Mokslas ir IT

2021.03.07 21:16

Gyvybės paieškos Visatos kampeliuose – ką mokslininkams pavyko sužinoti?

Rolandas Maskoliūnas, LRT Televizijos laida „Smalsumo genas“2021.03.07 21:16

Pandemija pastaruoju metu kiek užgožė esminį, netgi filosofinį žmones kankinantį klausimą – ar gyvybė egzistuoja ir kitose galaktikose, planetose, o gal net Marse ar mūsų Saulės sistemos palydovuose? Todėl astronomai mėgina kosmoso platybėse surasti į Žemę panašių egzoplanetų. Ir jiems sekasi vis geriau. 

Nuo 1992 metų astronomai jau atrado beveik 4 tūkst. planetų, skriejančių apie kitas saules. Dauguma jų skirstoma į dvi grupes. Mažesnės yra maždaug pusantro karto didesnės ir penkis kartus sunkesnės už Žemę. Didesnės yra maždaug pustrečio karto didesnės ir dešimt kartų sunkesnės. Tyrėjai mano, kad mažesnės turėtų būti uolėti pasauliai, o didesnės – dujinės nykštukės kaip Neptūnas (jų kietą branduolį supa dujų aureolė). Kai kurios iš jų gali būti tinkamos gyvybei egzistuoti. Trečioji grupė – tai dujinės milžinės.

„Praeitais metais Nobelio premija buvo skirta už egzoplanetos atradimą prie saulės tipo žvaigždės, kuri buvo atrasta 1995 m. Tendencijos yra tokios, kad kiekvieną dieną sužinome vis daugiau apie planetas prie kitų žvaigždžių“, – sako astrofizikė dr. Edita Stonkutė.

Smalsumo genas. Gyvybės paieškos egzoplanetose ir HABLO jubiliejus

Analizuodami palydovo „Kepler“ sukauptus duomenis apie egzoplanetų masę ir dydį, mokslininkai vis daugiau supranta apie jų vidinę sandarą. Atrodo, kad minėtos dujinės nykštukės turėtų būti labai vandeningos planetos – vanduo jose sudaro nuo 25 iki 50 proc. masės, kai tuo tarpu Žemėje – tik dvi šimtąsias procento. Manoma, kad net trečdalis visų žinomų egzoplanetų yra tokie vandenynų pasauliai, kurių gylis siekia šimtus kilometrų.

„Galėčiau pasakyti, kad atrastos planetos prie kitų žvaigždžių yra žymiai arčiau, negu mūsų saulės tipo planetos. Tarkim, jeigu planeta yra didelė, tai ji toliau nuo savo žvaigždės, nuo savo saulės. Bet atrastos planetos turi tokią tendenciją, kad jos yra dujų milžinės ir yra labai arti. Ir labai greitai skrieja apie savo žvaigždę“, – pasakoja E. Stonkutė.

Tokių dujinių milžinių, panašių į Jupiterį ar Saturną iš pradžių ir buvo atrandama daugiausia, kadangi jas užfiksuoti lengviausia. Bet astrobiologus labiausiai domina mažesnės – uolėtos ir vandenynų planetos. Gali kilti klausimas – kodėl tokių vandenynų planetų nėra mūsų sistemoje? Mokslininkai mano, jog superžemėms (ir subNeptūnams) susiformuoti sutrukdė anksti susiformavęs dujinis milžinas Jupiteris.

„Viena iš hipotezių teigia, kad susiformavo dujinės planetos, kurios vėliau pasitraukė toliau nuo Saulės ir tada iš likusios medžiagos susiformavo mažesnės, Žemės tipo planetos. Tai, kad šiuo metu astronomai mato daugiausia dujines planetas, nereiškia, kad Žemės tipo planetos nesusiformuos. Astronomai dar neturi instrumentų, kad atrastų daugiau Žemės tipo planetų“, – dėsto astrofizikė.

Planetos atrandamos keliais būdais. Kosminės observatorijos, tokios kaip „Kepler“ arba „TESS“, naudoja vadinamąjį tranzito metodą, kai planeta skrieja žvaigždės disku ir fiksuojamas tos žvaigždės intensyvumas. Pro jos diską praskriejus planetai, šviesumas sumažėja, kadangi planeta užstoja žvaigždę. Žinoma, šis sumažėjimas labai mažas. Tokiais teleskopais galima pamatyti daugiau negu iš Žemės, kadangi stebėjimams netrukdo Žemės atmosfera. Tačiau norint tiesiogiai stebėti Žemės dydžio planetas, reikia itin galingo teleskopo kosmose, kurio dar nėra.

„Dėl to nuspręsta paleisti kosminius teleskopus. Vienas iš tokių buvo „Kepler“ kosminis teleskopas, kuris tarnavo keletą metų ir stebėjo egzoplanetas šiuo metodu“, – teigia E. Stonkutė.

Per devynerius metus „Kepler“ atrado daugiau nei 2600 egzoplanetų. Dabar kosmose skrieja „TESS“ observatorija. Šis 2018 metais paleistas NASA kosminis teleskopas, skenuodamas apie 85 proc. dangaus, ieško egzoplanetų 400 kartų didesniame plote negu „Kepler“. Stebimos didesnės planetos, esančios arti savo saulių. Iki 2020 metų rugpjūčio „TESS“ surado 66 naujas egzoplanetas ir 2,1 tūkst. kandidačių.

„Kita europiečių misija „Plato“, kurią planuojama paleisti 2026 metais, stebės jau visokio dydžio planetas. Ne tik dujų milžines arti savo saulių, bet ir Žemės tipo planetas, kurios yra toliau. Misijų pagrindinis tikslas – surasti Žemės dvynes ir toliau jas tyrinėti“, – pasakoja mokslininkė.

Lietuvos astrofizikai irgi dalyvauja šioje intriguojančioje paieškoje. Jų veiklos baras kiek kitoks. Mat norint užfiksuoti egzoplanetą ir nustatyti jos savybes, prieš tai reikia daug ką sužinoti apie pačias žvaigždes, prie kurių tų planetų ieškoma.

„Molėtų astronomijos observatorijoje yra aukštos skiriamosios gebos spektrografas. Analizuojant žvaigždės šviesą, spektrą linijų paslinkimus, galima detaliai ištirti žvaigždę. O kosminės misijos tokios kaip „TESS“ arba „James Webb“ suteiks žinių, prie kurių žvaigždžių sukasi planetos“, – aiškina astrofizikė.

Projekto dalyviai atliks beveik tūkstančio ryškių žvaigždžių spektrinę analizę. Manoma, kad tarp jų beveik kiekviena gali turėti po vieną ar kelias planetas. Lietuvos specialistai tirs šiaurinio dangaus skliauto sektoriaus žvaigždes.

„Mes tame lauke išsirinkome pačias ryškiausias žvaigždes ir tiesiog jas stebime čia, Lietuvoje, Molėtų observatorijoje. Nustatinėjame joms parametrus: temperatūrą, laisvo kritimo pagreičio logaritmą, metalingumą ir tų žvaigdžių cheminę sudėtį. Kodėl tai svarbu? Nes žvaigždės su savo planetomis formuojasi tame pačiame ūke. Ir akivaizdu, jos dalinasi ta pačia ūko chemine sudėtimi. Pagal žvaigždės cheminę sudėtį galime spręsti, kokių planetų galim tikėtis aplink tą žvaigždę“, – tikina astrofizikė dr. Renata Minkevičiūtė.

Svarbiausi cheminiai elementai, kuriuos analizuoja astrofizikai, yra anglis, deguonis, magnis ir silicis. Pavyzdžiui, pagal anglies ir deguonies santykį galima spręsti, kokia bus planetos atmosfera. O pagal magnio ir silicio santykį prognozuojamas planetos būvis.

„Jeigu, pavyzdžiui, magnio ir silicio santykis yra mažas, tai greičiausiai turėsime dujines planetas. Jeigu tai yra 1 ir 2, tai galime tikėtis rasti uolingas planetas. Jeigu santykis yra daugiau negu 2, tai tuomet tikėtina, kad silicis jau bus visas sunaudotas ir turėsime planetą, sudarytą daugiau iš magnio uolienų, o ne silicio“, – dėsto R. Minkevičiūtė

Norint išvengti klaidų, būtina įvertinti ir pačios žvaigždės ryškio kitimus. Yra ne tik tolygiai švytinčios, bet ir kintamo ryškio žvaigždės. Taigi, žvaigždės ryškio kitimą gali lemti dvi priežastys: ją periodiškai užtemdo skriejančios planetos arba ji pati periodiškai pulsuoja.

Vienas įdomiausių Lietuvos astronomų atradimų – retai Visatoje sutinkamos, anglies praturtintos žvaigždės. Tikėtina, kad ir planetos apie tokią žvaigždę bus anglingos. Mūsų saulės sistemoje tokių unikalių planetų nėra. Bet prie žvaigždės, pavadintos 55-oji Cancri, rasta planeta E turi daug anglies. Ji taip paveikta aukšto slėgio ir temperatūros, kad didžioji planetos dalis matyt yra deimanto struktūros. Bet labiausiai ieškoma planetų, kuriose gali būti skysto vandens.

„Tvirtai pagrįsti, kad tikrai yra vandeningų pasaulių ir prie kitų žvaigždžių, sunku, bet ką mes galim daryti, tai stebėti tų planetų atmosferas. Jeigu randama vandens garų tų planetų atmosferose, tai tikėtina, kad galbūt yra skysto vandens“, – sako astrofizikė.

Ar gyvybei atsirasti visada būtinas vanduo? Jo yra net keliuose Saulės sistemos palydovuose ir planetose. Tiesa, kai kuriais atvejais tas vanduo arba ledas yra sunkiai įsivaizduojamos būsenos. Tarp tokių kandidatų pastaruoju metu minimi Jupiterio ir Saturno palydovai Enceladas, Europa ir Titanas. Pastarasis atvejis liudija, kad gyvybė galbūt gali egzistuoti ne vandens, o visai kitų cheminių elementų ir skysčių pagrindu.

„Žiūrint į Saulės sistemą, tai aš teigčiau, kad visų didžiųjų planetų, kurios yra už Marso, palydovuose yra kažkoks vandens pėdsakas. Tai toli nuo Saulės esančios planetos ir palydovai, dažniausiai padengti ledo sluoksniu, po kuriuo yra vandens. Tai nebūtinai toks pat gėlas vanduo kaip pas mus. Bet tai gali būti sūrūs vandenynai ar kažkas panašaus“, – kalba E. Stonkutė.

Manoma, kad Saturno ir Jupiterio palydovuose Encelade ir Europoje vandens yra daugiau negu Žemėje. Tačiau jo savybės skiriasi iš esmės. Koks jis gali būti, atrado Braitono lazerių energetikos laboratorijoje Niujorke tyrėjai.

„Šitai mokslininkų grupei pavyko sukurti naują fazinę vandens būseną. Vanduo buvo paveikiamas tiek jį slegiant, tiek sukuriant labai aukštą temperatūrą. Naudojant lazerius ir rentgeno spinduliuotės pluoštą pavyko ištirti, kad šitoks vanduo sudaro vadinamą vandens joninę būseną. Kuomet deguonies atomai sudaro kristalinę gardelę, o vandenilio atomai teka kaip skystis“, – aiškina astrofizikė.

Mokslininkai įtaria, kad ši vandens forma yra labiausiai paplitusi Visatoje. Įprasto ledo struktūra – vandens molekulių šešiakampė struktūra. Mokslininkai suskaičiavo 18 įvairių ledo kristalo architektūrų. Superjoninis ledas – 18-ta ledo forma. Jis tuo pačiu metu ir skystas, ir kietas.

„Manoma, kad ledo milžinės Uranas ir Neptūnas gali turėti savyje šitą superjoninį ledą. Taip pat manoma, kad tai turėtų būti būdinga ir kitoms planetų sistemoms, tokie milžinai kaip Neptūnas, uranas turėtų būti pakankamai paplitę ir kitų žvaigždžių sistemose“, – tikina R. Minkevičiūtė.

Naujausi duomenys liudija, kad netgi Plutone gali būti skysto vandens. Zondo „New Horizons“ prieš penkerius metus pradėti siųsti duomenys apie šią planetą jau pateikė keletą siurprizų. Ją yra išvagoję daug lūžių – galima įtarti, jog dėl po paviršiumi glūdinčio vandenyno.

Planetą juosiantis labai seniai atsiradęs plyšys yra tarsi randas, suformuotas vėstančio ir besiplečiančio vandenyno. Paviršiuje pastebėti raudonos spalvos ledo plotai gali reikšti organinių molekulių priemaišas.

Neseniai astrobiologai patvirtino, jog raudoname lede rasta amoniako. Bet ar įmanoma sumodeliuoti gyvybę be vandens, pavyzdžiui, Titane?

„Kiek man teko tuo domėtis, tai netgi labai aktyviai astrobiologai bando sukurti tokią ląstelę, kuri galėtų gyvuoti Titano sąlygomis. Kiek žinau, jiems pavyko sukurti tokią ląstelę. Aišku, jiatrodys kitaip negu esame pratę, bet tai tikrai įmanoma. Net ir Titano sąlygomis egzistuoti gyvybei“, – aiškina R. Minkevičiūtė.

„Cassini“ zondas patvirtino, kad Saturno palydove Titane yra skysto metano ir etano jūros. Ten lyja angliavandeniliais, kadangi temperatūra nukrenta iki minus 180 laipsnių. Bet po 80 km storio ledo sluoksniu tyvuliuoja vanduo. Kornelio universiteto mokslininkai netgi sumodeliavo naujo tipo, metanu pagrįstą gyvybės formą. Tokios ląstelės membrana pavadinta azotosoma. Ją sudarytų azoto, anglies ir vandenilio molekulės.

Titano atmosferoje aptiktas nuodingas junginys akrilonitrilas, galintis puikiai pakeisti žemiškas fosfolipidines ląstelių membranas. Patvirtinti arba paneigti šias hipotezes padės kItos kosminės misijos. Aišku viena – mūsų laukia dar daug kosminių siurprizų.