Saules vejas

Kaip žmonės vėją kosmose pagavo

Kosmosas Kaip žmonės vėją kosmose pagavo...

Gaudyti vėją laukuose – atrodytų, nėra beprasmiškesnio užsiėmimo. Bet mokslininkai prasmę randa ir ten, kur kiti jos nemato. Prieš 15 metų jie netgi sugebėjo pagauti vėją. Ir ne bet kur, o kosmose.

Mūsų Saulė ne tik šviečia, bet ir skleidžia plazmos srautą, vadinamą Saulės vėju. Jis lekia į visas puses šimtų kilometrų per sekundę greičiu. Pasiekęs Žemę, vėjas yra sustabdomas magnetosferos ir didžioji jo dalis nulekia aplink mūsų planetą. Dalis srauto Žemės magnetinio lauko linijomis nulekia artyn ašigalių, kur priartėja arčiau planetos paviršiaus. Sąveikaudamos su atmosfera, Saulės vėjo dalelės sukelia spalvingąsias šiaurės ir pietų pašvaistes.

Saulės vėją sudaro elektringos dalelės – elektronai ir atomų branduoliai. Iš principo jas būtų galima pagauti ir tyrinėti, tačiau to padaryti Žemėje nepavyks. Nors šiek tiek Saulės vėjo dalelių prasiskverbia pro magnetosferos skydą ir pasiekia Žemės paviršių, jas aptikti ir atskirti nuo pačiai Žemei priklausančių dalelių praktiškai neįmanoma. Taigi reikia keliauti į kosmosą.

Į kosmosą keliavo misija, pavadinta „Genesis“. 2001 metų rugpjūtį pakilęs iš Žemės, erdvėlaivis nuskrido Saulės link. Per beveik tris mėnesius nulėkęs pusantro milijono kilometrų jis pasiekė Saulės-Žemės sistemos Lagranžo tašką L1. Šis taškas – tai viena iš penkių vietų netoli Žemės orbitos, kuriose Žemės ir Saulės gravitacijos viena kitą atsveria taip, kad erdvėlaivis gali minimaliomis pastangomis judėti aplink Saulę tokiu pačiu periodu, kaip ir Žemė, t. y. apsukti ratą per vienerius metus. 2001 m. gruodį prasidėjo Genesis misijos darbas. Ištisas 850 dienų, iki 2004 m. balandžio, zondas rinko pralekiančias Saulės vėjo daleles. Specialūs detektoriai tikrino vėjo greitį ir temperatūrą, taip priskirdavo vėją vienam iš trijų tipų – greitam, lėtam arba vainikinės masės išmetimo įvykiui – ir nurodydavo zondo kompiuteriui atidaryti atitinkamą kolektorių, kad kiekvieno tipo vėjo dalelės būtų renkamos atskirai.

Erdvėlaivis Genesis, surinkęs Saulės vėjo mėginius. NASA/JPL iliustr.

2004 metų balandį kolektoriai užsidarė paskutinį kartą ir „Genesis“ išskrido Žemės link. Bet ją pasiekė ne tiesiai, o padaręs lankstą pro kitą Lagranžo tašką, esantį už pusantro milijono kilometrų tolyn nuo Saulės. Manevrai užtruko iki rugsėjo mėnesio, bet tada zondas jau praskriejo pro Žemę ir išmetė kapsulę su surinktu Saulės vėju.

Tokių manevrų reikėjo tam, kad kapsulė į Žemę kristų tinkamoje vietoje ir tinkamu laiku. Vieta – Jutos valstijoje esanti JAV karinių oro pajėgų bandymų bazė. Laikas – dienos metas, kad besileidžiančią kapsulę būtų lengviau stebėti. Pagal planą, kapsulė turėjo išskleisti parašiutą, o tada ją iš oro pagauti turėjo sraigtasparnio įgula. Taip kapsulę būtų galima saugiai ir nė kiek nepažeidžiant atgabenti iki Žemės paviršiaus.

Deja, planas neišdegė. Nesuveikė nei vienas kapsulės parašiutas, tad ji nukrito į Jutos dykumą maždaug 300 kilometrų per valandą greičiu. Pagauti kapsulę ore šansų nebuvo. Kurį laiką atrodė, kad visa misija nuėjo veltui ir iš surinktų Saulės vėjo dalelių nebeliko nieko.

„Genesis“ mėginių kapsulės likučiai nukritimo vietoje. NASA/JPL nuotr.

Visgi netruko paaiškėti, kad situacija nėra tokia tragiška. Nors dalis kolektorių sudužo ir jų turinys iškrito, nemažai jų liko uždari. Galbūt ne visai sandarūs – į kapsulę prasiskverbė dykumos smėlio ir drėgmės, – tačiau vis dar vertingi ir galimi panaudoti. Iki 2005 m. sausio kolektoriai buvo valomi, o tada prasidėjo duomenų analizė.

Genesis kolektorių gabaliukai, perrinkinėjami NASA laboratorijoje. NASA/JPL nuotr.

Analizė atskleidė ne vieną įdomią Saulės vėjo savybę. Visų pirma, atsakyta į klausimą, nedavusį ramybės dar nuo „Apollo“ misijų laikų. Jų metu astronautai pargabeno grunto mėginių iš Mėnulio, kuriuose rasti Saulės vėjo poveikio požymiai. Šie požymiai bylojo, kad Saulės vėją sudaro du dalelių tipai – mažos ir didelės energijos – kurių cheminė sudėtis šiek tiek skiriasi. Tačiau didelės energijos dalelių egzistavimo nepavyko paaiškinti jokiais Saulės vėjo modeliais – visi rezultatai bylojo, kad Saulė periodiškai turėtų imti pūsti daugybę kartų stipriau. Genesis surinktuose mėginiuose jokių ypatingai energingų dalelių neaptikta, taigi „Apollo“ duomenims paaiškinti buvo sukurta kita hipotezė. Jos teigimu, skirtingi cheminių elementų pėdsakai Mėnulio uolienose atsiranda dėl nevienodos skirtingų vėją sudarančių elementų izotopų sąveikos su uolienų struktūra.

Kitas įdomus rezultatas – Saulės vėjyje stabilaus deguonies izotopo deguonies-16 yra proporcingai daugiau, nei Žemėje. Deguonis-16 turi po aštuonis neutronus ir protonus. Žemėje šis izotopas irgi yra gausiausias iš visų deguonies variantų, bet Saulėje dominuoja dar labiau. Kodėl taip yra, paaiškinimo kol kas neturime. Viena hipotezė teigia, kad Žemės jaunystėje kažkoks procesas efektyviau vartojo šį deguonies izotopą, nei kitus, todėl mūsų planetoje jo liko šiek tiek mažiau, nei kitur Saulės sistemoje ar pačioje Saulėje.

Deguonies izotopų deguonies-17 ir deguonies-18 santykio su pagrindiniu izotopu, deguonimi-16, skirtumai nuo tipinių Žemės vandenynų verčių (vertės nurodytos promilėmis). Mėnulio, Marso ir asteroidų mėginiuose sunkesnių deguonies izotopų yra beveik tiek pat, arba šiek tiek daugiau, nei Žemėje, tuo tarpu Saulės vėjyje – gerokai mažiau. Tikėtina, kad jų mažiau ir Saulėje: punktyrinė linija nurodo teoriškai apskaičiuotus radioaktyvaus skilimo procesų sukeliamus gausos pokyčius. TF (Terrestrial Fractionation) linija atitinka variacijas, aptinkamas Žemėje dėl geocheminių procesų. CAI linija atitinka įmanomas variacijas senoviniuose meteorituose esančiuose kalciu ir aliuminiu praturtintuose inkliuzuose. Šaltinis: Burnett et al. 2011, PNAS, 108, 19147

Skirtumų tarp Saulės ir planetų yra ir daugiau. Azoto ir neono izotopų santykiai taip pat skiriasi nuo santykių, nustatomų uolinėse planetose. Iš kitos pusės, jie yra panašūs į aptinkamus Jupiteryje. Tai leidžia spręsti, kad izotopų santykis pasikeitė tada, kai garavo Saulės sistemos medžiagos, vėliau suformavusios Žemę ir kitas uolines planetas.

Genesis atgabentą Saulės vėją vis dar saugo NASA. Paslapčių šiose dalelėse vis dar yra, bet po truputį jas vieną po kitos atskleisime ir sužinosime vis daugiau apie Saulės vėją ir jo poveikį planetoms. Kai artės kitas Saulės aktyvumo maksimumas, t. y. po kokių penkerių-aštuonerių metų, jam ir jo keliamiems pavojams būsime pasiruošę net geriau, nei dabar.

Techo naujienos į Jūsų el. pašo dėžutę: