Aσυνήθιστο τρίτο δαχτυλίδι γύρω από τη Γη. Scientists explain the formation of unusual ring of radiation in space

Mοντέλο που δείχνει το τρίτο δαχτυλίδι (κόκκινο). Recent observations by NASA's Van Allen Probes mission showed an event in which three radiation zones were observed at extremely high energies, including an unusual medium narrow ring (red) that existed for approximately four weeks. The modeling results, displayed in this illustration, revealed that for particles at these high energies, different physical processes are responsible for the acceleration and loss of electrons in the radiation belts, which explains the formation of the unusual long-lived ring between the belts.  The discovery will help protect satellites form the harmful radiation in space, UCLA scientists report.  Image credit: Yuri Shprits, Adam Kellerman, Dmitri Subbotin/UCLA

Το 1958 οι επιστήμονες ανακάλυψαν γύρω από τη Γη τις ζώνες Βαν Άλεν, δυο περιοχές που περικλείουν το πλανήτη μας  και αποτελούνται από φορτισμένα σωματίδια παγιδευμένα από το μαγνητικό πεδίο της Γης. Τον περασμένο Φεβρουάριο όμως, επιστήμονες της NASA δημοσίευσαν στοιχεία για την ύπαρξη μιας τρίτης στενής ζώνης μεταξύ των δύο ζωνών που γνωρίζαμε.

Σε μία έρευνα που δημοσιεύεται στο περιοδικό Nature Physics, επιστήμονες του πανεπιστημίου UCLA υποστηρίζουν πως αιτία της ενδιάμεσης αυτής ζώνης είναι ηλεκτρόνια που κινούνται σε ταχύτητες πολύ κοντά σε αυτή του φωτός, προκαλώντας μια ποικιλία από φυσικά φαινόμενα.

Η κατανόηση της συμπεριφοράς των ζωνών ακτινοβολίας έχει μεγάλη σημασία για την επεξήγηση και τη πρόγνωση των «καιρικών συνθηκών» που επικρατούν γύρω από τον πλανήτη μας. Βίαια φαινόμενα μπορούν να προκαλέσουν σοβαρά προβλήματα στα δορυφορικά συστήματα και στις αντίστοιχες υπηρεσίες που εξαρτώνται από αυτά (GPS, κινητά τηλέφωνα κ.ά.)

Van Allen radiation belts. Credit: NASA

Η εσωτερική και η εξωτερική ζώνη Βαν Άλεν βρίσκονται σε απόσταση 1.000 έως 50.000  χιλιομέτρων πάνω από την επιφάνεια της Γης. Ειδικά σκάφη της NASA είχαν μεταδώσει νωρίτερα φέτος τις παρατηρήσεις τους από μία διαστημική καταιγίδα που έλαβε χώρα το Σεπτέμβριο του 2012. Τα σκάφη είχαν καταγράψει μια ζώνη ακτινοβολίας που παρέμεινε ενεργή για πολύ καιρό μετά το τέλος της καταιγίδας, πράγμα που σημαίνει πως επρόκειτο για πολύ υπερ-ενεργά σωματίδια.

Συγκεκριμένα οι επιστήμονες υπολογίζουν πως μεταξύ των δύο ζωνών υπάρχουν ηλεκτρόνια που κινούνται με ταχύτητες της τάξης του 99.9% της ταχύτητας του φωτός. Κλειδί στην κατανόηση της ενδιάμεσης ζώνης ήταν ο διαχωρισμός στο θεωρητικό μοντέλο αυτών των υπερ-σχετικών ηλεκτρονίων από τα υπόλοιπα που κινούνται με χαμηλότερες ταχύτητες.

Τα ενεργά σωματίδια χρειάζονται λίγες μέρες μέχρι να χάσουν την ενέργειά τους, σε συγκρούσεις με άλλα σωματίδια αλλά και εξαιτίας. Τα υπερ-σχετικά ηλεκτρόνια όμως μπορεί να χρειαστούν μέχρι και 100 ημέρες για να «ηρεμήσουν», εξηγώντας την παραμονή της ενδιάμεσης ζώνης για καιρό έπειτα από το τέλος της καταιγίδας.  

«Οι παρατηρήσεις από τα σκάφη Βαν Άλεν της NASA, άλλαξαν τον τρόπο που βλέπουμε τις ζώνες ακτινοβολίας» λέει ο Yuri Shprits, ένα από τους συγγραφείς της έρευνας. «Στο παρελθόν έχουμε κάνει εκτιμήσεις και πιστεύαμε πως ήταν δικαιολογημένες. Τώρα ξέρουμε πως θα πρέπει να κατανοήσουμε τις διαστημικές καταιγίδες με μεγαλύτερη λεπτομέρεια, και να φτιάξουμε ένα παγκόσμιο μοντέλο που θα μπορεί να αναπαράγει ό,τι συμβαίνει σε όλα τα επίπεδα».

By taking into consideration how the fastest particles in the radiation belts move, and how they behave differently from less energetic particles, researches have created simulations of the radiation belts that better match what is actually observed. Credit: Y. Shprits

Σύμφωνα με τις προηγούμενες μελέτες και προσομοιώσεις σε υπολογιστές, ο μόνος υπεύθυνος μηχανισμός που είναι γνωστός για την επιτάχυνση των σωματιδίων στις ζώνες Βαν Άλεν, δεν επαρκεί για να εξηγήσει τις ταχύτητες των υπερ-σχετικών ηλεκτρονίων. Παρόλα αυτά, εάν γίνει ο διαχωρισμός μεταξύ των δύο διαφορετικών ειδών σωματιδίων, τα υπολογιστικά μοντέλα αναπαράγουν εξαιρετικά τις μετρήσεις από τα διαστημικά τηλεσκόπια, και την ύπαρξη μιας ενδιάμεσης ζώνης ακτινοβολίας.

«Ανακαλύψαμε μόνο την κορφή του παγόβουνου» λέει ο Shprits. «Πρέπει να καταλάβουμε πως επιταχύνονται αυτά τα ηλεκτρόνια, από πού προέρχονται και πως επηρεάζεται η δυναμική των ζωνών από τις καταιγίδες».

Γιατί οι μπαλαρίνες δεν ζαλίζονται. Ballet dancers' brains adapt to stop them feeling dizzy

Edgar Degas, Deux danseuses en scène, 1877, Huile sur Toile, 62x46 cm, Londres, Courtauld Institute Galleries

Ο λόγος που οι έμπειροι χορευτές δεν ζαλίζονται από τις επαναλαμβανόμενες και γρήγορες περιστροφές είναι ότι έχουν μάθει να καταστέλλουν τα σήματα που στέλνουν τα όργανα της ισορροπίας στο έσω αφτί, δείχνει μια σχετικά μικρή αλλά πρωτότυπο μελέτη με μπαλαρίνες.

«Η ζάλη, η οποία είναι το αίσθημα ότι κινούμαστε ενώ στην πραγματικότητα είμαστε ακίνητοι, είναι ένα συχνό πρόβλημα» σχολιάζει ο Μπάρι Σίμουνγκαλ, επικεφαλής της μελέτης στο Imperial College του Λονδίνου.

«Οι χορευτές του μπαλέτου φαίνεται ότι μπορούν να εκπαιδεύουν τον εαυτό τους ώστε να μην ζαλίζονται, οπότε αναρωτηθήκαμε αν θα μπορούσαμε να αξιοποιήσουμε τις ίδιες αρχές προκειμένου να βοηθήσουμε τους ασθενείς μας» αναφέρει.

Το όργανο της ισορροπίας στον άνθρωπο είναι το αιθουσαίο σύστημα του έσω αφτιού (τμήμα του λαβυρίνθου) το οποίο αποτελείται από μια σειρά από κοιλότητες και κανάλια τα οποία φέρουν τριχίδια στα τοιχώματα και είναι γεμάτα υγρό.

Όταν κανείς περιστρέφεται απότομα το υγρό κινείται, κουνά τα τριχίδια και δημιουργεί έτσι την αίσθηση της κίνησης. Όταν κανείς σταματά να περιστρέφεται, το υγρό συνεχίζει να κινείται λόγω αδράνειας και δημιουργεί το αίσθημα ζάλης.

Τα νέα ευρήματα

Results of the WM analysis. (A) Whole-brain correlation analysis revealed significant WM regions, where FA positively correlates with perceptual TCs in both dancers and controls. (B) Significant WM regions in which FA positively correlates with perceptual TCs in controls and negatively correlates with TCs in dancers. (C) A positive correlation between WM FA levels and individual perceptual TC values in a widespread cortical WM network (orange) in the control group only. (A–C) Color bars indicates t values. The inset graphs, with corresponding r values, demonstrate the correlations of the mean FA value of the significant cluster for each subject with perceptual TCs. All significant clusters are shown P < 0.05 (corrected) superimposed on a structural T1-image (gray) and the skeletonized FA image (blue). Sagittal views of the right and left hemispheres are shown for each analysis. The right hemisphere view is of a plane defined by the “x = 26” Talairach coordinate (mm) and the left hemisphere by the “x = −26” Talairach coordinate (mm). Anterior and posterior are as indicated.

Η τελευταία μελέτη, η οποία δημοσιεύεται στην επιθεώρηση «Cerebral Cortex», δείχνει ότι ο εγκέφαλος των χορευτών έχει μάθει να καταστέλλει τα σήματα που λαμβάνει από το αιθουσαίο σύστημα. Τα σήματα αυτά διαβιβάζονται στον εγκέφαλο αλλά και στα μάτια, προκειμένου να σταθεροποιείται το βλέμμα.

Στο πείραμα συμμετείχαν 29 μπαλαρίνες και 20 αθλήτριες της κωπηλασίας παρόμοιας ηλικίας και φυσικής κατάστασης.

Όλες οι εθελόντριες κάθισαν με τη σειρά σε μια καρέκλα την οποία περιέστρεφαν γρήγορα οι ερευνητές μέσα σε ένα σκοτεινό δωμάτιο. Όταν η περιστροφή σταμάτησε, οι εθελόντριες έπρεπε να δείξουν πόσο γρήγορα ένιωθαν ότι περιστρέφονταν (δηλαδή πόσο ζαλίζονταν) γυρίζοντας έναν μοχλό. Ταυτόχρονα, οι ερευνητές μετρούσαν τις ανακλαστικές κινήσεις των ματιών που οφείλονται στα σήματα του αιθουσαίου συστήματος.

Σε επόμενη φάση, οι εθελόντριες υποβλήθηκαν και σε μαγνητικές τομογραφίες προκειμένου να εντοπιστούν τυχόν διαφορές στους εγκεφάλους τους.

Όπως έδειξε η ανάλυση, η αίσθηση της ζάλης και οι ανακλαστικές κινήσεις των ματιών διαρκούσαν πολύ λιγότερο στις μπαλαρίνες σε σχέση με τις αθλήτριες της κωπηλασίας.

Επιπλέον, οι μαγνητικές τομογραφίες αποκάλυψαν διαφορές σε δύο περιοχές του εγκεφάλου των μπαλαρίνων: στην παρεγκεφαλίδα, η οποία λαμβάνει σήματα από αιθουσαίο σύστημα και είναι υπεύθυνη για τον προσανατολισμό και το συντονισμό των κινήσεων· και στον φλοιό του εγκεφάλου, όπου γίνεται αντιληπτή η αίσθηση της ζάλης.

Συγκεκριμένα, η περιοχή της παρεγκεφαλίδας που δέχεται σήματα από το αφτί ήταν μικρότερη στις μπαλαρίνες -ίσως επειδή οι χορεύτριες έχουν μάθει να αγνοούν αυτά τα σήματα και να εστιάζονται στη χορογραφία.

«Δεν είναι χρήσιμο για μια χορεύτρια του μπαλέτου να νιώθει ότι ζαλίζεται ή χάνει την ισορροπία της. Ο εγκέφαλος προσαρμόζεται έπειτα από χρόνια εκπαίδευσης ώστε να καταστέλλει αυτή την πληροφορία. Κατά συνέπεια εξασθενίζει το σήμα που φτάνει στις περιοχές του εγκεφάλου οι οποίες ευθύνονται για την αντίληψη της ζάλης» λέει ο δρ Σίμουνγκαλ.

«Αν μπορούσαμε να παρέμβουμε στην ίδια περιοχή του εγκεφάλου, ή τουλάχιστον να την παρακολουθούμε στους ασθενείς με χρόνια ζάλη, θα μπορούσαμε να βρούμε πώς να τους βοηθήσουμε περισσότερο» επισημαίνει.

H τεχνική του «spotting»

Edgar Degas, Répéttition d'un ballet sur la scène, 1874, Huile sur Toile, 65 x 81 cm, Paris, musée d'Orsay. Με συστηματική εκπαίδευση, οι μπαλαρίνες παύουν να είναι δεσμώτες του ιλίγγου.

Για να μάθουν να εκτελούν γρήγορες πιρουέτες, οι μπαλαρίνες εφαρμόζουν μια τεχνική που ονομάζεται «spotting», στην οποία πρέπει να κρατούν σταθερό το βλέμμα σε ένα συγκεκριμένο σημείο στο ύψος των ματιών τους, όσο γίνεται περισσότερο, καθώς περιστρέφονται. Αυτό σημαίνει ότι το κεφάλι είναι το τελευταίο μέρος του σώματος που εκτελεί την περιστροφή και το πρώτο που επανέρχεται στην αρχική του θέση.

Σύμφωνα με την έρευνα, η καταστολή του αισθήματος της ζάλης δεν οφείλεται σε αυτή την τεχνική αλλά σε προσαρμοστικές μεταβολές του εγκεφάλου.

Τα ευρήματα αυτά, επισημαίνουν οι ερευνητές, θα μπορούσαν να αποδειχθούν χρήσιμα στην ωτορινολαρυγγολογία -περίπου ένας στους τέσσερις ανθρώπους θα εμφανίσει κάποια στιγμή χρόνια ζάλη.

M60-UCD1: Ένας υπέρπυκνος νάνος γαλαξίας, Discovered! Galaxy with a Density of Stars 15,000 Times Greater than Milky Way

This composite image shows M60 and the region around it, where data from NASA's Chandra X-ray Observatory are pink and data from NASA's Hubble Space Telescope (HST) are red, green and blue. Image Credit: X-ray: NASA / CXC / MSU / J.Strader et al, Optical: NASA / STScI

Αστρονόμοι βρίσκουν με τη βοήθεια των διαστημικών τηλεσκοπίων Hubble και Chandra, έναν από τους πιο πυκνούς γαλαξίες στο Σύμπαν.

Σύμφωνα με μια έρευνα που δημοσιεύεται στο περιοδικό the Astrophysical Journal Letters, o υπέρπυκνος γαλαξίας-νάνος M60-UCD1 έχει περίπου χίλιες φορές μικρότερη ακτίνα από το Γαλαξία μας, ωστόσο η πυκνότητα άστρων που περιέχει είναι 15.000 φορές μεγαλύτερη.

Πρόκειται για τον πιο πυκνό γαλαξία που έχει βρεθεί ποτέ και σίγουρα τον πυκνότερo στο κοντινό Σύμπαν. Υπολογίζεται πως έχει ηλικία 10 δισεκατομμυρίων ετών και απέχει περίπου 60 εκατομμύρια έτη φωτός από τη Γη, καθώς βρίσκεται κοντά στον αστερισμό της Παρθένου. Η μάζα του είναι ίση με 200 εκατομμύρια δικούς μας Ήλιους ενώ σύμφωνα με τις παρατηρήσεις ακτίνων χ, στο κέντρο αυτού του γαλαξία νάνου πρέπει να βρίσκεται μία μαύρη τρύπα μάζας 10 εκατομμυρίων Ήλιων.

A Hubble image of the central region of the galaxy M60, showing at its outskirts the small dwarf galaxy M60-UDC1 (inside the red circle). This dwarf is found to be the galaxy with the highest known density of stars (a more typical dwarf galaxy is shown inside the dotted red circle. The diagonal white streak is an artifact). Credit: NASA HST; J. Strader

Το πιο ενδιαφέρον στοιχείο για τον M60-UCD1 είναι πως η μισή του μάζα βρίσκεται σε μια περιοχή ακτίνας μόλις 80 ετών φωτός. Αυτό πρακτικά σημαίνει πως τα αστέρια σε εκείνη την περιοχή είναι 25 φορές πιο κοντά από ότι στο Γαλαξία μας.

«Τα διαστρικά ταξίδια σε αυτό το γαλαξία θα είναι πολύ πιο εύκολα από ότι στο δικό μας», λέει η Jay Strader του πανεπιστημίου του Μίσιγκαν, που συμμετείχε στην έρευνα.

Το επίγειο τηλεσκόπιο 6.5 μέτρων στην Αριζόνα των ΗΠΑ χρησιμοποιήθηκε για την εξακρίβωση της σύνθεσης του γαλαξία, και προέκυψε πως δε διαφέρει πολύ με το δικό μας Ήλιο, περιέχοντας και βαρύτερα στοιχεία από υδρογόνο και ήλιο. Η πληθώρα βαριών στοιχείων σημαίνει πως είναι πιθανό ο γαλαξίας να φιλοξενεί πλανήτες, γεγονός που ίσως επέτρεπε την εμφάνιση ζωής.

This graph shows where M60-UCD1 fits in as far as luminosity and size. Credit: Strader et al.

Η ομάδα των αστρονόμων δεν έχει καταλήξει τι προκάλεσε την τόσο μεγάλη πυκνότητα αστέρων στον M60-UCD1. Είτε αυτοί οι σχηματισμοί αστέρων γεννιούνται τόσο πυκνοί, είτε με κάποιο τρόπο μικραίνουν χάνοντας άστρα από τις εξωτερικές τους περιοχές, απομένοντας με το πυκνό γαλαξιακό τους πυρήνα.

Κλειδί στη διαλεύκανση του μυστηρίου είναι η ύπαρξη της μαύρης τρύπας στο κέντρο του, η μάζα της οποίας υποδεικνύει πως πιο πιθανή είναι η δεύτερη εκδοχή ενός μεγαλύτερου γαλαξία ο οποίος ίσως συγκρούστηκε με κάποιον άλλον στο παρελθόν, χάνοντας μεγάλο μέρος των άστρων του.

Astronomers may have discovered the densest galaxy in the nearby Universe. The galaxy, known as M60-UCD1, is located about 54 million light years from Earth. M60-UCD1 is packed with an extraordinary number of stars and this has led scientists to classify it as an "ultra-compact dwarf galaxy." This means that this galaxy is smaller and has more stars than just a regular dwarf galaxy. While astronomers already knew this, it wasn't until these latest results from Chandra, Hubble and telescopes on the ground that they knew just how dense this galaxy truly is. M60-UCD1 has the mass about 200 million times our sun and, remarkably, about half of this mass is packed into a radius of just about 80 light years. That translates into the density of stars in this part of M60-UCD1 being about 15,000 times greater than what's found in Earth's neighborhood in the Milky Way. Astronomers have been trying to determine where these ultra-compact dwarf galaxies fit into the galactic evolutionary chain. Some have suggested they start off not as galaxies but as giant star clusters. The latest results on M60-UCD1 challenge that idea. The new Chandra data indicate that there may be a supermassive black hole at the center of M60-UCD1. If that's the case, then it's unlikely this object could have ever been a star cluster. Instead, the X-ray data point to this galaxy being the remnants of a larger galaxy that had its outer stars ripped away by tidal forces, leaving behind the dense inner core of the galaxy. Other information about M60-UCD1 including its large mass, point to the same conclusion. Regardless, this galaxy is a fascinating object that astronomers will be studying for a long time to come. (NASA/CXC/A. Hobart)

Εάν η συγκεκριμένη θεωρία είναι σωστή, τότε στο παρελθόν ο M60-UCD1 είχε 50 με 200 φορές μεγαλύτερη μάζα από ότι σήμερα, ενώ η σύγκρουση πρέπει να έγινε πριν από αρκετά δισεκατομμύρια χρόνια.

Τέλος, η πυκνότητα των ορατών άστρων είναι τόσο μεγάλη στον M60-UCD1, που οι αστρονόμοι πιστεύουν πως δεν περιέχει καθόλου σκοτεινή ύλη, άλλη μία ιδιαιτερότητα του συγκεκριμένου γαλαξία.

Αστρο-στρόβιλος με… διχασμένη προσωπικότητα, PSR J1824-2452I: Missing Link between Radio and X-Ray Pulsars

This artist’s impression shows PSR J1824-2452I and its companion star. Image credit: ESA

Ένα από τα πιο σπάνια και εντυπωσιακά κοσμικά αντικείμενα ανακάλυψαν ανεξάρτητες ερευνητικές ομάδες. Πρόκειται για ένα άστρο νετρονίου που περιστρέφεται μια φορά κάθε 3,9 χιλιοστά του δευτερολέπτου! Ταυτόχρονα το άστρο αυτό εκπέμπει δύο είδη ακτινοβολίας, φαινόμενο που έχει παρατηρηθεί μόλις άλλη μια φορά μέχρι σήμερα.

Τα πάλσαρ

Τα άστρα νετρονίου που είναι πιο γνωστά με τον όρο «πάλσαρ» είναι σώματα υψηλής πυκνότητας και σχηματίζονται από άστρα τα οποία έχουν ολοκληρώσει τον κύκλο της ζωής τους και καταρρέουν. Όλα τα πάλσαρ εκπέμπουν τις δέσμες ακτινοβολίας από τους πόλους τους και καθώς περιστρέφονται, γίνονται ορατά από τη Γη ως περιοδικές, σύντομες λάμψεις. Τα πάλσαρ εκπέμπουν την ακτινοβολία (είτε ραδιοκύματα, είτε ακτινοβολία γ, είτε ακτίνες Χ) με σταθερό ρυθμό. Ορισμένοι μάλιστα τα περιγράφουν ως «κοσμικούς ραδιοφάρους».

Οι έρευνες

Images of the core of Messier 28 taken during 04 August 2002, 27 May 2006 and 29 April 2013 (A. Papitto et al). The pulsar, labeled PSR J1824-2452I, lies 18,000 light-years away in a small globular cluster of stars known as Messier 28 in the constellation of Sagittarius.

Μια ερευνητική ομάδα εντόπισε πριν από λίγο καιρό ένα άστρο νετρονίου σε απόσταση 18 χιλιάδων ετών φωτός από εμάς και έκανε τη σχετική ανακοίνωση. Διαπιστώθηκε ότι το πάλσαρ αυτό στροβιλίζεται με απίστευτη ταχύτητα. Οι ερευνητές υπολόγισαν ότι περιστρέφεται γύρω από τον εαυτό του μια φορά κάθε 3,9 χιλιοστά του δευτερολέπτου. Η ομάδα διαπίστωσε ότι το άστρο αυτό εκπέμπει ακτίνες Χ.

Μια εβδομάδα αργότερα μια δεύτερη ερευνητική ομάδα έστρεψε τα τηλεσκόπια στην ίδια περιοχή και εντόπισε ένα άστρο νετρονίου που εξέπεμπε ραδιοκύματα. Αρχικά οι ερευνητές σχημάτισαν την εντύπωση ότι επρόκειτο για ένα δεύτερο πάλσαρ. Όπως αποδείχτηκε όμως πρόκειται για το ίδιο άστρο νετρονίου που έχει, όπως αναφέρουν οι ειδικοί, «διχασμένη προσωπικότητα». H ανακάλυψη είναι πολύ σημαντική αφού τέτοια συμπεριφορά σε πάλσαρ έχει παρατηρηθεί μόλις άλλη μια φορά.

Ο... σύντροφος

Το πάλσαρ που στροβιλίζεται με αυτή την «τρελή» ταχύτητα και εκπέμπει δύο είδη ακτινοβολίας έλαβε την κωδική ονομασία PSR J1824-2452I . Μια τρίτη ερευνητική ομάδα αποφάσισε να αναζητήσει τον λόγο για τον οποίο το πάλσαρ αυτό «μεταλλάσσεται» και οι ερευνητές έκαναν μια νέα εξίσου εντυπωσιακή ανακάλυψη. Όπως φαίνεται, το πάλσαρ δεν είναι μόνο του αλλά έχει… παρέα. Σύμφωνα με τους επιστήμονες, πολύ κοντά στο πάλσαρ βρίσκεται ένα άστρο με μέγεθος 75% μικρότερο από εκείνο του Ήλιου. Τα δύο άστρα περιστρέφονται το ένα γύρω από το άλλο κάθε 11 ώρες. Η συγκεκριμένη μελέτη δημοσιεύθηκε στην επιθεώρηση «Nature».

Οι ειδικοί εκτιμούν ότι οι αλληλεπιδράσεις ανάμεσα στα δύο άστρα είναι εκείνες που υποχρεώνουν το πάλσαρ να εκπέμπει δύο είδη ακτινοβολίας. Η ανακάλυψη προσφέρει νέα στοιχεία για τη φύση των άστρων νετρονίων.

Υδάτινη έκπληξη στον Άρη, Nasa's Curiosity rover finds water in Martian soil

Nasa scientists have confirmed in a paper published in journal Science that Curiosity has found water molecules in Martian soil. Photograph: Nasa/Getty Images

Στο έδαφος του Άρη εντοπίζονται ανεπάντεχα μεγάλες ποσότητες νερού, σύμφωνα με ανάλυση που διεξήχθη στα «σπλάχνα» του ρομποτικού εξερευνητή Curiosity της ΝASA.

Όταν το Curiosity θέρμανε ένα μικρό δείγμα χώματος από την επιφάνεια του Κόκκινου Πλανήτη, τότε, όπως προέκυψε, ο ατμός που ανιχνεύθηκε σε μεγαλύτερη αφθονία ήταν υδρατμός (δηλαδή νερό). Αυτό δείχνει μελέτη που δημοσιεύεται στην επιθεώρηση «Science» - συνολικά στο τελευταίο τεύχος της επιθεώρησης παρουσιάζονται πέντε ερευνητικές εργασίες που αφορούν τα ευρήματα του Curiosity στον Άρη.

Καλά (υδάτινα) νέα για τους αστροναύτες

Τα σημάδια που άφησε το “φαράσι” του Curiosity κατά τη συλλογή δείγματος εδάφους από την επιφάνεια του Άρη. Το δείγμα αναλύθηκε από την συσκευή Sample Analysis at Mars που διαθέτει το Curiosity. Curiosity used its scoop to collect two samples of a small aeolian deposit. The deposit's upper surface is armored by sand grains 0.5 to 1.5 mm in size. These coarse grains are coated with fine dust, giving the deposit an overall light brownish red color. Beneath the coarse sand crust is finer sand, dark brown in color. This Mars Hand Lens Imager image was acquired on sol 84. CREDIT: NASA

Η Λόρι Λέσιν και οι συνεργάτες της από το Πολυτεχνείο Renssealer στη Νέα Υόρκη που ασχολούνται με την ανάλυση των ευρημάτων του Curiosity, αναφέρουν στη μελέτη τους πως το 2% επί του συνολικού βάρους της κόκκινης χωμάτινης επιφάνειας του Άρη αποτελείται από νερό. Ένα τέτοιο νέο είναι πολύ καλό για τους αστροναύτες που πιθανώς θα βρεθούν κάποια ημέρα στον Κόκκινο Πλανήτη.

«Αν κάποιος λάβει ένα δείγμα μόλις 0,02 m3 αυτής της κόκκινης σκόνης και τη θερμάνει – όχι σε πολύ υψηλές θερμοκρασίες – τότε θα εξαγάγει ποσότητα νερού που χωρά σε δυο μπουκαλάκια» εξήγησε η δρ Λέσιν και προσέθεσε ότι «το πιο ενδιαφέρον εύρημα είναι πως το πλούσιο σε νερό χώμα βρίσκεται οπουδήποτε στον Άρη. Αυτό είναι πολύ καλό νέο για οποιονδήποτε εξερευνητή (όχι ρομπότ αλλά άνθρωπο) βρεθεί στον Κόκκινο Πλανήτη, αφού θα μπορεί να εξαγάγει νερό σχεδόν από οποιαδήποτε περιοχή του».

Οι αποκαλύψεις σχετικά με το πλούσιο υδάτινο παρόν (και όχι μόνο παρελθόν) του Άρη αποτελούν μόνο ένα μέρος των στοιχείων που έρχονται στο φως από την επιθεώρηση «Science» σχετικά με τον Κόκκινο Πλανήτη, μέσα από τα «μάτια» του Curiosity.

Πέντε εργασίες με τα «μάτια» του Curiosity

This artist's concept depicts the rover Curiosity, of NASA's Mars Science Laboratory mission, as it uses its Chemistry and Camera (ChemCam) instrument to investigate the composition of a rock surface. (Reuters/NASA/JPL-Caltech)

Ορισμένα από αυτά τα στοιχεία έχουν ήδη παρουσιαστεί σε επιστημονικές συναντήσεις αλλά και σε συνεντεύξεις Τύπου της NASA, ωστόσο τώρα η επίσημη δημοσίευσή τους προσφέρει σημαντικές ευκαιρίες για περαιτέρω ανάλυση και αξιολόγηση από την επιστημονική κοινότητα.

Η δημοσίευση της δρος Λέσιν και των συνεργατών της αφορά την ανάλυση ενός δείγματος που ελήφθη στο «Rocknest», μια περιοχή όπου σχηματίζονται λόφοι άμμου μόνο λίγες εκατοντάδες μέτρα μακριά από το σημείο όπου το Curiosity προσεδαφίστηκε στον Κρατήρα Γκέιλ τον Αύγουστο του 2012.

«Μαγείρεμα» στα… σπλάχνα του ρομποτικού εξερευνητή

The rock's high sulfur content and softness are probably evidence of past alteration by water. Image Credit: NASA/JPL/Cornell

Ο ρομποτικός βραχίονας του οχήματος έλαβε από το σημείο ένα μικρό δείγμα άμμου, το οποίο και μετέφερε στο όργανο Sam το οποίο βρίσκεται στα «σπλάχνα» του. Το συγκεκριμένο εργαλείο έχει την ικανότητα να… μαγειρεύει τα δείγματα και να ανιχνεύει τα αέρια που εκλύονται από αυτά. Με τον τρόπο αυτόν εντοπίζονται τα διαφορετικά συστατικά του εδάφους.

Τα κακά νέα

NASA's Mars Exploration Rover Opportunity used its panoramic camera (Pancam) to acquire this view of "Solander Point" during the mission's 3,325th Martian day, or sol (June 1, 2013). Credit: NASA/JPL-Caltech/Cornell Univ./Arizona State Univ.

Η ανάλυση του δείγματος έδειξε ύπαρξη σημαντικής ποσότητας διοξειδίου του άνθρακα. Αυτό μεταφράζεται σε ύπαρξη ανθρακικών μετάλλων που σχηματίζονται παρουσία νερού. Έδειξε επίσης παρουσία οξυγόνου και χλωρίου. «Εκτιμούμε ότι αυτά αποτελούν υποπροϊόντα της διάσπασης ενός μετάλλου που ονομάζεται υπερχλωρικό άλας και ανευρίσκεται σε ποσοστό της τάξεως του 0,5% στο έδαφος του Άρη» σημείωσε η δρ Λέσιν και συμπλήρωσε: «Αν το νερό αποτελεί το καλό νέο για τους αστροναύτες, τότε η ύπαρξη υπερχλωρικού άλατος αποτελεί το κακό νέο. Και αυτό διότι το συγκεκριμένο μέταλλο παρεμβαίνει στη λειτουργία του θυρεοειδούς αδένα, γεγονός που σημαίνει ότι θα υπήρχε πρόβλημα αν κάποιος άνθρωπος κατάπινε έστω και μικρή ποσότητα της λεπτής άμμου του Άρη. Πρέπει να μελετήσουμε αυτήν την παράμετρο περισσότερο τώρα για να σχεδιάσουμε καταλλήλως τις αποστολές του μέλλοντος».

Άλλα τρία άρθρα που παρουσιάζονται στο Science και αφορούν τα ευρήματα του Curiosity επικεντρώνονται στη σύσταση του εδάφους του Άρη. Εξαίρεση αποτελεί ένα άρθρο το οποίο περιγράφει τον εντοπισμό ενός βράχου με σχήμα πυραμίδας επάνω στον οποίο έπεσε τυχαία ο ρομποτικός εξερευνητής κατά την εξερεύνησή του. Ο βράχος αυτός έλαβε το όνομα Jake Matijevic, στη μνήμη ενός μηχανικού της NASA που απεβίωσε πρόσφατα.

«Γήινος» βράχος

This handout provided March 30, 2013 by NASA shows holes drilled into rock by NASA's Mars rover Curiosity in the "Yellowknife Bay" area of Gale Crate (AFP Photo / NASA)

Η ερευνητική ομάδα με επικεφαλής τον καθηγητή Εντ Στόπλερ από το Τεχνολογικό Ινστιτούτο της Καλιφόρνιας (Caltech) στην Πασαντίνα επιβεβαίωσε τώρα με τη μελέτη της ότι το είδος του συγκεκριμένου βράχου δεν έχει εντοπιστεί ποτέ ξανά στον Κόκκινο Πλανήτη. Το πέτρωμα αυτό μοιάζει περισσότερο με τους μουγεαρίτες (ηφαιστειακά πετρώματα με χαρακτηριστικά βασάλτη), που εντοπίζονται σε νησιά και σε ηφαιστειογενείς ζώνες της Γης.

«Στη Γη έχουμε μια πολύ καλή ιδέα σχετικά με το πώς σχηματίζονται οι μουγεαρίτες» ανέφερε ο Μαρτιν Φισκ από το Πολιτειακό Πανεπιστήμιο του Όρεγκον που συμμετείχε στη μελέτη. «Η διαδικασία ξεκινά όταν μάγμα που βρίσκεται βαθιά μέσα στη Γη κρυσταλλοποιείται παρουσία 1%-2% νερού. Οι κρύσταλλοι αποχωρίζονται από το μάγμα και ό,τι δεν κρυσταλλοποιείται είναι το μάγμα του μουγεαρίτη το οποίο τελικώς μπορεί να φθάσει ως την επιφάνεια μέσω ηφαιστειακής έκρηξης».

Ο πρώτος μουγεαρίτης εντοπίστηκε στη Γη από τον Βρετανό γεωλόγο Αλφρεντ Χαρκερ στο Νησί Skye, λίγο έξω από την ηπειρωτική Σκωτία. Το όνομα αναφέρεται στην ομώνυμη περιοχή του νησιού (Mugeary) στην οποία βρέθηκε το πέτρωμα.

Αυτή τη στιγμή το Curiosity, το οποίο έχει ήδη παράσχει τόσα πολύτιμα στοιχεία στους επιστήμονες, εργάζεται σκληρά στον Κρατήρα Γκέιλ. Από τις αρχές Ιουλίου προχωρά κατά δεκάδες μέτρα ημερησίως προσπαθώντας να φθάσει στους πρόποδες του Sharp, μεγάλου αρειανού βουνού.

Νέα «φωτεινή» μορφή ύλης. Seeing Light in a New Light: Scientists Create Never-Before-Seen Form of Matter

Light sabers (stock image). "Photonic molecules" behave less like traditional lasers and more like something you might find in science fiction -- the light saber. (Credit: © Yana / Fotolia)

Επιστήμονες στις ΗΠΑ έφεραν τα πάνω κάτω στις γνώσεις μας για το φως, δημιουργώντας από αυτό μια νέα μορφή ύλης, η οποία ως τώρα δεν είχε ποτέ παρατηρηθεί στη φύση, αλλά είχε προταθεί μόνο θεωρητικά. Συγκεκριμένα, κατάφεραν να «χειραγωγήσουν» με τέτοιο τρόπο τα φωτόνια, ώστε αυτά να σχηματίσουν μόρια.

Εντυπωσιακή εξέλιξη

Χρησιμοποιώντας λέιζερ οι ερευνητές δημιούργησαν τη νέα «εξωτική» μορφή ύλης.

Το επίτευγμα των ερευνητών των πανεπιστημίων Χάρβαρντ και ΜΙΤ, με επικεφαλής τους καθηγητές φυσικής Μιχαήλ Λούκιν και Βλάνταν Βούλετιτς, που έκαναν τη σχετική δημοσίευση στην επιθεώρηση «Nature», ανατρέπει δεκαετίες συμβατικής σοφίας σχετικά με τη φύση του φωτός. Τα φωτόνια θεωρούνται σωματίδια χωρίς μάζα που δεν αλληλεπιδρούν μεταξύ τους, γι’ αυτό π.χ. δύο ακτίνες λέιζερ που θα διασταυρωθούν, απλώς θα περάσει η μία μέσα από την άλλη.

Όμως τα «φωτονικά μόρια», που δημιούργησαν οι ερευνητές, όπως είπε ο Μιχαήλ Λούκιν, συμπεριφέρονται διαφορετικά και αλληλεπιδρούν μεταξύ τους τόσο ισχυρά, που αρχίζουν να δρουν σαν να έχουν μάζα και έτσι προσδένονται μεταξύ τους σχηματίζοντας μόρια.

Πως τα κατάφεραν

Photons with strong mutual attraction in a quantum nonlinear medium. Credit: Nature.

Οι ερευνητές έβαλαν άτομα ρουβιδίου σε ένα θάλαμο κενού και μετά, μέσω λέιζερ, έψυξαν το νέφος των ατόμων σε θερμοκρασία λίγων μόνο βαθμών πάνω από το απόλυτο μηδέν. Στη συνέχεια, χρησιμοποιώντας ασθενείς παλμούς λέιζερ, έστειλαν μεμονωμένα φωτόνια να περάσουν μέσα από αυτό το ατομικό νέφος, το οποίο επιβράδυνε σημαντικά την κίνηση των διερχομένων φωτονίων. Τελικά, τα φωτόνια εξέρχονταν από την άλλη μεριά του νέφους σαν ένα ενιαίο μόριο.

Η ανακάλυψη, πέραν του να ωθεί παραπέρα τα σύνορα της επιστημονικής γνώσης, μπορεί να έχει και πρακτικές επιπτώσεις, καθώς τα φωτόνια αποτελούν το καλύτερο μέσο για την μεταφορά κβαντικών πληροφοριών, θα μπορούσε συνεπώς να αξιοποιηθεί σε ένα μελλοντικό κβαντικό υπολογιστή.

Ο Μιχαήλ Λούκιν είπε επίσης ότι κάποια μέρα θα μπορούσαν να δημιουργηθούν και πολύπλοκες τρισδιάστατες δομές, όπως κρύσταλλοι, μόνο από φως. «Σε τι ακριβώς θα αποβεί χρήσιμη, δεν ξέρουμε ακόμα, όμως είναι μια νέα κατάσταση της ύλης, συνεπώς ελπίζουμε ότι νέες εφαρμογές θα ξεπηδήσουν, καθώς θα συνεχίσουμε να μελετούμε τις ιδιότητες των φωτονικών μορίων», πρόσθεσε.

Εντυπωσιακές εικόνες από το Πόδι της Γάτας. The star-forming Cat’s Paw Nebula through ArTeMiS’s eyes

This image of the star formation region NGC 6334 is one of the first scientific images from the ArTeMiS instrument on APEX. The picture shows the glow detected at a wavelength of 0.35 millimetres coming from dense clouds of interstellar dust grains. The new observations from ArTeMiS show up in orange and have been superimposed on a view of the same region taken in near-infrared light by ESO’s VISTA telescope at Paranal. Credit: ArTeMiS team/Ph. André, M. Hennemann, V. Revéret et al./ESO/J. Emerson/VISTA Acknowledgment: Cambridge Astronomical Survey Unit

Νέες εντυπωσιακές εικόνες από το Νεφέλωμα Πόδι της Γάτας (NGC 6334) δόθηκαν στη δημοσιότητα από το Ευρωπαϊκό Νότιο Αστεροσκοπείο (ESO).

This chart shows the location of NGC 6334, the Cat’s Paw Nebula, in the constellation of Scorpius (The Scorpion). This map shows most of the stars visible to the unaided eye under good conditions, and NGC 6334 itself is highlighted with a red circle on the image. Although this stellar nursery is prominent in images, it is faint visually and needs a large telescope for a glimpse of the brighter parts. Credit: ESO, IAU and Sky & Telescope

Οι εικόνες, οι οποίες ελήφθησαν με τη νέα κάμερα ArTeMIS του τηλεσκοπίου APEX (The Atacama Pathfinder Experiment), αποκαλύπτουν με πρωτοφανή λεπτομέρεια το νεφέλωμα, το οποίο βρίσκεται στον αστερισμό του Σκορπιού, απέχει 5.500 έτη φωτός από τη Γη και αποτελεί ένα δραστήριο μαιευτήριο νέων άστρων.

Η ArTeMIS είναι μια ευρυγώνια φωτογραφική μηχανή που «βλέπει» σε μήκη κύματος κάτω του χιλιοστού. Εγκαταστάθηκε μόλις στο APEX και οι υπεύθυνοι του Ευρωπαϊκού Νότιου Αστεροσκοπείου θεωρούν ότι θα δώσει νέα, ισχυρότερη «όραση» στο τηλεσκόπιο APEX για την ταχύτερη και λεπτομερέστερη χαρτογράφηση του ουρανού.

Όπως αποδεικνύει το εντυπωσιακό αποτέλεσμα της εικόνας από το Πόδι της Γάτας, δεν έχουν άδικο. Η φωτογραφία αποτελεί συνδυασμό δυο «λήψεων»: αυτή της ArTeMIS, η οποία συλλαμβάνει την ψυχρή λάμψη της σκόνης του διαστρικού κενού, απεικονίζεται με πορτοκαλί χρώμα με φόντο μια παρατήρηση της ίδιας περιοχής από το τηλεσκόπιο υπερύθρων VISTA, το οποίο ανήκει επίσης στο Ευρωπαϊκό Νότιο Αστεροσκοπείο.