczne i jeden amerykański wystartowały na Marsa w 1971 roku, i wszystkie miały przynajmniej częściowo udane misje. (Oba narody planowały w tym samym roku dodatkowe sondy, lecz amerykańska sonda Mariner 8 zawiodła podczas startu, a radziecki Kosmos 419 nigdy nie opuścił niskiej orbity okołoziemskiej).

Co jest inne w tym roku, powiedział McDowell, to sama różnorodność statków kosmicznych docierających na Marsa, oraz fakt, że kilka dodatkowych sond jest już aktywnych wokół planety. NASA ma trzy orbitery aktywne na orbicie marsjańskiej, Europejska Agencja Kosmiczna (ESA) ma jeden swój własny i jeden orbiter, który jest wspólnym projektem z rosyjskim Roscosmosem, a Indyjska Organizacja Badań Kosmicznych ma również aktywny orbiter. Na powierzchni Marsa wciąż aktywne są także łazik Curiosity i lądownik InSight NASA.

Pomimo tej stosunkowo zatłoczonej sytuacji, McDowell powiedział, że wątpi, aby którakolwiek z sond nawet zbliżyła się do siebie na odległość kilkudziesięciu tysięcy mil, nawet jeśli żaden z krajów nie sprawdziłby wcześniej swoich trajektorii ze sobą.

"Przestrzeń kosmiczna jest duża," powiedział.

 Na zdjęciu:
Animacja pokazuje drogę lądownika InSight NASA z Ziemi na Marsa, przykład orbity transferowej Hohmanna. (Image credit: Phoenix7777 - Praca własna Źródło danych: HORIZONS System, JPL, NASA/Wikimedia Commons

 

czytaj

Odkryto superziemię w ekosferze Alfa Centauri

Astronomowie, wykorzystując nową technikę, nie tylko znaleźli superziemię w Alfa Centauri, ale również bezpośrednio ją zobrazowali. Może być ona miła i przytulna znajdując się w ekosferze wokół gwiazdy.

fot. Na pierwszym planie tego zdjęcia znajduje się Bardzo Duży Teleskop (VLT) ESO w Obserwatorium Paranal w Chile.
Bogate gwiezdne tło zdjęcia obejmuje jasną gwiazdę Alfa Centauri, najbliższy Ziemi układ gwiezdny. Pod koniec 2016 roku ESO podpisało umowę z Breakthrough Initiatives na dostosowanie instrumentarium VLT do prowadzenia poszukiwań planet w układzie Alfa Centauri. Planety takie mogłyby stać się celem ewentualnego wystrzelenia miniaturowych sond kosmicznych przez Breakthrough Starshot Initiative. Credit: ESO

Dużo łatwiej jest dostrzec planety giganty niż planety wielkości Ziemi. Bez względu na to, jaka metoda detekcji zostanie zastosowana, większe planety są po prostu większą igłą w kosmicznym stogu siana. Jednak ogólnie rzecz biorąc, astronomowie są bardzo zainteresowani planetami, które są podobne do Ziemi. Ich odnalezienie jest jednak o wiele trudniejsze.

Myśleliśmy, że będziemy musieli poczekać na ultra potężne teleskopy, które są obecnie budowane, zanim będziemy mogli bezpośrednio oglądać egzoplanety. Obiekty takie jak Wielki Teleskop Magellana i Europejski Ekstremalnie Wielki Teleskop wniosą ogromną moc obserwacyjną do zadania obrazowania egzoplanet. Jednak zespół naukowców opracował nową technikę, która może sprostać temu zadaniu. Twierdzą oni, że udało im się namierzyć planetę o rozmiarach zbliżonych do Neptuna lub superziemi, orbitującą wokół jednego z naszych najbliższych sąsiadów, Alfa Centauri A.

Zespół przedstawił swoje obserwacje w artykule w Nature Communications zatytułowanym "Imaging low-mass planets within the habitable zone of α Centauri."
Głównym autorem jest Kevin Wagner, astronom i Sagan Fellow z University of Arizona.

"Te wyniki pokazują możliwość obrazowania skalistych egzoplanet strefy zamieszkiwalnej za pomocą obecnych i nadchodzących teleskopów".

Podczas gdy astronomowie znajdowali już wcześniej egzoplanety o niskiej masie, nigdy nie wykryli ich światła. Obserwowali, jak planety ujawniały się, ciągnąc za sobą swoje gwiazdy. Obserwowali również, jak światło gwiazd, które goszczą te planety, słabnie, gdy planeta przechodzi przed gwiazdą. Ale nigdy nie udało się namierzyć żadnej z nich bezpośrednio. Być może aż do teraz.

Nowa metoda detekcji sprowadza się do podczerwieni. Jednym z wyzwań związanych z obrazowaniem egzoplanet wielkości Ziemi w podczerwieni jest dostrzeżenie światła pochodzącego od egzoplanety, gdy to światło jest wyparte przez całe podczerwone promieniowanie tła gwiazdy. Astronomowie mogą poszukiwać egzoplanet w zakresie fal, w których tło podczerwone jest osłabione, ale w tych samych długościach fal, umiarkowane planety podobne do Ziemi są słabe.

Jedną z metod jest poszukiwanie w bliskiej podczerwieni (NIR) części widma. W NIR termiczna poświata planety nie jest tak wyparta przez gwiazdę. Jednak światło gwiazdy jest nadal oślepiające i miliony razy jaśniejsze od planety. Tak więc patrzenie tylko w NIR nie jest całkowitym rozwiązaniem.
Rozwiązaniem może być instrument NEAR (New Earths in the AlphaCen Region) używany w tych badaniach. NEAR jest zamontowany na Bardzo Dużym Teleskopie (VLT) ESO (European Southern Observatory's) w Chile. Współpracuje on z instrumentem VISIR, również znajdującym się na VLT. Grupa stojąca za NEAR to Breakthrough Watch, część Breakthrough Initiatives Jurija Milnera.

Instrument NEAR nie tylko prowadzi obserwacje w pożądanej części widma podczerwonego, ale także wykorzystuje koronograf.
Grupa Breakthrough uznała, że instrument NEAR zastosowany na 8-metrowym teleskopie naziemnym pozwoli na lepsze obserwacje układu Alfa Centauri i jego planet. Zbudowali więc ten instrument we współpracy z ESO i zainstalowali go na Bardzo Dużym Teleskopie.

Nowe odkrycie powstało w wyniku 100 godzin skumulowanych obserwacji z NEAR i VLT. "Wyniki te," piszą autorzy, "pokazują możliwość obrazowania skalistych egzoplanet w ekosferze za pomocą obecnych i nadchodzących teleskopów".
100-godzinne uruchomienie miało na celu zademonstrowanie mocy instrumentu. Zespół twierdzi, że na podstawie około 80% najlepszych obrazów z tego okresu, instrument NEAR jest o rząd wielkości lepszy niż inne metody obserwacji "...ciepłych planet o rozmiarach poniżej Neptuna w dużej części strefy zamieszkiwalnej Centauri A."
Możliwe, że znaleźli też planetę. "Omawiamy również możliwą detekcję egzoplanety lub dysku egzozodiakalnego wokół Centauri A," piszą. "Nie można jednak wykluczyć instrumentalnego artefaktu nieznanego pochodzenia".

To nie pierwszy raz, kiedy astronomowie znaleźli egzoplanety w układzie Alfa Centauri. W układzie tym znajduje się kilka potwierdzonych planet, są też inni kandydaci. Jednak żadna z nich nie została bezpośrednio zobrazowana tak jak ta nowa potencjalna planeta, która nosi nazwę C1 i jest pierwszą potencjalną detekcją wokół M-karła w tym układzie, Proximy Centauri.
Dalsze obserwacje będą musiały potwierdzić lub anulować odkrycie. Badacze mówią, że istnieje możliwość, że sygnał może być artefaktem instrumentu.

Ekscytująca jest myśl, że egzoplaneta klasy ciepły-Neptun może krążyć wokół gwiazdy podobnej do Słońca w naszym najbliższym sąsiednim układzie gwiezdnym. Jednym z celów Breakthrough Initiatives jest wysłanie sond kosmicznych typu lightsail do układu Alfa Centauri i umożliwienie nam bliższego przyjrzenia się temu zjawisku.
Ale ta perspektywa jest na razie poza zasięgiem. W pewnym sensie odkrycie to nie dotyczy samej planety, ale technologii opracowanej do jej wykrycia.

Znaczna większość odkrytych egzoplanet to gigantyczne planety o masie podobnej do Jowisza, Saturna i Neptuna. Są one najłatwiejsze do znalezienia. Jednak jako ludzie z Ziemi jesteśmy przede wszystkim zainteresowani planetami podobnymi do naszej własnej. Podobne do Ziemi planety w ekosferze gwiazdy ekscytują nas perspektywami życia na innej planecie.
Ale mogą nam one również wiele powiedzieć o naszym Układzie Słonecznym oraz o tym, jak ogólnie kształtują się i ewoluują układy słoneczne.

Jeśli C1 okaże się planetą, to grupa Breakthrough odniosła sukces w bardzo ważnym przedsięwzięciu. Są pierwszymi, którzy wykryli planetę podobną do Ziemi poprzez bezpośrednie obrazowanie. Co więcej, dokonali tego za pomocą 8-metrowego teleskopu naziemnego i instrumentu specjalnie zaprojektowanego i opracowanego do wykrywania tego typu planet w układzie Alfa Centauri.
Autorzy są pewni, że NEAR poradzi sobie dobrze, nawet w porównaniu do znacznie większych teleskopów. W zakończeniu pracy znajduje się opis ogólnej czułości instrumentu. Następnie piszą, że "Byłoby to w zasadzie wystarczające do wykrycia analogicznej do Ziemi planety wokół Centauri A (~20 µJy) w ciągu zaledwie kilku godzin, co jest zgodne z oczekiwaniami dla ELT."

Oczywiście E-ELT będzie potężnym teleskopem, który niewątpliwie będzie napędzał odkrycia naukowe przez długi czas, nie tylko w obrazowaniu egzoplanet, ale na wiele innych sposobów. Również inne gigantyczne teleskopy naziemne zmienią sposób obrazowania egzoplanet. To, co dla NEARa było godzinami, dla E-ELTa, Teleskopu Trzydziestu Metrów czy Teleskopu Gigantycznego Magellana może trwać zaledwie kilka minut.
NEAR nie może konkurować z tymi teleskopami i nigdy nie był do tego przeznaczony.

Jeśli jednak wyniki te zostaną potwierdzone, to NEAR osiągnął sukces tam, gdzie nie udało się to nikomu innemu, i to za ułamek ceny nowego teleskopu. Tak czy inaczej, to czego dokonał NEAR prawdopodobnie reprezentuje przyszłość badań egzoplanet. Zamiast szerokich przeglądów takich jak Kepler i TESS, naukowcy będą mogli wkrótce skupić się na pojedynczych planetach.

 fot. ELT powinien ujrzeć pierwsze światło w 2024 roku. Ilustracja pokazuje skalę teleskopu, a także jego segmentowe zwierciadło główne o średnicy 39,3 metra. ESO 

 

Źródło: universetoday.com

czytaj

Grupa astronomów opowiada się za montażem i umieszczeniem teleskopów na Księżycu

 

Przez dziesięciolecia, jeszcze przed powstaniem kultowego teleskopu Hubble'a, astronomowie wystrzeliwali statki kosmiczne na orbitę w nadziei na uniknięcie efektów atmosferycznych, które zamazują obrazy robione przez ziemskie teleskopy. Jednak aby uchwycić wyraźne sygnały niektórych obiektów kosmicznych, nawet te orbity nie są wystarczająco wysokie.

Grupa astronomów opowiada się za montażem i umieszczeniem teleskopów na Księżycu. W serii nowo opublikowanych prac dowodzą oni, że nasz księżycowy sąsiad, szczególnie jego niewidoczna strona, jest doskonałym miejscem dla teleskopów w zakresie radiowym i podczerwonym. Te teleskopy mogłyby odkryć i zbadać potencjalnie przyjazne życiu planety poza naszym Układem Słonecznym i zbadać mało zrozumiałe "wieki ciemne" młodego wszechświata, około miliona lat po Wielkim Wybuchu, kiedy to uformowały się pierwsze gwiazdy.

"To jest czas, aby zacząć dyskutować o projektach na Księżycu. Na całym świecie kładzie się ogromny nacisk na powrót na Księżyc, a my chcieliśmy się upewnić, że nauka zostanie potraktowana priorytetowo" - powiedział Joseph Silk, astrofizyk z Uniwersytetu w Oxfordzie, autor wielu artykułów z tej serii.

Astronomowie zbudowali już na Ziemi czułe teleskopy radiowe, takie jak LOFAR (Low-Frequency Array) w Europie, ale mają one pewne ograniczenia. Górna atmosfera Ziemi blokuje sygnały radiowe krótsze niż 10 megaherców, co ogranicza to, co teleskopy mogą zobaczyć, powiedział Jack Burns, astronom z Uniwersytetu Kolorado i dyrektor Network for Exploration and Space Science. Co więcej, zakłócenia sygnałów radiowych używanych przez ludzi do komunikacji - w tym telefonów komórkowych, Wi-Fi i satelitów - mogą w coraz większym stopniu zagłuszać sygnały z kosmosu, w miarę jak technologie te stają się coraz bardziej powszechne. Teleskopy kosmiczne mogą zapewnić znaczną poprawę, ale nawet gdy orbitują setki mil od nas, nie mogą uciec od tego wszystkiego. "odległa strona Księżyca jest jedynym miejscem w wewnętrznym Układzie Słonecznym, które jest naprawdę ciche radiowo," powiedział Burns.
"Spędziłem dwa lata mojego doktoratu na opracowywaniu technik pozbywania się zakłóceń [radiowych]," powiedział Jake Turner, astronom z Uniwersytetu Cornell, który pracuje z LOFAR i innymi teleskopami na ziemi. Turner i jego koledzy używają radioastronomii, aby spróbować wykryć sygnały radiowe, które emitują niektóre planety z polami magnetycznymi.

Tylko niektóre planety mają pola magnetyczne, Turner powiedział, w zależności od wewnętrznej struktury planety, a ich obecność lub brak może być głównym czynnikiem decydującym o tym, czy życie może tam kwitnąć. Wiele z odkrytych do tej pory planet spoza naszego Układu Słonecznego ściśle orbituje wokół czerwonych gwiazd karłowatych, które często wyrzucają ogromne plamy naładowanych cząstek, które mogłyby zniszczyć ochronną atmosferę planety i zaszkodzić formom życia na powierzchni. Pole magnetyczne pomogłoby odbijać takie burze gwiazdowe i chronić atmosferę planety przed zniszczeniem.

Turner odkrył, jak wykrywać pola magnetyczne stosunkowo dużych planet, ale te z mniejszych światów, wielkości Ziemi, które mogłyby być przyjazne dla życia, niestety emitują fale radiowe zbyt słabe o częstotliwościach zbyt krótkich, aby można je było dostrzec przez zakłócenia w naszej atmosferze. Teleskop umieszczony na niewidocznej stronie Księżyca wykorzystałby zalety samego Księżyca, który osłoniłby teleskop przed prawie wszystkimi zakłóceniami radiowymi z Ziemi.
Taki pomysł stoi za proponowaną misją o nazwie FARSIDE (Farside Array for Radio Science Investigations of the Dark ages and Exoplanets), którą kieruje Burns. Plan zakłada, że robotyczny łazik księżycowy ustawi szereg anten, które będą mogły skanować całe niebo w zakresie niskich częstotliwości radiowych. Jego główne cele obejmowałyby identyfikację planet przyjaznych życiu poprzez ich pola magnetyczne, jak również monitorowanie cząstek energetycznych uwalnianych przez gwiazdy goszczące. Jeśli NASA przystąpi do realizacji projektu, budowa teleskopu mogłaby się rozpocząć już pod koniec 2020 roku i wkrótce potem zostałby on umieszczony na orbicie.

FARSIDE byłby mały i nieskomplikowany, nie tak jak gigantyczne, półkilometrowej szerokości anteny, które astronomowie zbudowali na Ziemi. Silk i jego koledzy sugerują jednak, że w przyszłości astronauci mogliby złożyć na Księżycu duży teleskop na podczerwień. Teleskopy na podczerwień muszą być odpowiednio schłodzone, aby ich własne ciepło nie przeszkadzało w pracy, a to można osiągnąć poprzez umieszczenie go w stale zacienionym miejscu, np. w kraterze w pobliżu południowego bieguna Księżyca. Taki teleskop mógłby być używany do obserwacji słabych planet, a nawet do śledzenia pogody i pór roku.
Jeśli chodzi o budowę tak dużych teleskopów księżycowych, na instrumenty i konstrukcje na szczęście nie będzie miał wpływu wiatr, jak ma to miejsce na Ziemi, a mniejsza siła grawitacji na Księżycu również by pomogła, powiedział Silk.  

Nawet jeśli nie jesteśmy w stanie zobaczyć z Ziemi ciemnej strony Księżyca, astronomowie nie mają wątpliwości co do tego, jak ona wygląda: Należący do NASA Lunar Reconnaissance Orbiter oraz inne statki kosmiczne co jakiś czas sporządzają mapy terenu, dzięki czemu możliwe jest wyznaczenie najlepszych miejsc dla teleskopów. Kiedy astronomowie wybiorą już idealne miejsce do lądowania, będą mogli zastanowić się, jak przetransportować cały niezbędny sprzęt, który powinien zmieścić się w rakiecie. Robot lub astronauci musieliby zmontować teleskop, a gdy instrument będzie już działał, potrzebowałby satelity, który przesyłałby dane do naukowców na Ziemi.

Istnieją również inne wyzwania związane z tym, aby nasz księżycowy sąsiad stał się domem dla teleskopów.
"Na Księżycu znajduje się pył, więc jest to brudne środowisko i trzeba by to złagodzić. Występuje tam również pewna aktywność sejsmiczna, głównie z powodu uderzeń małych meteorów" - powiedział Marc Postman, astronom z Space Telescope Science Institute. Dodał, że są jednak korzyści z przebywania na Księżycu, a jeśli teleskop znajduje się w pobliżu bazy księżycowej, roboty lub astronauci mogą go w razie potrzeby naprawić lub unowocześnić.
Martin Elvis, astrofizyk z Harvardu, który napisał kolejny artykuł z tej serii, podnosi jeszcze jeden problem.
Księżyc może mieć powierzchnię Afryki, ale najlepsze obszary, które są atrakcyjne dla astronomów, astronautów i przyszłych górników - jak Szczyty Wiecznego Światła na biegunie południowym - są raczej małe. Chociaż miejsce to nie ma takiego znaczenia kulturowego jak Mauna Kea na Hawajach, może stać się równie zatłoczone. "Prędzej niż myślisz dojdzie do sporów" powiedział.

Astronomowie tacy jak Burns i jego zespół mają nadzieję, że uda im się pokonać niektóre z tych etycznych i logistycznych wyzwań dzięki współpracy i dzieleniu kosztów z programem Artemis NASA, który planuje misje mające na celu sprowadzenie na Księżyc lądowników, łazików, a w końcu ludzi. Pół wieku po tym, jak astronauci po raz pierwszy odcisnęli swoje buty na Księżycu, nowe pokolenie mogłoby rozbić tam obóz, zabierając ze sobą swoje lunety.

Źródło: astronomy.com

czytaj