Spieczona powierzchnia Słońca
20 listopad 2009
Po przejrzeniu ostatnich wpisów ze skruchą zmuszony jestem przyznać, że na długi czas zadomowiłem się w bezkresnych przestrzeniach Wszechświata, z upodobaniem egzaltując się odległościami rzędu milionów i miliardów lat świetlnych od Ziemi, zaniedbując przy tym nasze najbliższe kosmiczne otoczenie, z pewnością warte zainteresowania – mam rzecz jasna na myśli nasz przytulny Układ Słoneczny. Chcąc naprawić to niedopatrzenie chciałbym tym razem przedstawić garść informacji o aktualnych badaniach naszej życiodajnej gwiazdy – Słońca.
Choć o gwiazdach jako takich wiemy już sporo, niewspółmiernie więcej niż kilkadziesiąt nawet lat temu, to ciągle istnieją niemałe wcale luki w tej wiedzy – mechanizmy pozwalające funkcjonować tym fascynującym obiektom przez niewyobrażalne miliardy lat nie są przez nas w pełni zrozumiane. Wiele projektów badawczych ma na celu poprawę tego niewygodnego stanu – jednym z takich projektów jest niewątpliwie projekt pod nazwą SUNRISE (czyli „wschód Słońca”), wspólne dzieło badaczy z Niemiec, w szczególności naukowców z Max-Planck-Institut fürs Sonnensystemforschung (Kaltenburg-Lindau), Hiszpanii oraz USA.
SUNRISE to w rzeczywistości teleskop zawieszony na… ogromnym balonie, milionie metrów sześciennych helu o średnicy 130 metrów zamkniętych w odpowiedniej powłoce. Warto tutaj wspomnieć, że teleskop ten jest jednocześnie największym instrumentem badawczym przeznaczonym do badania Słońca, jaki kiedykolwiek oderwał się od Ziemi – waga startowa całego sprzętu przekraczała 6 ton. Teleskop uniósł się w przestworza 8 czerwca 2009 roku z bazy o nazwie ESRANGE, będącej w posiadaniu Europejskiej Agencji Kosmicznej i znajdującej się w północnej Szwecji, sięgając niebagatelnej wysokości 37 km, czyli „zanurzając się” w stratosferze.
W tej warstwie ziemskiej atmosfery warunki zbliżone są do tych panujących w przestrzeni kosmicznej, można więc uzyskać doskonałej jakości zdjęcia Słońca niezakłócone kłopotliwymi turbulencjami atmosfery, można również swobodnie prowadzić obserwacje w zakresie ultrafioletowym, który na powierzchni planety jest po prostu niedostępny dla obserwacji – skądinąd pożyteczna bardzo warstwa ozonowa połyka promieniowanie z tego zakresu widma.
Ponieważ balon to jednak nie to samo co satelita unoszący się w przestrzeni kosmicznej, misja trwała pozornie bardzo krótko – już po sześciu bowiem dniach została planowo, jak mniemam, zakończona, kiedy to całe instrumentarium wylądowało bezpiecznie posiłkując się spadochronem na Somerset Island, wielkiej wyspie kanadyjskiego terytorium Nunavut w Arktyce. Niezwykle krótki na pierwszy rzut oka czas działania teleskopu może jednak srodze mylić – w ciągu tych kilku dni bowiem teleskop zebrał ok. 1,8 terabajta danych obserwacyjnych i ich weryfikacja ciągle trwa w najlepsze. Już jednak pierwsze wyniki zdają się wiele obiecywać – szczególnie interesujący okazał się ścisły związek łączący intensywność pola magnetycznego z jasnością najmniejszych rozpoznawalnych struktur na obserwowalnej powierzchni Słońca.
Warto w tym miejscu przypomnieć, że Słońce przy dokładniejszym się mu przyjrzeniu nie do końca przypomina uśmiechnięte słoneczka malowane przez każdego z nas w dzieciństwie – nie mamy do czynienia z niemal jednolitą kulą gazu, oślepiająco jasną. To, co naprawdę dzieje się na (i wewnątrz) Słońcu, przypomina raczej wrzącą, gęstą zupę przyprawianą ogniami piekielnymi – powierzchnia Słońca jest wyraźnym tego dowodem, można wręcz powiedzieć, że mamy do czynienia z „gotowaniem” się Słońca.
Jedną z cech charakterystycznych powierzchni Słońca jest jej „granulacja”, inaczej mówiąc wyraźnie widoczne są pojedyncze, maleńkie struktury, które są w zasadzie „pakietami” gorącego gazu, bez ustanku unoszące się i opadające, wszystko to napędzane jest natomiast niezwykle skomplikowanymi układami pola magnetycznego. Dysponujemy co prawda na Ziemi coraz wydajniejszymi komputerami, o których jeszcze kilkadziesiąt lat temu nikomu się nawet nie śniło, kompleksowość zjawisk na powierzchni Słońca jest jednak tak wielka, że nawet najlepsze symulacje borykają się wieloma problemami i nie ma jak to zwykle w takiej sytuacji bywa nic lepszego, niż solidne potwierdzenie ich wyników w ramach obserwacji. I tutaj właśnie misja SUNRISE może oddać naukowcom nieocenione usługi.
Instrumenty obserwacyjne SUNRISE z niespotykaną dotąd rozdzielczością ukazały niezwykle kompleksowe oddziaływania na powierzchni Słońca; wspomniany wcześniej związek pomiędzy siłą pola magnetycznego a jasnością pojedynczych „cegiełek” jest w końcu i dla nas wszystkich o tyle ważny, że natężenie pola zmienia się w ramach cykli słonecznych, tym samym wyraźny staje się związek pomiędzy natężeniem pól, jasnością „ziaren” a ilością ciepła, docierającego do naszej planety. Szczególnie wyraźne wahanie to jest w zakresie ultrafioletowym, warto dodać, że w zakresie, którym zajmował się SUNRISE (od 200 do 400 nanometrów), obserwacje takie nie były dotąd wcale prowadzone. Instrumenty obserwacyjne dzięki swej wyśmienitej jakości pozwoliły na odwzorowanie maleńkich struktur z dużym kontrastem – wystarczy powiedzieć, że najmniejsze rozpoznawalne struktury na zdjęciu powyżej mają wielkość kątową porównywalną z wielkością monety oglądanej z odległości 100 km. Ponieważ obserwacje prowadzone były przez dwa bardzo czułe instrumenty jednocześnie – jeden z nich, pod nazwą SUFI, rejestrował „ziarenka” w ultrafiolecie, drugi, IMaX, rejestrował rozkład pola magnetycznego oraz prędkość przepływu gorącego gazu w tych strukturach – naukowcy uzyskali tym samym dostęp do ogromnej ilości danych, na podstawie których z pewnością dokonane zostaną kolejne postępy w procesie zrozumienia kompleksowych procesów generujących – nie zapominajmy mimo wszystko o tym – życiodajną energię dla naszej maleńkiej planety.
Artykuł o misji SUNRISE (zdjęcia ze startu) w j. angielskim
Źródła:
Link 1
Link 2
Link 3
Link 4
Link 5
Link 6
Zdjęcie: Sfotografowana przez teleskop SUNRISE powierzchnia Słońca w czterech różnych długościach fali w “bliskim” ultrafiolecie
Źródło zdjęcia
Credit: MPG/MPS
Czerwona Planeta na sucho
1 październik 2009
Zakładając nierealistycznie, że niewyobrażalne lenistwo autora tych słów dopuściłoby do przedstawienia na tej stronie ankiety (czegoś, co pamiętają już tylko najwytrwalsi bywalcy jeszcze z zamierzchłych czasów, kiedy blog wegetował na nieszczęsnej platformie Bloggera), której pytanie brzmiałoby : z jaką charakterystyczną cechą kojarzy Ci się sąsiad Ziemi w Układzie Słonecznym, planeta Mars, z pewnością nie ryzykowałbym wiele, stawiając cały swój mikry majątek na znaczącą przewagę odpowiedzi “czerwonawa barwa”. Nie przypadkiem też Mars, który w końcu zresztą swą nazwę własną pochodzącą od rzymskiego boga wojny uzyskał w efekcie wizualnej percepcji planety, ma nieoficjalną etykietkę “Czerwona planeta”; przyglądając się planecie przez teleskop nietrudno zauważyć, że dominującą barwą powierzchni Marsa jest odcień rdzawo-czerwony.
O ile świadomi jesteśmy tego, skąd barwa ta się w ogóle bierze – powierzchnia planety pokryta jest różnej maści tlenkami żelaza, które nadają jej charakterystyczny przybrudzony odcień – to co do pierwotnych tego przyczyn zdania są mimo wszystko podzielone. Dość szeroko co prawda akceptowana jest hipoteza, która wiąże barwę Marsa z dawną obecnością płynnej wody na planecie, która miliardy lat temu swobodnie płynęła na planecie i całkiem zwyczajnie sprawiła, że Mars “zardzewiał”, jednak nie jest to jak się okazuje jedyne możliwe rozwiązanie.
Inspiracją do poszukiwań innych alternatyw stały się swego czasu się wyniki badań powierzchni planety, które zawdzięczamy wylądowaniu na niej w 2004 roku dwóch łazików: “Opportunity” oraz “Spirit”, wydelegowanych na pobliską planetę w ramach amerykańskiej misji “Mars Exploration Rover”. Sporym zaskoczeniem dla badaczy było wówczas odkrycie na powierzchni planety minerałów, które – zgodnie z naszą obecnym stanem wiedzy – musiałyby ulec zniszczeniu przez kontakt z wodą, mamy więc pewną sprzeczność pomiędzy najpopularniejszą teorią a zebranymi danymi empirycznymi. Jak to często bywa sprzeczności takie zazwyczaj motywują naukowców do wytężonych wysiłków w celu ich eliminacji.
Jonathan Merrison oraz jego koledzy z Aarhus Mars Simulation Laboratory w Danii postanowili podjąć się ciekawego, pozornie banalnego eksperymentu – zamknęli szczelnie w szklanych kolbach próbki zwykłego piasku kwarcowego i przy pomocy odpowiedniej maszynerii (bo ręczne wykonywanie tej czynności mogłoby być cokolwiek nużące i męczące) przez siedem miesięcy obracali owe kolby z piaskiem to w górę to w dół (tak przynajmniej rozumiem angielski zwrot “to tumble”, który ma jak na moją słabą znajomość języka zbyt wiele równoprawnych znaczeń). Spokojnie przesypujący się piasek, jak sugerują naukowcy, zachowywał się podobnie, jak analogiczny materiał na powierzchni Marsa, muskany leniwymi i delikatnymi wiatrami owiewającymi planetę. Naukowcy zauważyli po owych długachnych miesiącach, że takie smętne przesypywanie materiału wystarczało do tego, by spowodować postępującą erozję piasku, redukującą ok. 10% całości do bardzo drobnych cząstek pyłu. Swoją drogą, dodam tutaj, mam nadzieję, że w międzyczasie zajmowali się czymś innym poza przyglądaniem się kolbom…
Co ta mało frapująca zapewne zabawa – nie zapominajmy, że opłacana przez podatników, a jakże – ma jednak wspólnego z wspomnianą wcześniej barwą Marsa? Otóż po siedmiu miesiącach duńscy badacze dodali do częściowo rozdrobnionego piasku sproszkowany magnetyt, rudę żelaza na Ziemi bardzo pospolitą i szeroko rozpowszechnioną, obecną również w dużych ilościach na Marsie. Obracanie butelek stoicko kontynuowano dalej i z czasem okrągłym jak spodki oczom naukowcom ukazał się niezwykle fascynujący widok – mieszkanka piasku i hematytu zaczęła stawać się coraz bardziej czerwona.
Jeśli ktoś nabrał w tej chwili ponurych podejrzeń, że sobie z biednych naukowców prostacko żartuję, ma po części oczywiście rację – żarty te jednak są wynikiem raczej dobrego nastroju autora jako takiego niż specyfiki opisywanych badań. Co prawda mechanizm zabarwiania piasku może wydawać się trywialny, jednak pozory jak to zwykle bywa znów nas nieuków mylą – tak naprawdę nie jest to takie banalne, jak na pierwszy rzut (a nawet i drugi) mogłoby się zdawać. Wedle badaczy obracające się w butelce niezliczoną ilość razy ziarna piasku uderzając o siebie rozpadają się na kawałki, odsłaniając “gołe” powierzchnie, które w kontakcie z magnetytem “oddają” atom tlenu na jego rzecz, prowadząc do powstania kolejnego minerału, tym razem hematytu. Hematyt po sproszkowaniu ma intensywnie czerwony kolor, i co ciekawe, bardzo niewiele tego minerału potrzeba, by całość mieszanki zabarwić dość silnie na czerwono.
Wyniki doświadczeń skłoniły Merrisona i spółkę do zaproponowania alternatywnej “historii” poczerwienienia Marsa – o ile dotąd zakładano, że planeta ma swoją charakterystyczną barwę od miliardów lat (czyli od czasów, gdy prawdopodobnie po jej powierzchni płynęła ciekła woda), o tyle Merrison uważa, iż Mars niekonieczne musi być czerwony od tak dawna. Możliwe nawet, że “poczerwienienie” Marsa to kwestia milionów, a nie miliardów lat (proces obserwowany przez grupę badaczy zachodzi względnie szybko), trudno jednak tutaj dopatrzeć się zaprawdę powodów, dla których nie mogłoby do niego dojść wcześniej – brak argumentów naukowców odmawiających procesowi racji bytu miliardy lat temu i trochę niejasne jest, skąd biorą się takie założenia naukowców.
Idąc dalej płynna woda na Marsie przestaje być w takim wariancie przebiegu zdarzeń koniecznością, co nie ucieszy chyba wielu wielbicieli prehistorycznych oceanów pełnych fantazyjnych stworzeń na Czerwonej Planecie. Co prawda nie sposób udowodnić póki co, że wszystko przebiegało tak jak opisują to Merrison i koledzy, jednak pomysł wydaje się całkiem ciekawy i godny rozpatrzenia. Pozostaje jednak kilka co najmniej wątpliwych kwestii, o których duńscy badacze nie pisnęli ani słowa – weźmy choćby na pierwszy ogień atmosferę, w jakiej w ogóle doświadczenie realizowano: nie wiadomo nic o tym, czy piasek znajdował się w próżni czy też w mieszance gazowej zbliżonej zawartością do marsjańskiej, czy też w jeszcze innym środowisku. Trudno z tego względu ocenić, w jaki sposób atmosfera mogłaby wpłynąć na wyniki badań.
Niezależnie od wątpliwości związanych z badaniami trzeba jednak przyznać, że proponowane rozwiązanie jest godne rozpatrzenia. Trudno mi tylko ocenić w jaki sposób można by je zweryfikować.
Żródło:
Link 1
Prezenty innych gwiazd
23 lipiec 2009
Dzięki niezwykłemu rozwojowi technologii astronomowie nie mogą narzekać od lat na brak użytecznych narzędzi swej pracy – ograniczeni są co prawda względnie niewielką ilością najpotężniejszych z nich i wynikającymi z tego nagminnymi kłopotami z ich dostępnością, jednak w rzeczy samej – takimi możliwościami badawczymi jak dziś astronomia nie mogła pochwalić się nigdy wcześniej. Dzięki temu sprzyjającemu faktowi jesteśmy w stanie zaglądać coraz dalej i dalej w bezkresną pustkę Wszechświata, wyrywając – kawałeczek po kawałeczku – kolejne tajemnice z zazdrosnych objęć Kosmosu. Dziwne w tym kontekście może wydawać się jednak to, że mimo rosnącej stale wiedzy o najdalszych rubieżach Wszechświata ciągle stosunkowo niewiele wiemy o naszym najbliższym kosmicznym otoczeniu.
Początki naszego Układu Słonecznego, które datowane są ze sporym jak sądzę przybliżeniem na ok. 4,6 miliarda lat temu, potrafimy w miarę poprawnie zilustrować posługując się szeroko akceptowanymi obecnie hipotezami, trzeba jednak pamiętać o tym, że hipotezy te, wiodące dziś prym wśród gronie naukowców zajmujących się ewolucją układów planetarnych, równie dobrze mogą za jakiś czas zostać rzucone bezpardonowo na dno kosza historii. Problem, jak mi się wydaje, tkwi zasadniczo w jednym aspekcie tego procesu – jego bezładnej chaotyczności. Nie sposób w modelach teoretycznych, służących naukowcom do formułowania hipotez o powstaniu Układu Słonecznego (czy też jakiegokolwiek gwiazdowego w ogólności), ująć wszystkich przypadkowych czynników, mających niebagatelny wpływ na przyszłość całego układu, nie sposób w końcu przewidzieć ani tym bardziej odtworzyć z satysfakcjonującą dokładnością przebiegu wszystkich zdarzeń, które doprowadziły do uformowania się naszego Układu Słonecznego takim, jakim widzimy go dziś.
Wiele niewiadomych nie oznacza jednak zupełnego braku informacji – bez wnikania zbytnio w szczegóły zakładamy obecnie, że Układ Słoneczny powstał w pewnym rejonie ogromnego, wielkości kilku lat świetlnych zapewne, obłoku molekularnego (składającego się z z wodoru i helu z domieszką pyłu międzygwiezdnego), który na wskutek jakiegoś “zawirowania” (prawdopodobnie wybuchu supernowej w okolicy obłoku) stał się niestabilny i tym samym pojawiać zaczęły się w nim regiony o zróżnicowanej gęstości materii. Moment ten można uznać za moment wejścia na prawdziwą “drogę bez powrotu” – nieubłagane prawa fizyki sprawiły, że wszystko musiało potoczyć się dalej tak, jak się potoczyło – jedno z takich miejsc o większej gęstości zaczęło z rosnącą prędkością przyciągać okoliczny gaz, grubnąc i zwiększając swoją temperaturę.
Astronomowie mówią w przypadku tego obłoku o tzw. mgławicy przedsłonecznej, kolebce Układu Słonecznego. Z zasady zachowania momentu pędu wynika, że zapadający się grawitacyjnie obłok musi zacząć wirować, i to coraz szybciej. Po pewnym czasie ok. 98% masy tego obłoku zamieniło się w centralną protogwiazdę, dobrze nam skądinąd znane Słońce, drobniutka reszta natomiast musiała – w wyniku niezliczonych kolizji i zagęszczania materii – uformować w dysku protoplanetarnym znane nam planety, komety, asteroidy i całą resztę inwentarza. Tyle – w telegraficznym zaiste skrócie – mówi hipoteza o powstaniu Układu Słonecznego.
Jednym z założeń tej hipotezy jest to, że impulsem, prowadzącym bezpośrednio do prawdziwej lawiny zdarzeń kolejnych, był wybuch supernowej w okolicach obłoku. Nie jest to założenie wyssane z palca – w ostatnich latach dokonano wiele obserwacji wskazujących na to, że wybuch supernowej w pobliżu “wylęgarni” gwiazd może stanowić “kopniak”, inicjujący prawdziwy boom narodzin gwiazd. Fala uderzeniowa, towarzysząca wybuchowi supernowej, zaburza bowiem chmurę gazu i tym samym prowadzi do jego niestabilności. Potwierdzeniem wersji z supernową wydają się być również odkrycia, które zostały dokonane już w latach sześćdziesiątych minionego wieku – w najstarszych odkrytych meteorytach, których powstanie datuje się na początki Układu Słonecznego, z pewnym zaskoczeniem zarejestrowano obecność radioaktywnych izotopów pierwiastków, których – teoretycznie – być w nich nie powinno, a przynajmniej nie mogliśmy wtedy znaleźć odpowiedzi na pytanie, skąd byś się tam wziąć miały.
Całkiem rozsądnym wytłumaczeniem dla tej zagadkowej historii okazało się założenie, że radioaktywne izotopy przedostały się do meteorytów jako “podarek” od pobliskich supernowych. Na tym też poprzestano, warto jednak pamiętać, że cała sprawa może mieć tak naprawdę kolosalne znaczenie dla egzystencji nas samych – zakłada się bowiem, że owe izotopy, powiedzmy po milionie lat od momentu uformowania się Układu Słonecznego, zaczęły się rozpadać, generując przy tym wysokoenergetyczne protony, nagrzewając tym samym pierwsze skały, będące później składnikami planet skalistych. A ponieważ zakłada się również, że większość wody na Ziemi pierwotnie pochodzi właśnie z tych skał – radioaktywna ich zawartość może mieć spore znaczenie dla istnienia życia na Ziemi.
Przeciwko hipotezie o supernowej wypowiedział się ostatnio międzynarodowy zespół astronomów, w którego gronie znalazła się między innymi dr Maria Lugaro z Monash University w Australii. Opierając się na obserwacjach gwiazd za pomocą teleskopów oraz łączące wnioski z tych obserwacji z nowymi modelami teoretycznymi, które na superkomputerach pozwalają nam poznawać tajniki ewolucji gwiazd, zespół odrzuca założenie o supernowej i zamiast tego postuluje, że obserwacje do spółki z modelami wskazują raczej na gwiazdę o masie ok. 6 mas Słońca, która umierając względnie spokojnie swymi wiatrami gwiazdowymi “nadmuchała” sporo radioaktywnych izotopów do mgławicy przedsłonecznej.
Z pewnością takie podejście mogłoby zmienić nasze rozumienie prapoczątków Układu Słonecznego – zespół naukowców planuje pracować nad zagadnieniem dalej i sprawdzić, czy obecność izotopów radioaktywnych w początkach innych układów planetarnych jest regułą, czy też wprost przeciwnie. Takie obserwacje mogą wspomóc badaczy, którzy badają obce układy planetarne – dzięki rozpracowaniu zagadnienia moglibyśmy zdobyć informacje o tym, jakie jest prawdopodobieństwo obecności wody na odległych, skalistych planetach w naszej Galaktyce.




