Znajdź zawartość

Astronomowie z MIT uzyskali najdokładniejszy obraz atmosfery nocnej strony egzoplanety znajdującej się w obrocie synchronicznym wokół swojej gwiazdy. Przeszliśmy z etapu badania izolowanych regionów atmosfery egzoplanet, to badania ich takimi jakimi naprawdę są – trójwymiarowymi systemami, mówi Thomas Mikal-Evans, lider grupy badawczej z Kavli Institute for Astrophysics and Space Research. Z obrotem synchronicznym mamy do czynienia na przykład w układzie Ziemia-Księżyc. Srebrny Glob, obracając się synchronicznie wokół naszej planety, jest wystawiony w jej kierunku zawsze tą samą stroną. W przypadku wspomnianej planety WASP-121b oznacza to, że po jednej jej stronie panuje wieczny dzień, a po drugiej – wieczna noc. WASP-121b to gorący Jowisz odkryty w 2015 roku. Krąży wokół gwiazdy znajdującej się około 850 lat świetlnych od Ziemi. Ma też jedną z najciaśniejszych orbit. Pełny obieg wokół gwiazdy zajmuje planecie około 30 godzin. Już wcześniej po dziennej stronie WASP-121b odkryto parę wodną, a naukowcy badali, jak wraz ze wzrostem wysokości zmienia się temperatura atmosfery. Teraz zaś udało się zbadać nocną stronę planety, zmapować zmiany temperatury pomiędzy stroną nocną a dzienną i pokazać, jak temperatury zmieniają się wraz ze wzrostem wysokości. Po raz pierwszy też zbadano przemieszczanie się pary wodnej pomiędzy obiema stronami egzoplanety obracającej się synchronicznie wokół gwiazdy. Ziemia, której siły pływowe gwiazdy nie zamknęły w obrocie synchronicznym, doświadcza dnia i nocy, a cykl obiegu wody polega w dużej mierze na parowaniu, kondensacji i tworzeniu chmur oraz opadach. Jednak na WASP-121b zachodzą niezwykle dramatyczne zjawiska. Na dziennej stronie, gdzie temperatury przekraczają 2700 stopni Celsjusza, molekuły wody są rozbijane na tworzące je atomy wodoru i tlenu. Wiatry wydmuchują te atomy na stronę nocną. Tam panują niższe temperatury i dochodzi do ponownego utworzenia molekuł wody. Te zaś ponownie wędrują na stronę dzienną i proces się powtarza. Ten gwałtowny cykl obiegu wody jest napędzany przez równie gwałtowne wiatry wiejące wokół planety z prędkością dochodzącą do 18 000 kilometrów na godzinę. Jednak wokół planety krąży nie tylko woda. Jej nocna strona jest na tyle chłodna, że powstają tam chmury z żelaza i korundu (Al2O3), minerału tworzącego rubiny czy szafiry. Chmury te mogą również być wypychane na dzienną stronę, gdzie dochodzi do odparowywania minerału. Gdzieś po drodze mogą spaść deszcze. Ale na WASP-121b nie pada woda. Z nieba mogą tam lecież kamienie szlachetne. Dzięki tym obserwacjom mamy obraz atmosfery całej planety, cieszy się Mikal-Evans. A obserwacji dokonano za pomocą spektroskopu znajdującego się na pokładzie Teleskopu Hubble'a. Analizuje on światło pochodzące z atmosfery, rozbija je na składowe długości fali i na tej podstawie dostarcza danych, dzięki którym astronomowie mogą określić temperaturę i skład atmosfery. Wielokrotnie w ten sposób obserwowano dzienną stronę różnych egzoplanet. Badanie strony nocnej jest znacznie trudniejsze. Wymaga bowiem śledzenia niewielkich zmian w spektrum światła z planety, do których dochodzi, gdy okrąża ona swoją gwiazdę. Naukowcom z MIT ta sztuka się udała. Byli w stanie określić profil temperatury całej atmosfery. Dowiedzieli się, że w najgłębszych warstwach atmosfery po stronie dziennej temperatura nieco przekracza 2200 stopni Celsjusza, a w warstwach najwyższych wynosi ona ponad 3200 stopni. Natomiast po stronie nocnej temperatura warstwy najniższej wynosi nieco ponad 1500 stopni Celsjusza, by w warstwie najwyższej spaść do około 1200 stopni. Model komputerowy użyty do zbadania gradientu temperatur na różnych wysokościach wykazał, że po stronie nocnej mogą istnieć chmury złożone m.in. z żelaza, korundu i tytanu. Najgorętsze miejsce planety znajduje się bezpośrednio pod jej gwiazdą, jednak region ten jest przesuwany przez silne wiatry na wschód, zanim ciepło zdąży uciec w przestrzeń kosmiczną. To właśnie z wielkości tego przesunięcia wyliczono prędkość wiatru. Wiejące tam wiatry są znacznie potężniejsze niż ziemski prąd strumieniowy. Prawdopodobnie może on przemieścić chmury wokół całej planety w czasie około 20 godzin, mówi współautor badań, Tansu Daylan. Naukowcy już zarezerwowali sobie czas obserwacyjny na Teleskopie Kosmicznym Jamesa Webba. Mają nadzieję, że za jego pomocą będą mogli obserwować nie tylko przemieszczanie się wody, ale i dwutlenku węgla w atmosferze. Ilość węgla i tlenu w atmosferze może znam zdradzić, gdzie dochodzi do formowania się tego typu planet, wyjaśnia Mikal-Evans. « powrót do artykułu

Około czteroletnia kotka Dymka straciła przez odmrożenie fragmenty wszystkich czterech kończyn. Dzięki wydrukowanym w 3D tytanowym protezom może teraz nie tylko chodzić i biegać, ale i wskakiwać na kanapę czy wdrapywać się na schody. Kotkę znalazł w grudniu 2018 r. w śniegu kierowca z Nowokuźniecka na Syberii. Widząc jej stan, pojechał do kliniki BEST w Nowosybirsku. Dymka miała poważne odmrożenia łap, uszu i ogona. Niestety, weterynarz Siergiej Gorszkow musiał amputować duże fragmenty wszystkich kończyn. Gorszkow i jego koledzy z kliniki od lat współpracują z badaczami z Politechniki w Tomsku (TPU). Zespół badawczy prof. Siergieja Twierdochlebowa opracował nawet powłoki z fosforanu wapnia do implantów weterynaryjnych. Wykorzystywano je już w protezach dla psów i kotów. Jak podkreślają specjaliści z TPU, wcześniej, w 2016 r., BEST Clinic wykonała podobną operację u kota Rudego. W ten sposób Dymka stała się drugim na świecie kotem z protezami wszystkich 4 kończyn. Do uzyskania modeli, a następnie wydrukowania kończyn wykorzystano zdjęcia z tomografii komputerowej. Dla kończyn przednich i tylnych stworzono dwa osobne modele. By zmniejszyć ryzyko odrzucenia implantu przez organizm kota, naukowcy z TPU zastosowali powłokę z fosforanu wapnia; naniesiono ją za pomocą mikrołukowego utleniania (ang. Microarc Oxidation, MAO). Do części tytanowych przymocowano wydrukowane również w 3D końcówki, które mają oddawać kształt kociej łapki. Dymka dostała implanty w dwóch turach: najpierw kończyn przednich, potem tylnych. Na nagraniu udostępnionym przez klinikę 10 grudnia widać, że pół roku później radzi sobie świetnie.   « powrót do artykułu

Misja Dragonfly będzie kolejną – czwartą – jaką NASA przygotuje w ramach programu New Frontiers. Koncepcja badań Tytana, największego księżyca Saturna, wygrała więc w propozycją przywiezienia próbek komety 67P/Churyumov-Gerasimenko. Misja, którą kieruje Elizabeth Turtle z Uniwersytetu Johnsa Hopkinsa, wystartuje w 2026 roku. Będzie ona odmienna od innych przedsięwzięć związanych z robotyczną eksploracją Układu Słonecznego. Tytan jest inny niż jakiekolwiek miejsce w Układzie Słonecznym, więc i Dragonfly będzie inną misją, powiedział Thomas Zurbuchen, wiceadministrator NASA ds. badań naukowych. Tytan otoczony jest przez atmosferę składającą się głównie z azotu. Jest on większy od Merkurego, a naukowcy przypuszczają, że pod zamarzniętą skorupą znajduje się ocean. Księżyc był badany przez sondę Cassini, która w 2005 roku umieściła w atmosferze Tytana próbnik Huygens. Na powierzchni Tytana znajdują się skały, wyżyny i pustynie. Są one jednak zbudowane z lodu, a rzeki i oceany to płynny metan. Zarejestrowano tam też obecność molekuł organicznych. To niezwykle interesujące miejsce. Tytan może być kolebką dla jakiegoś rodzaju życia. Niezależnie od tego, czy życie się tam pojawiło, czy też nie, węglowodorowe rzeki i jeziora Tytana oraz węglowodorowy śnieg, czynią go jednym z najbardziej fascynujących obiektów w Układzie Słonecznym, mówi Lindy Elkins-Tanton z Arizona State University i główna badaczka misji Psyche. Jako, że Tytan jest tak zróżnicowany, umieszczenie próbnika w jednym miejscu nie da nam zbyt wielu informacji na temat procesów chemicznych zachodzących na księżycu. Stąd też pomysł misji Dragonfly – śmigłowca, który będzie latał nad Tytanem i pobierał próbki. Dragonfly będzie składał się z czterech ramion, z których każde zostanie wyposażone w dwa śmigła, jedno u dołu, drugie u góry. Dzięki gęstej atmosferze i słabej grawitacji 300-kilogramowy śmigłowiec wielkości samolotu, zasilany generatorem radioizotopowym, będzie mógł podróżować nad Tytanem pobierając co 16 ziemskich dni próbki i zużywając przy tym 38-krotnie mniej energii niż na Ziemi. Dragonfly przybędzie na Tytana w 2034 roku. W tym czasie na półkuli północnej będzie panowała długotrwała zima. Okolice bieguna północnego to miejsce występowania interesujących naukowców mórz metanowych. Jednak Dragonfly nie będzie mógł tam lądować ani komunikować się z Ziemią. Dlatego pojazd zajmie się badaniem okolic równika. Znajdujące się tam wielkie pustynie zawierają prawdopodobnie materiał opadający z całego księżyca. Dragonfly skupi się na poszukiwaniu kraterów uderzeniowych i wulkanów lodowych. Misja podstawowa Dragonfly potrwa 3 lata. W tym czasie pojazd przebędzie 175 kilometrów, a każdy z lotów będzie miał długość do 8 km. W końcu śmigłowiec dotrze do krateru Selk, który jest jego głównym celem. To 80-kilometrowy krater uderzeniowy. Dragonfly nie zostanie wyposażony w robotyczne ramię. Badania będzie prowadził emitując promieniowanie gamma, dzięki któremu rozróżni różne typy gruntu. Zostanie też wyposażony w wiertło, za pomocą którego pobierze próbki. Te trafią do tuby próżniowej, a stamtąd do spektrometru mas, który przeanalizuje ich skład. Taki system badań najbardziej niepokoił NASA. Obawiano się, że bogata w węglowodory atmosfera Tytana doprowadzi do jego zatkania. Potrzeba było dwóch lat badań, testowania nowych materiałów i architektury systemu, by rozwiać te wątpliwości. Dragonfly nie skupi się jedynie na powierzchni Tytana. Będzie też badał wnętrze księżyca i jego atmosferę. Podczas lotu będzie zbierał próbki atmosfery, a dzięki sejsmometrowi zarejestruje wibracje powodowane przez interakcje Tytana z Saturnem oraz wpływ grawitacji planety na uwięziony pod lodem ocean. Jeśli śmigłowiec nie ulegnie awarii, to nie można wykluczyć, że jego misja zostanie przedłużona. Zasilania wystarczy mu bowiem na 8 lat, a – jak pamiętamy z dotychczasowych misji – NASA często, gdy ma taką możliwość, wydłuża misje poza ich program podstawowy i próbuje osiągnąć dodatkowe cele Całkowity koszt misji zamknie się w kwocie 1 miliarda dolarów. Dragonfly – czyli New Frontiers 4 – to kolejne po New Horizons (misja do Plutona i obiektu 2014 MU69 w Pasie Kuipera), Juno (misja do Jowisza) i OSIRIS-REx (misja do asteroidy Bennu) – przedsięwzięcie w ramach programu New Frontiers. Jak poinformował Thomas Zurbuchen, w roku 2021 lub 2022 NASA rozpocznie przyjmowanie propozycji dla misji New Frontiers 5.   « powrót do artykułu

Wiele przedmiotów, które mają być jednocześnie lekkie i wytrzymałe, jest wykonanych z tytanu. Jednak materiał ten nie jest tak wytrzymały, jak teoretycznie mógłby być. Dzieje się tak, gdyż wytrzymałość materiału zależy od tego, w jaki sposób układają się budujące go atomy. A przypadkowe błędy, które narastają w procesie produkcyjnym powodują, że materiał staje się coraz słabszy. To jednak oznacza, że jeśli bylibyśmy w stanie budować materiał atom po atomie, możemy uzyskać niezwykle wytrzymałe materiały. To właśnie zrobili naukowcy z University of Pennsylvania, University of Illinosi at Urbana-champaign oraz University of Cambridge. Jak dowiadujemy się z Nature Scientific Reports, zbudowali oni, atom po atomie, kawałek niklu, który jest równie wytrzymały co tytan, ale 4-5 razy lżejszy. W procesie budowy powstały równomiernie rozłożone puste przestrzenie, pory, które nadały niklowi strukturę podobną do drewna. Uczeni postanowili wykorzystać te puste miejsca. Tak jak w drewnie porowatość służy biologicznej funkcji – transportowi energii – tak i tutaj można wykorzystać ją do tego samego celu. Pory we wspomnianej płachcie można wypełnić materiałami działającymi jak anoda i katoda. Dzięki temu temu metal może służyć jednocześnie do budowania np. protez czy skrzydeł samolotu oraz do przechowywania energii. Materiały występujące w naturze są pełne defektów na poziomie atomowym. Gdybyśmy potrafili uzyskać tytan pozbawiony tych wad, byłby on 10-krotnie bardziej wytrzymały niż tytan produkowany obecnie. Eksperci od dawna próbują zaradzić temu problemowi i starają się zyskać kontrolę nad układem atomów tak, by w jak największym stopniu kontrolować właściwości mechaniczne materiałów. Profesor James Pikul, który stał na czele grupy badawczej, i jego koledzy osiągnęli sukces naśladując strukturę drewna. Przyczyną, dla której mówimy tutaj o metalicznym drewnie nie jest gęstość naszego materiału, która jest podobna do gęstości drewna, ale jego struktura komórkowa. Materiały komórkowe są porowate. Jeśli popatrzymy na ziarno drewna, to zobaczymy fragmenty gęste i grube, które utrzymują całą strukturę, oraz fragmenty porowate, których celem jest wykonywanie funkcji biologicznych, takich jak transport różnych składników pomiędzy komórkami, mówi Pikul. Nasza struktura jest podobna. Są tutaj grube i gęste fragmenty z metalowymi wspornikami oraz fragmenty porowate, z pustymi przestrzeniami. Pracujemy tutaj na takich wymiarach, przy których długość wsporników jest bliska teoretycznemu maksimum, dodaje uczony. Wsporniki, o których mówi, mają szerokość około 10 nanometrów i są długie na około 100 atomów niklu. Ważnym osiągnięciem jest fakt, że udało się uzyskać wyjątkowo duży kawałek metalu o tak dobrze kontrolowanej strukturze. Większość przykładów takich wytrzymałych materiałów to kawałki o rozmiarach małej pchły. Nasza technika pozwala uzyskać fragmenty metalicznego drewna, które są 400-krotnie większe, stwierdza Pikul. Opracowana właśnie metoda wykorzystuje niewielkie plastikowe sfery o średnicy kilkuset nanometrów. Sfery znajdują się w wodzie. Woda jest powoli odparowywana, dzięki czemu sfery układają się w uporządkowaną strukturę. Za pomocą galwanostegii na wierzch nakłada się cienką warstwę chromu, a następnie między plastikowe sfery wprowadzany jest nikiel. Później sfery są rozpuszczane. Uzyskujemy w ten sposób kawałek niklu o boku 1 centymetra. W tak małym fragmencie znajduje się około miliarda niklowych wsporników, wyjaśnia Pikul. Jako, że niemal 70% uzyskanego materiału stanowią puste przestrzenie, jest on niezwykle lekki w porównaniu z wytrzymałością. Mógłby unosić się na wodzie. Kolejnym celem zespołu Pikula jest opracowanie takiej metody produkcji, by można było wykorzystać ją w celach komercyjnych. Użyte materiały nie są szczególnie kosztowne, jednak problemem jest infrastruktura potrzebna do produkcji. W tej chwili jej rozmiary są znacząco ograniczone. Gdy zaś powstaną próbki większych rozmiarów, naukowcy będą mogli przeprowadzić dodatkowe testy w makroskali. Nie wiemy, na przykład, czy nasze metaliczne drewno pod wpływem przyłożonej siły będzie się gięło jak metal, czy rozpryśnie się jak szkło. Musimy rozumieć, jak defekty w strukturze wsporników wpływają na właściwości naszego metalicznego drewna, dodaje uczony. Zanim jednak powstaną metody produkcji większych kawałków materiału, Pikul i jego zespół będą próbowali wykorzystać puste przestrzenie do wprowadzenia tam innych materiałów. Pewnego dnia może uda się te przestrzenie wypełnić żywymi organizmami lub materiałami przechowującymi energię, prognozuje naukowiec. « powrót do artykułu