ΠΟΙΚΙΛΗΣ ΥΛΗΣ - ΕΠΙΣΤΗΜΗ

Διαστημικά τσουνάμι!

Καλλιτεχνική απεικόνιση ενός κβάζαρ και μερικών ασυνήθιστων χαρακτηριστικών στα αέρια που το περιβάλλουν. Οι ακτίνες-Χ από τον δίσκο που περιβάλλει αυτήν την υπερμεγέθη μαύρη τρύπα αλληλεπιδρούν με τα αέρια και δημιουργούν σχηματισμούς με μορφή τσουνάμι (γαλάζια «κύματα» πάνω από τον δίσκο) και έναν δρόμο δινών Κάρμαν (πορτοκαλί). Και τα δύο φαινόμενα έχουν διαστάσεις ετών φωτός

Στη Γη, σεισμοί και υποθαλάσσιες ηφαιστειακές εκρήξεις σε ορισμένες περιπτώσεις εκτοπίζουν απότομα τεράστιες ποσότητες νερού, δημιουργώντας τσουνάμι, κύματα που όταν πλησιάζουν στη στεριά μπορεί να φτάσουν σε ύψος αρκετών μέτρων, σαρώνοντας τελικά τα πάντα στα παράλια. Τώρα προσομοιώσεις που έκαναν αστροφυσικοί σε υπολογιστή, δείχνουν ότι στο βαθύ Διάστημα, δομές που μοιάζουν με τσουνάμι μπορεί να σχηματιστούν σε ασύγκριτα μεγαλύτερες κλίμακες, από τα αέρια που δραπετεύουν από τη βαρυτική έλξη μιας υπερμεγέθους μαύρης τρύπας, όπως αυτή που θεωρείται ότι υπάρχει στο κέντρο των περισσότερων γαλαξιών.

Οι νόμοι της Φυσικής που ισχύουν στη Γη, ισχύουν και παντού αλλού, στον χώρο έξω από τον ορίζοντα γεγονότων των μαύρων τρυπών. Οταν μια μαύρη τρύπα, με μάζα μεγαλύτερη από ένα εκατομμύριο φορές τη μάζα του Ηλιου, τροφοδοτηθεί με υλικό από τον δίσκο που την περιβάλλει στο κέντρο ενός γαλαξία, το όλο σύστημα αποκαλείται «ενεργός γαλαξιακός πυρήνας». Οι ενεργοί γαλαξιακοί πυρήνες μπορεί να έχουν σχετικιστικούς (που κινούνται με ταχύτητα κοντά στην ταχύτητα του φωτός) πίδακες υλικών στους πόλους τους και έναν πυκνό μανδύα υλικών που αποκρύπτει τη δραστηριότητα στο εσωτερικό τους. Αλλά το πλάσμα (ιονισμένη μορφή της ύλης) που περιφέρεται πάνω από τον δίσκο, αρκετά μακριά, ώστε να μην πέσει μέσα στη μαύρη τρύπα, λάμπει με εξαιρετικά έντονη ακτινοβολία-Χ.

Ισχυροί άνεμοι, που κατά ένα μέρος προκαλούνται από την πίεση αυτής της ακτινοβολίας στα υλικά γύρω από τη μαύρη τρύπα, δημιουργούν τη λεγόμενη «εκροή». Οι ερευνητές θέλουν να κατανοήσουν τις πολύπλοκες αλληλεπιδράσεις των αερίων και των ακτίνων-Χ και όχι μόνο κοντά στον ορίζοντα γεγονότων, εκεί που παράγονται οι ακτίνες-Χ. Η επίδραση των ακτίνων-Χ μπορεί να φτάσει σε απόσταση δεκάδων ετών φωτός από τη μαύρη τρύπα. Εκτός από την πρόκληση εκροών, η ακτινοβολία-Χ μπορεί να εξηγήσει την παρουσία διαφόρων πυκνότερων περιοχών, που ονομάζονται νέφη και είναι δέκα φορές πιο θερμά από την επιφάνεια του Ηλιου, ενώ κινούνται με την ταχύτητα του ηλιακού ανέμου.

Στρόβιλοι

Μια ομάδα ερευνητών του Εθνικού Εργαστηρίου Λος Αλαμος των ΗΠΑ έδειξε για πρώτη φορά, με τη βοήθεια των προσομοιώσεων που έκανε, πόσο πολύπλοκα μπορεί να είναι τα νέφη στις εκροές από τη μαύρη τρύπα. Οι προσομοιώσεις έδειξαν ότι ακριβώς στην περιοχή που η βαρυτική έλξη της υπερμεγέθους μαύρης τρύπας χαλαρώνει τον θανάσιμο εναγκαλισμό της γύρω ύλης, η σχετικά πιο κρύα ατμόσφαιρα του περιστρεφόμενου δίσκου της τρύπας μπορεί να σχηματίσει κύματα, όπως αυτά που σχηματίζονται στον ωκεανό. Αλληλεπιδρώντας με τους θερμούς ανέμους υλικού από το κέντρο, αυτά τα κύματα μπορεί να σχηματίσουν δομές σπειροειδών δινών, ύψους 10 ετών φωτός πάνω από τον δίσκο, δηλαδή περισσότερο από το διπλάσιο της απόστασης του Ηλιου από το κοντινότερο σε αυτόν άστρο. Οταν μπορέσουν να σχηματιστούν τα νέφη μορφής τσουνάμι, δεν μπορούν να τιθασευτούν πια από τη βαρύτητα της μαύρης τρύπας.

Οι προσομοιώσεις δείχνουν πως οι προερχόμενες από το πλάσμα ακτίνες-Χ κοντά στη μαύρη τρύπα αρχικά φουσκώνουν θύλακες θερμών αερίων μέσα στην ατμόσφαιρα του δίσκου συσσώρευσης, σε ικανή απόσταση από τον ενεργό γαλαξιακό πυρήνα. Το θερμό πλάσμα (εκατοντάδων χιλιάδων έως δεκάδων εκατομμυρίων βαθμών Κελσίου) ανεβαίνει σαν μπαλόνι, που φουσκώνει όλο και περισσότερο μέσα στα λιγότερο θερμά περιβάλλοντα αέρια. Αυτοί οι θερμοί θύλακες όταν φτάνουν στα άκρα του δίσκου συσσώρευσης προκαλούν μια διαταραχή που διαδίδεται προς τα έξω. Καθώς τα σωματίδια των αερίων σχηματίζουν μια γιγαντιαία δομή τύπου τσουνάμι, παρεμποδίζουν τον άνεμο του δίσκου συσσώρευσης, προκαλώντας ένα χαρακτηριστικό μοτίβο από σπειροειδείς δομές, γνωστό ως δρόμο δινών Κάρμαν. Οι δρόμοι δινών Κάρμαν είναι κοινό μετεωρολογικό φαινόμενο στη Γη, το οποίο οι μηχανικοί παίρνουν υπόψη, ειδικά στην κατασκευή γεφυρών.

Τα αποτελέσματα των νέων προσομοιώσεων έρχονται σε αντίθεση με την κρατούσα θεωρία ότι τα νέφη στην περιφέρεια ενός ενεργού γαλαξιακού πυρήνα σχηματίζονται αυθόρμητα από θερμά αέρια, εξαιτίας αστάθειας των ρευστών. Σε αντίθεση έρχονται και με την ιδέα ότι χρειάζονται μαγνητικά πεδία για την προώθηση ψυχρότερων αερίων από τον δίσκο μέσα στον άνεμο. Τώρα οι ερευνητές περιμένουν από τους αστρονόμους να χρησιμοποιήσουν τα τηλεσκόπια για να δουν σημάδια αυτής της δυναμικής που αποκάλυψαν οι προσομοιώσεις. Κανένα τροχιακό τηλεσκόπιο δεν μπορεί ακόμη να επιβεβαιώσει τα αποτελέσματα, αν και το Παρατηρητήριο Ακτίνων-Χ Τσάντρα, της NASA, και το XMM-Newton του ESA, έχουν ανιχνεύσει πλάσμα κοντά σε ενεργούς γαλαξιακούς πυρήνες με θερμοκρασίες και ταχύτητες που ταιριάζουν με τις προβλέψεις των προσομοιώσεων. Τρία νέα τηλεσκόπια, ένα αμερικανικό, ένα ιαπωνικό και ένα ευρωπαϊκό, που πρόκειται να τεθούν σε τροχιά το επόμενο διάστημα, ίσως συμβάλουν στη βαθύτερη κατανόηση των φαινομένων γύρω από τις υπερμεγέθεις μαύρες τρύπες.

Επιμέλεια:
Σταύρος ΞΕΝΙΚΟΥΔΑΚΗΣ
Πηγές: www.nasa.gov, www.cnsa.gov.cn

ΜΕΘΑΝΙΟ ΣΤΟΝ ΑΡΗ

Μια το βλέπεις, μια το χάνεις

Σέλφι του ρόβερ «Curiosity» από την κάμερα στην άκρη του βραχίονά του

Οι αναφορές για εντοπισμό μεθανίου στον Αρη προκάλεσαν μεγάλο ενδιαφέρον, καθώς στη Γη σημαντικό ποσοστό του παραγόμενου μεθανίου προέρχεται από τα μικρόβια, που βοηθούν τα ζώα να χωνέψουν φυτικές τροφές. Παρότι στον Αρη δεν υπάρχουν γελάδια, πρόβατα και κατσίκια, ο εντοπισμός μεθανίου θα μπορούσε να σημαίνει ότι μικρόβια κάποτε ζούσαν ή ίσως ακόμη ζουν μέσα στο έδαφός του. Βεβαίως το μεθάνιο μπορεί να προέρχεται αποκλειστικά από γεωλογικές διεργασίες, που σχετίζονται με την αλληλεπίδραση πετρωμάτων, νερού και θερμότητας.

Ομως πριν εντοπίσουν τις πηγές του μεθανίου, οι επιστήμονες πρέπει να απαντήσουν στο ερώτημα γιατί ορισμένα όργανα ανιχνεύουν το αέριο και άλλα όχι; Για παράδειγμα το ρόβερ «Curiosity» της NASA έχει επανειλημμένως ανιχνεύσει μεθάνιο ακριβώς πάνω από την επιφάνεια του κρατήρα Γκέιλ. Αλλά ο τεχνητός δορυφόρος του Αρη «ExoMars» του Ευρωπαϊκού Οργανισμού Διαστήματος (ESA), που βασικός του στόχος είναι ο εντοπισμός αερίων όπως το μεθάνιο, δεν το ανίχνευσε στα υψηλότερα στρώματα της αρειανής ατμόσφαιρας.

Οι επιστήμονες της NASA επανεξέτασαν ενδελεχώς τις μετρήσεις του TLS, του οργάνου ανίχνευσης αερίων του «Curiosity», χωρίς να βρουν κάποιο πρόβλημα. Μερικοί πρότειναν ότι μπορεί με κάποιον τρόπο το ίδιο το ρόβερ να εκλύει τα ίχνη μεθανίου που ανιχνεύει. Και πάλι η μελέτη κάθε τμήματος του ρόβερ, κάθε κίνησης, κάθε έρευνας πετρωμάτων που πραγματοποίησε δεν έδωσε εξήγηση.

Ο Καναδός πλανητικός επιστήμονας Τζον Μουρς έκανε τότε μια φαινομενικά αντιφατική εικασία - ερώτηση: Τι σημαίνει αν οι μετρήσεις και των δύο συσκευών είναι σωστές; Επειδή το TLS καταναλώνει πολλή Ενέργεια, πραγματοποιεί τις μετρήσεις του τη νύχτα, όταν δεν λειτουργούν άλλα ενεργοβόρα υποσυστήματα του «Curiosity». Η ατμόσφαιρα του Αρη είναι πιο ήρεμη τη νύχτα, έτσι το μεθάνιο που βγαίνει μέσα από το έδαφος συσσωρεύεται αρκετά, ώστε το ρόβερ να το ανιχνεύσει. Αντίθετα, ο Δορυφόρος Ανίχνευσης Αερίων «ExoMars» χρειάζεται το ηλιακό φως για να ανιχνεύσει το μεθάνιο σε ύψος 5 χιλιομέτρων πάνω από το έδαφος. Κατά τη διάρκεια της ημέρας ο αέρας κοντά στην επιφάνεια θερμαίνεται, ανεβαίνει και αναμειγνύεται με τα ανώτερα στρώματα, με αποτέλεσμα τα ίχνη μεθανίου να αραιώνονται τόσο, που να είναι μη ανιχνεύσιμα, ιδίως από ένα όργανο σε τροχιά.

Το κέντρο ελέγχου του «Curiosity» αποφάσισε να δοκιμάσει αν η θεωρία του Μουρς στέκει, δίνοντας εντολή στο ρόβερ να πραγματοποιήσει μετρήσεις κατά τη διάρκεια της μέρας. Πράγματι και το TLS έδειξε ότι κατά τη διάρκεια της μέρας τα επίπεδα μεθανίου σχεδόν μηδενίζονται. Αν και αυτή η μελέτη αποδεικνύει ότι υπάρχει διακύμανση των συγκεντρώσεων μεθανίου πάνω από τον κρατήρα Γκέιλ κατά τη διάρκεια του αρειανού ημερονυχτίου, παραμένει το ευρύτερο αίνιγμα του μεθανίου στον Αρη. Το μεθάνιο είναι σταθερό μόριο, που θα μπορούσε να αντέξει στην ατμόσφαιρα του Αρη επί 300 χρόνια, πριν διασπαστεί από την ηλιακή ακτινοβολία. Αν το μεθάνιο εκλύεται και από άλλους κρατήρες, καθώς ο Γκέιλ δεν έχει κάτι το μοναδικό από γεωλογικής πλευράς, αρκετό μεθάνιο θα έπρεπε να έχει συσσωρευτεί στην ατμόσφαιρα, ώστε να είναι ανιχνεύσιμο και από τον «ExoMars». Μόνη εξήγηση είναι ότι κάποια διεργασία καταστρέφει το μεθάνιο σε λιγότερα από 300 χρόνια. Ισως αυτό οφείλεται σε χαμηλού επιπέδου ηλεκτρικές εκκενώσεις ανάμεσα σε κόκκους σκόνης μέσα στην ατμόσφαιρα του Αρη, στην επαφή του μεθανίου με τα οξείδια που δίνουν το κόκκινο χρώμα στο αρειανό χώμα ή σε κάποια άλλη αιτία, που μένει να ανακαλυφθεί.

Το «Ζουρόνγκ» ποζάρει δίπλα στο σύστημα προσεδάφισης

Σέλφι και βίντεο του κινεζικού ρόβερ «Ζουρόνγκ» στον Αρη!

Μια πρωτιά κυρίως σε επικοινωνιακό επίπεδο έκρυβε η περασμένη βδομάδα, όσον αφορά την αποστολή «Τιανγουέν 1» της Κίνας στον Αρη. Το πρώτο κινεζικό ρόβερ - εργαστήριο του κόκκινου πλανήτη, το «Ζουρόνγκ», έστειλε στη Γη φωτογραφίες σέλφι και βίντεο του εαυτού του, με το εξάτροχο όχημα να κινείται εξερευνώντας την επιφάνεια του Αρη, να κάνει στροφή δίπλα στο σύστημα προσεδάφισης από το οποίο κατέβηκε με τη βοήθεια μιας ράμπας κ.ο.κ. Για να το πετύχει εναπόθεσε μια κάμερα στο έδαφος και μετά ...πόζαρε. Μέχρι τώρα είχαμε συνηθίσει στις σέλφι των αμερικανικών ρόβερ, που προκύπτουν από σύνθεση πολλαπλών φωτογραφιών από την κάμερα στην άκρη του βραχίονα που φέρουν, μέσω της οποίας εξαλείφεται η εικόνα του βραχίονα, με αποτέλεσμα να φαίνεται σαν κανονική σέλφι. Ομως η Κίνα επέλεξε τον πιο κλασικό τρόπο, χρησιμοποιώντας για πρώτη φορά κάμερα που δεν βρισκόταν πάνω στο ρόβερ και κλέβοντας τις εντυπώσεις με το αποτέλεσμα, όπως φαίνεται και από τη φωτογραφία. Στα δε βίντεο μπορεί κανείς να ακούσει τον κάπως στριγκό ήχο στην αραιή αρειανή ατμόσφαιρα, από τις ρόδες του «Ζουρόνγκ».